| Summary: | Bränsleförbrukningen för skogsmaskiner i skogsbruk står för en större andel av den totala kostnaden för det svenska skogsbruket. Det ständigt ökande priset på bränsle medför en kontinuerlig ökning av denna kostnad. Den globala konkurrensen innebär också att det svenska skogsbruket årligen måste öka sin produktivitet. Med ett allt större fokus på klimat och miljö tillkommer samtidigt kravet att maskinerna måste bli skonsammare mot klimat och mark. Ett sätt att åstadkomma detta är genom implementering av hybridteknik, som möjliggör en optimering av energiförbrukningen och en mer flexibel utformning av skogsmaskinens konstruktion som i sin tur kan utnyttjas för att minska maskinvikten. Syftet med examensarbetet har varit att utveckla ett förslag på ett koncept för en diesel-elektrisk hybriddrivlina för skogsmaskiner, anpassad för de speciella krav som gäller för tunga transporter i skogsterräng. Konceptet skulle ha låg vikt och hög verkningsgrad samt vara robust och modulärt. Arbetet i detta projekt har avgränsats till studier kring och framtagning av koncept för skotare i mellanklassen (13-15 tons lastkapacitet). Utifrån litteraturstudier identifierades de främsta orsakerna till energiförlusterna i dagens skotare till den transienta belastningen av dieselmotorn, den hydrostatiska transmissionens låga verkningsgrad under vissa driftsfall, kuggförluster i alla växlar, plaskförluster i boggilådorna samt slirande hjul. För att finna ett lämpligt hybridsystem togs ett antal koncept fram för utformning och placering av drivlinans drivande komponenter. Koncepten utvärderades därefter mot ett antal uppställda parametrar och mot varandra. Utifrån utvärderingen valdes två koncept. Det ena konceptet antogs kunna implementeras utan alltför stora modifikationer av en konventionell drivlina. Det andra konceptet antogs kräva mer omfattande modifikationer, men i sin tur ge en hel del andra fördelar. Båda koncepten var seriehybridsystem, där drivningen i det första konceptet utgörs av två elmotorer som genom varsin transmission kopplats samman den främre och bakre differentialen. Drivningen i det andra konceptet utgörs av åtta navmotorer som är kopplade till varsitt hjul. Koncept två antas ha stor potential att minska bränsleförbrukningen och markskadorna i och med möjligheten att minska de transienta belastningarna på dieselmotorn samt att dragkraften kan regleras för varje enskilt hjul. Konceptet antas också kunna minska skotarens totalvikt genom att boggilådor och andra komponenter kan konstrueras om och viktoptimeras. Konceptets layout medger också sammanfogning av drivlinans komponenter till moduler. Det skapar förutsättningar för att minska kostnaderna samt möjliggör implementering av drivlinan i andra typer av fordon, t.ex.skördare. === The fuel consumption of forest machines working in cut-to-length (CTL) logging operations accounts for a significant proportion of the total cost in the Swedish forestry. The constantly increasing fuel price leads to a constant increase of this cost. The global competition also implies that the Swedish forestry annually has to increase its productivity. With an increasing focus on the climate and the environment, the machines also have to become more eco friendly. One way to achieve this through implementation of hybrid technology which has the ability to optimize the energy consumption and allows for a more flexible design which in turn can be used to reduce the machine weight. The purpose of this study was to develop a proposal for a concept of a diesel-electric hybrid powertrain for forest machines, adapted to the special requirements for heavy transport in forest terrain. The concept should have low weight and high efficiency, and also be robust and modular. Based on literature studies the main causes of energy losses in today’s forwarders were identified to the transient load of the diesel engine, the hydrostatic transmission's low efficiency under certain operating conditions, transmission losses between each gear pair, splash losses in the bogie boxes and wheel slip. To find a suitable hybrid system, a number of concepts were developed for the design and placement of the driving components of the powertrain. The concepts were evaluated against a number of parameters and set against each other. Based upon the evaluation two concepts were selected. The two selected concepts were based on the series hybrid system, where the propulsion in the first system consists of two electric motors connected to the wheel through separate transmission linked with the front and rear differential. Propulsion in the second concept consists of eight hub motors which through transmission elements are linked to each wheel. This concept is assumed to have great potential to reduce fuel consumption and soil damage through the possibility of reducing the transient loads on the diesel engine and ability to regulate the tractive force on each wheel. The design of the concept also enables weight reduction through the ability to redesign and weight optimization of the components in the forwarder, for example the heavy bogie boxes. The layout of the concept also allows for assembling the powertrain components into modules.
|
|---|
