Hybridivoimansiirron käyttö maanalaisissa työkoneissa

Abstract

Tämän työn tavoitteena oli selvittää, millaisia dieselsähkövoimalinjoja työkoneissa käytetään. Työn pääpaino keskittyi soveltamaan hybriditekniikkaa maanalaisissa kaivoksissa käytettävissä lastaus- ja kuormauskoneissa.

Työssä edettiin teoriaosuuden kautta kaivosteollisuuteen ja lopuksi soveltaviin esimerkkeihin työkoneissa. Teoriaosuudessa käsiteltiin perusteet hybriditekniikasta, joka sisältää energian varastoinnin, voimantuoton ja lopuksi yleiset toteutustavat. Kaivosteollisuus on keskeisessä roolissa vihreässä siirtymässä, koska kaivokset tuottavat elintärkeitä mineraaleja kaikille ihmiskunnan sektoreille. Työn soveltavassa osiossa tarkasteltiin sähkötyöstandardeja korkeajänniteajoneuvoissa, suunnitteluun vaikuttavia asioita ja ympäristötekijöitä komponenteille. Hybridiä hyödyntäviä työkonevalmistajia on hyvin rajallisesti, ja osa esimerkeistä on hybridin määrityksen kannalta rajatapauksia. Tekniset toteutukset valmistajilla olivat hyvin erilaisia, ja tekniikan soveltuvuutta arvioitiin toimeksiantajalle sopivaksi. Lopuksi työssä tarkasteltiin hybridityökoneilla saavutettavia etuja ja haasteita. Etuja ja haasteita tarkasteltiin suunnittelun, käytön ja huollon osalta.

Työn tuloksena voitiin todeta, että hybriditekniikan käyttö työkoneissa on nykyisin hyvin vähäistä. Laitevalmistajat keskittävät kehitystyötä pääosin täysin sähkökäyttöisiin laitteisiin, kuten akku- ja kaapelikäyttöön. Osalle valmistajista työkoneiden täyssähköistäminen oli luontevaa lainsäädännön ja toimintaympäristön puitteissa, eikä hybriditekniikkaa ollut saatavilla tuotteisiin. Osalle valmistajista hybridiratkaisu vaikutti tuottavan etuja, joten hybriditekniikkaa kehitettiin. Osaan tuotteista oli saatavilla hybridivoimansiirto. Tämänhetkisiä haasteita hybriditekniikassa ovat komponenttien heikko saatavuus, paikalliset lainsäädännöt sekä haasteellinen luotettavan tekniikan toteutus kaivosolosuhteisiin.

The main objective of the thesis was to research the usage of different diesel-electric powerlines in heavy duty work machines. The thesis focused on underground mining loaders.

The theoretical part of the thesis covered the basics of hybrid technology. That part included energy storage systems, power units and the most common ways to create hybrid powerlines. The next task was to study different ways to use hybrid technologies in work machines nowadays.

Mining industry has a crucial role in producing raw materials for the various sectors of humankind, such as the automotive and pharmaceutical industry. The thesis examined legislation related to electrical work safety in electric vehicles, both in Finland and to some extent, internationally. The next task was to study different examples of hybrid powertrains in work machines and heavy-duty applications. The usage of example hybrid powertrains was analysed in a way that reflected the utilization of Sandvik’s own machinery. Another key objective was to assess the scalability of hybrid technology for underground mining loaders. Finally, the study examined the advantages and disadvantages of hybrid powertrains. Hybrid powertrains were also compared with internal combustion engines, battery electric vehicles and cable-operated machines.

The findings indicated that the adoption of hybrid powerlines in heavy-duty work machines is minimal. Hybrid powerlines in work machines could reduce exhaust gas, fuel consumption and increase the overall efficiency of machines. On the market there are a few manufacturers who offer hybrid powerlines for their products. Most manufacturers do not research hybrid powerlines because of legislation. Regulations in different industries focus on fully electric machines. A common challenge with hybrid powerlines seems to be how to make the technology so reliable that it is suitable for underground mining loaders.