Reducing energy consumption of hammering with electric excavators

Abstract

The aim of this master’s thesis is to research methods to reduce the energy consumption of hammering with electric excavators. To understand the energy consumption of hammering, the structure and energy consumption of a conventional excavator is explained thoroughly. The knowledge of a conventional excavator also lays foundation for studying the electric excavator. An electric excavator is not yet a widely used machine so different operating principles and models are presented in the work. Different technologies are described for utilizing electricity in hammering. Energy consumption of hammering is researched by measurements of the current situation. Measuring the power losses in hammering brings forward the challenges in the conventional hydraulic system and the excavator use in hammering. In addition to the measurements, hammer concepts are designed utilizing the technology researched. Quantitative and qualitative properties of the concepts are reviewed.

The size of the power losses of hammering can be seen in the results of the measurements. The magnitude of the losses depend on what type of hammering work is done. The different hammering concepts bring large potential in reducing the energy consumption. The concepts also have new features, which can affect the productivity. The technology used in the different concepts still needs to be researched more and desired features deter- mined. The measurements show the magnitude of power losses in this excavator, but a working cycle should be determined to measure the energy consumption.

Tämän työn tavoitteena on tutkia tapoja, jolla iskuvasaroinnin energiankulutusta pystytään pienentämään sähköisellä kaivinkoneella. Iskuvasaroinnin energiankulutuksen ymmärtämiseksi työssä perehdytään perinteisen kaivinkoneen rakenteeseen ja energiankulutukseen. Perinteiseen kaivinkoneeseen perehtyminen luo myös pohjaa sähköisen kaivinkoneen toiminnan ymmärtämiseen. Sähköinen kaivinkone ei ole vielä yleisesti käytetty laite, joten sen eri toimintaperiaatteita käsitellään tässä työssä. Erilaisia teknologioita esitetään siihen, kuinka sähköä voidaan hyödyntää iskuvasaroinnissa. Iskuvasaroinnin energiankulutusta tutkitaan myös kokeellisesti. Tehohäviömittaukset iskuvasaroinnissa tuovat esiin tämän hetken ongelman kaivinkoneen hydrauliikkajärjestelmässä ja kaivinkoneen käytöstä iskuvasaroinnissa. Mittausten lisäksi työssä suunnitellaan sähköenergiaa hyödyntäviä iskuvasarakonsepteja. Konsepteja arvioidaan sekä energiatehokkuden kannalta että laadullisesti.

Mittaustulokset tuovat esiin hydraulisten häviöiden suuruuden. Eri tyyppisissä iskuvasaroinnissa tehohäviöt ovat eri suuruisia johtuen kaivinkoneen hydrauliikasta. Eri konseptit tuovat suurta potentiaalia energiankulutuksen pienentämiseen sähköä hyödyntäen. Konseptit tarjoavat myös uusia ominaisuuksia rikotukseen. Konsepteissa käytettäviin teknologioihin pitää syventyä jatkossa vielä tarkemmin ja halutut laadulliset ominaisuudet tulee määrittää. Mittaustulokset osoittavat häviöiden suuruuden, mutta energiankulutuksen mittaamiseksi tulisi määrittää työsykli iskuvasaroinnille.