Dieselmoottorin sylinteriryhmän väsytyskoelaitteiston kehitys

Abstract

Agco Power oy:n tuotekehitysosasto on päättänyt toteuttaa uudelle dieselmoottorin sylinteriryhmälle väsytyskokeen hydraulisesti. Tämä opinnäytetyö keskittyi hydraulisen väsytyskokeen koestuslaitteiston konseptin luomiseen ja kehitykseen. Tavoitteena oli suorittaa dieselmoottorin sylinteriryhmän väsytyskokeet hydraulisilla, noin 250 baarin painesykäyksillä, aikataulun vaatimalla taajuudella, kymmenen miljoonaa sykäystä. Opinnäytetyö rajattiin koskemaan konseptin ja kehitysehdotuksen luomista väsytyskokeen hydrauliikalle ja sylinteriryhmään tarvittaville testauksen apukomponenteille. Konseptin luomisen ja laitteiston vaatimusten määrittelyn takia tehtiin karkeat testin vaatiman tehon laskelmat.

Esitutkimuksen ja systemaattisen tuotekehitysprosessin tuotteena löydettiin kuusi erilaista konseptivaihtoehtoa, jolla koe olisi mahdollista suorittaa. Näistä arvosteltiin paras vaihtoehto, ja sen pohjalta tehtiin laitteiston kehitysehdotus hydrauliikkaan ja moottorin sisäisiin komponentteihin. Hydraulinen paineennostin ja moottorin sisäiset komponentit mallinnettiin 3D - ohjelmistolla, mutta niistä ei tehty tarkkoja piirustuksia, koska paineennostimen tarkka suunnitelma vaatii vielä lisäkehitystä ja moottorin sisäisten komponenttien tarkat mittakuvat vaativat moottorisuunnittelun ammattitaitoa ja tarkkoja sylinteriryhmän piirustuksia.

Tutkimustyön aikana löydettiin kaksi eri toimittajaa, joilta saatiin tarjoukset melko täydellisistä väsytyskoelaitteistoista. Opinnäytetyö ei kuitenkaan ota kantaa toimittajan valintaan, vaan antaa spesifikaation, jolla laitteistoa voidaan alkaa valmistaa paikallisesti tai ostaa valmiina laitteistona.

Tämän kehitystyön tuloksena saatiin tietoa, minkälaisella laitteistolla tämä kyseinen väsytyskoe on edullista suorittaa ja minkälaista laitteistoa väsytyskoestukseen on saatavilla. Kehitystyö antaa suuntaa väsytyskoelaitteiston suunnittelulle tai hankinnalle valmiina kokonaisuutena komponenttitoimittajalta. Tarkempi paineennostimen ja muiden komponenttien suunnittelu vaatii selkeän päätöksen, mihin suuntaan projektissa edetään, sekä resursseja lujuuslaskentaan ja tarkempaan komponenttien suunnitteluun. Hydrauliikan teholaskelmat pitää tarkentaa, kun on selvillä tarkka suunnitelma, josta selviävät komponenttien tilavuudet, virtaukset ja tyyppi.

The R&D department of Agco Power decided to implement a hydraulic fatigue test to new cylinder block of a diesel engine. This thesis focuses on creating the concept for the hydraulic fatigue test, and the scope of this thesis is limited to the concepts of hydraulics and the additional components needed to test the cylinder block. The objective was to do the fatigue test by 250 bar hydraulic pressure shocks to cylinder. The test requires 10 million shocks and the frequency has to be high enough, so that the test would not take too much time. To help creating the concept, preliminary calculations were made to find out how much hydraulic power is needed for this kind of a test.

By study and systematic concept creation, six different concepts for the hydraulics were found. These concepts were ranked in a weight table, and a development proposal was made according to the best option. A hydraulic pressure intensifier and additional components to the cylinder block were modeled with a 3D modeling program, but accurate drawings were not made at this point, as more extensive study and strength calculations are needed for those.

During the process, two potential suppliers were found, which both can offer quite complete test setups, also quotations from these companies are available for the complete system. No stance is taken in this thesis on supplier choice, but a specification is given which gives a frame to order the system from a supplier, or start to build the system locally.

This study gives a picture of what kind of equipment is needed to execute this particular fatigue test. It also gives knowledge of the equipment that is available for fatigue testing. This should give a direction to the Agco Power R&D to choose whether they want to build their own equipment or order a ready, complete system from a supplier focused on fatigue testing. Before a more detailed pressure intensifier design can be done, a decision is first needed on whether Agco Power will build the system or order from a supplier, and after that the resources need to be arranged based on the decision. The hydraulic power calculations need to be reworked after the system design is clear.