Förlustsänkning i drivlina : En simuleringsmodell av hjulaxel till anläggningsmaskiner

• Main Author: Algotsson, Martin
• Format: Others
• Language: Swedish
• Published: KTH, Maskinkonstruktion (Inst.) 2008
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-100195

Med ökad fokus på miljöpåverkan och bränsleekonomi vill Volvo Construction Equipment öka verkningsgraden på sina anläggningsmaskiner. På avdelningen för drivlineutveckling jobbar man bland annat med att sänka förlusterna i växellåda och hjulaxel på hjullastare och dumper. För att underlätta detta arbete har en simuleringsmodell som beskriver förluster i hjulaxlar tagits fram. Denna rapport beskriver framtagning av modellen, verifiering av modellen och vilka framtida användningsområden modellen lämpar sig för. Simuleringsmodellen är uppbyggd av ett antal komponentmodeller. Komponentmodellerna innehåller formler för respektive komponent i hjulaxeln. Formlerna är tagna från ingenjörshandböcker, vetenskapliga artiklar och internt arbete på Volvo Construction Equipment. Bromsar, kuggväxlar, lager och tätningar är de komponenter i hjulaxeln som har studerats. De variabler som används i simuleringsmodellen är oljans viskositet, oljenivå i broms och centrum- och planetväxel, diameter och bredd på kugghjul och bromslamell, ingående varvtal och moment från kardanaxel, förspänningsmoment i lager samt maskinvikt. Matlab/Simulink är de program som har använts för att bygga modellen. Verifiering av simuleringsmodellen har gjorts genom att jämföra simuleringsresultat mot provningsresultat från tidigare gjorda riggkörningar på Volvo Construction Equipment. Då majoriteten av provningsresultaten kommer från riggkörningar utan bromsande moment är det endast de momentoberoende förlusterna som kunnat verifieras. Framtida riggkörningar med varierad hastighet och bromsande moment rekommenderas för att förstå och kunna verifiera de momentberoende förlusterna. Omplacering av bromsar till hjulnaven och en plåtkonstruktion vid centrumväxeln som sänker oljenivån är två förslag som kan ge en förlustsänkning i hjulaxeln. Med hjälp av simuleringsmodellen kan man uppskatta hur stor förlustsänkningen blir för båda idéerna och därefter rangordna dem. På detta sätt kan modellen vara ett värdefullt verktyg för att välja ut förslag som ska gå vidare i projekt. Då detta är en offentlig rapport är inga känsliga data eller referenser till interna publikationer på Volvo CE presenterade. För att kunna visa grafer har skalor och värden på axlar tagits bort. === As a result of giving more attention on environmental impact and fuel economy, Volvo Construction Equipment wants to increase the efficiency of their products. The department of Drivetrain Development is working on minimizing the power losses in axles and gearboxes of wheel-loaders and haulers. A simulation model of the wheel-loader axle has been developed to assist in this work. This report describes the development and verification of the model and also in what areas the model can be most useful. The simulation model is built up of component models, containing formulas that describe the power losses of a specific component. The formulas originate from engineering handbooks, scientific articles and internal studies at Volvo Construction Equipment. The studied components are brakes, gears, bearings and seals. Used variables in the simulation model are the viscosity of the oil, the level of oil in the brakes and the planetary and spiral bevel gears, the diameter and width of brake lamellas and gears, rotational speed, torque, prestress moment of bearings and also the weight of the vehicle. The computer programs used are Matlab and Simulink. The verification of the simulation model was done by comparing results from the simulation with actual results from previously made tests. Almost all of the previous tests have been done without braking-torque, resulting in very little data useable for verifying the formulas with torque dependence. More testing of the axle with variable braking-torque and rotational speed are recommended in order to study and learn the behavior of these torque dependent power losses. Placement of the brakes in the wheel-hub and a plate design in the spiral bevel gear to lower the oil level are two ideas for reduction of the power losses in the axle of wheel-loaders. In the simulation model the two ideas can be simulated and the power losses estimated. The ideas can thereby be ranked and in this manner the simulation model can be a powerful assisting tool in choosing which idea that will proceed to be developed further in a project. This is a public report and for that reason sensitive data and references to internal publications at Volvo CE are not presented. Values at axes are not shown as to be able to show graphs.