Vääntömomentin mittauslaitteiston suunnittelu

Abstract

Työkonevalmistajat tarvitsevat usein monenlaista mittausdataa suunnitellessa uusia työkoneita ja määritettäessä niiden tehovaatimuksia. Kun tehovaatimusta ei voida tarkasti laskea, on voimanlähteenä toimiva työkone usein ylimitoitettava tarpeeseen nähden. Tämä kuitenkin aiheuttaa sen, että polttoainetaloudellisuus huononee. Isommat koneet ovat myös kalliimpia hankkia ja ylläpitää. Nykytekniikalla olisi kuitenkin mahdollista mitata työkoneen käyttöön tarvittava teho jo valmistus- tai prototyyppivaiheessa. Näitten mittaustulosten perusteella työkoneita voitaisiin markkinoida tarkemmin tietylle asiakaskunnalle sekä optimoida työkoneet toimimaan parhaalla mahdollisella tavalla. Lisäksi työkoneen tarkka tuntemus luo luottamusta valmistajan ja asiakkaan välillä. Tämän työn tavoitteena oli suunnitella parhaiten tuotekehitys- ja opetuskäyttöön soveltuva mittaustapa traktorin voimanulosoton reaaliaikaisen vääntömomentin mittaamiseen. Anturoinnin ja mittaamisen mahdollisuuksiin perehdyttiin perin pohjin, ja harkittiin myös mittalaitteiston itse valmistamista. Tässä työssä myös tutustuttiin siihen millaisia mahdollisuuksia on mitata vääntömomentti eri ajoneuvoista. Työssä tutkittiin niin pyörädynamometrit kuin traktorien tehonmittaukseen tarkoitetut PTO-dynamometrit. Erityisesti selvitettiin niiden toimintaperiaate. Lisäksi työssä kerrotaan miksi nämä mittaustavat eivät sovellu tai niistä ei ole saatavilla haluamaamme mittausdataa. Tutkimustyön tuloksena syntyi suunnitelma mittauslaitteistosta, joka perustuu kaupalliseen momenttianturiin suomalaiselta jälleenmyyjältä. Tähän johtaneita perusteltavia syitä olivat mm. luotettavuus, tarkkuus, huollettavuus ja kalibrointi.

Machine manufacturers often need a variety of measurement data when designing new machinery, and also when defining power requirements. When the power demand cannot be accurately calculated, an implement’s size compared to the need has to be often heavily over-dimensioned. This causes costs etc: fuel efficiency deteriorates as well as larger machines are more expensive to maintain. With current technology it would be possible to measure power needed already at the prototype stage. On the basis of these measurement results heavy machinery could be marketed to a more specific customer base, as well as optimize the machines to operate in the best possible way in fuel efficiency and power use. And of course the exact knowledge of the machine could create confidence between the manufacturer and the customer. The aim of the work was to design the most appropriate educational PTO–power measurement tool to measure real-time torque. Sensoring and measuring possibilities were studied thoroughly, and manufacturing measurement equipment was also considered. The work also explored what opportunities there were to measure the torque in different vehicles. The thesis studied the wheel dynamometers, tractor PTO-dynamometers as well as their principles. In addition, the work explained why the measuring methods were not suitable for real-time torque of PTO-shaft, or worked in the desired use. The result was that the best tool for education and product development with commercial vehicles was a commercial sensor from a Finnish retailer. The reasons for this included reliability, accuracy, as well as servicing and calibration service.