Analysis of Mine Loader Efficiency and Testing of Flow rate -adjusted Pump Control

摘要

Tämän diplomityön tarkoituksena oli tarkastella Sandvik Mining and Construction Oy:n valmistaman kaivoslastaajan LH514 hydraulista hyötysuhdetta, sekä tutkia Parkerin uuden tuottosäätöisen pumppuohjauksen toimintaa ja soveltamismahdollisuuksia lastaus- ja kuljetuskoneissa. Työn aihepiiriä lähestyttiin siten, että pidettiin päivän mittaiset workshopit suurimpien komponenttitoimittajien Parker Hannifinin ja Bosch Rexrothin asiantuntijoiden kanssa. Järjestettyjen workshopien myötä saatiin muutamia uusia näkökulmia ja kehitysideoita kaivoslastaajan hydrauliikan hyötysuhteen kehittämiseksi.Hyötysuhdetta parantavia ratkaisuja pohdittiin yleisellä tasolla enemmän keskittyen pääasiallisesti kaivoslastaajan hydrauliikalla toteutettuihin toimintoihin. Teoreettisen tarkastelun lisäksi tehtiin kartoitus kaivoslastaajan LH514 putkitus- ja liitinratkaisuista, sekä näiden pohjalta parannusehdotuksia nykyisille ratkaisuille. Uusien ratkaisujen perusteella on tarkoitus tehdä tarkemmat laskelmat ja muutosehdotukset tulevaisuudessa.Työn aikana testausmahdollisuudet tuotantokoneessa olivat hyvin rajalliset, joten tuottosäätöisen pumpun testaus päätettiin suorittaa testipenkissä. Testijärjestelmä rakennettiin vastaamaan mahdollisimman hyvin todellisen kuljetuskoneen dieselmoottorin jäähdytyspiiriä. Jäähdytinpiiri valittiin sillä perusteella, että testauksella pyrittiin saamaan tietoa pumpun uuden säätötavan vaikutuksesta nykyisessä järjestelmässä esiintyneisiin suuriin painevärähtelyihin. Painevärähtelyt olivat rikkoneet aikaisemmin useissa tuotantokoneissa olleita pumppuja, joten ongelmaan yritettiin löytää ratkaisu tätä kautta.Tuottosäätöistä pumppua testattiin usealla eri järjestelyllä. Käytössä oli muun muassa ulkoinen PID-säädin, jonka avulla haluttiin vertailla sen ja ohjausjärjestelmän sisälle ohjelmoidun säätimen välisiä eroja. Lisäksi säätimen takaisinkytkentäsignaalina käytettiin kahta eri suuretta, pumpun vinolevyn asematiedon perusteella laskettua tilavuusvirran arvoa ja puhaltimien pyörimisnopeutta. Ohjausohjelmisto suunniteltiin siten, että halutun takaisinkytkentäsuureen pystyy valitsemaan ohjausjärjestelmän näytön kautta.Testiajoja suoritettiin paljon, ja järjestelmän eri toimintatilanteita testattiin monipuolisesti. Mittausdataa kertyi runsaasti, ja tulosten perusteella voidaan todeta, että järjestelmän toiminta riippuu voimakkaasti PID-säätimen parametreista. Järjestelmä saatiin toimimaan tietyillä parametriarvoilla hyvin ja säätötavan avulla voidaan olettaa painevärähtelyjen vähenevän myös todellisessa koneessa. Säädettävän suureen tarkkuuden ja järjestelmän värähtelyjen suhteen joudutaan aina tekemään kompromissi.Testien perusteella voidaan tehdä se johtopäätös, että kyseinen säätötapa tarvitsee vielä samantyyppiset testit todellisessa koneessa. Testipenkissä saavutetut tulokset puhallinpiirikäytössä ovat kuitenkin lupaavia, ja pumpun ohjausohjelmisto saatiin kehitettyä toimivaksi. Useat pienet ongelmakohdat toivat hieman epävarmuutta testituloksiin, mutta testien perusteella voidaan olettaa, että painevärähtelyjä saadaan uudella pumppuratkaisulla vähennettyä riittävästi sopivalla parametriarvojen yhdistelmällä. /Kir11