The conventional mining loader is a diesel-hydraulic off-road mobile machine that is expected to routinely operate in enclosed areas. Such machines could benefit from more efficient hydraulic solutions. One avenue of improvement lies in electrification, which in itself is advantageous to underground mining machinery that would otherwise require expensive ventilation of their ICE exhaust. The high controllability of brushless DC motors allows direct pump control instead of conventional valve control, eliminating throttling losses. This work investigates the efficiency of such a direct-driven valveless hydraulic system for the front end of a mining loader and compares it to a conventional load-sensing system that was previously installed in the same machine. Economic viability of the described system is analyzed based on a real life working cycle, and the control software implemented as part of the work is described.
The efficiency of the direct-driven system was determined to be superior in all tested cases, increasing from 21% to 53% at high velocity and from 2% to 22% at low velocity and maintaining a very flat efficiency curve over most loads and velocities. The direct drive hydraulic system is capable of energy regeneration, recouping a portion of energy used for lifting thus allowing longer runtimes with a given battery capacity. These advantages were found to be enough to offset the higher up-front cost except for equipment with lower than usual lifespans.Kaivoslastarit ovat usein dieselhydraulisia työkoneita, jotka monesti toimivat maanalaisissa kaivoksissa. Sähkökäyttöiset toimilaitteet ovat yksi mahdollinen tapa parantaa näiden koneiden energiatehokkuutta, eteenkin suljetuissa tiloissa, joissa polttomoottorin pakokaasujen tuulettamisesta aiheutuu huomattavia kustannuksia. Sähkömoottoreiden hyvä hallittavuus mahdollistaa venttiilittömän pumppuohjatun hydraulijärjestelmän, joka ei kärsi venttiilihäviöistä. Tämä työ vertailee pumppuohjattuja suoravetohydraulisia kaivoslastarin toimilaitteita saman lastarin alkuperäisiin kuormantuntevalla säädöllä toteutettuihin, keskittyen hyötysuhteeseen sekä suorituskykyyn. Näin muokatun lastarin taloudellista kilpailukykyä tarkastellaan oikean kaivostyösyklin avulla. Työn osana on myös rakennettu kaivoslastarin toimilaitteinen sähköinen hallintajärkestelmä, jonka rakenne ja toiminta esitetään.
Pumppuohjatun hydraulisen järjestelmän hyötysuhteen havaittiin olevan nostotyössä parempi kaikissa tilanteissa hyötysuhteen noustessa nopeilla liikkeillä 21 prosentista 53:een, ja hitailla liikkeillä 2 prosentista 22:een. Pumppuohjattu hydrauliikka kykenee myös potentiaalienergian talteenottoon, mahdollistaen pidemmän käyntiajat samalla akkukapasiteetilla. Nämä edut ovat taloudellisesti riittäviä kompensoimaan laitteiston korkeamman hinnan lyhytikäistä kalustoa lukuunottamatta
