Steglöst ställbara cylindrar minskar förluster radikalt

Nyskapande hydraulik kan ge stora besparingar i framtidens maskiner. Finska Norrhydro i samarbete med Volvo CE provkör just nu en grävare med digitalt styrda fyrkammarcylindrar.Det är inte bara med hjälp av nya elektroniska komponenter som framtidens maskiner skapas. Även standardkomponenterna kommer i nya skepnader. Nu är det dags för den gamla trotjänaren hydraulcylindern att få en uppgradering. En klassisk dubbelverkande hydraulcylinder består av två kammare som skiljs åt av kolven och dess tätningar. Den ena kammaren befinner sig på samma sida som kolvstången och kallas minussida. Den andra kammaren är något större och detta kallas kolvens plussida. Men vad händer om cylindern delas upp och därmed får två plussidor och två minussidor i olika storlekar?Nu skapas en möjlighet att reglera tryck och flöde på ett helt nytt sätt. Genom att kombinera de olika cylinderkamrarnas areor på olika sätt och dessutom använda sig av ett hydraulsystem med två olika tryck kan hela 16 lägen erhållas. Om man dessutom lägger till sensorer, lokalt placerade digitalt styrda ventiler och ett specialdesignat mjukvarusystem erhålls ett hydrauliskt ställdon som kan betecknas som steglöst, eller på engelska Variable Displacement Linear Actuator, VDLA. En maskin utrustad med VDLA ökar produktiviteten för maskinen, och sparar dessutom energi vilket ger minskade koldioxidutsläpp. Den här typen av cylindrar, flerkammarcylindrar, är ingen nyhet. De har funnits länge, men har blivit aktuella för vår bransch av ett par anledningar. Dels jagar vi ju ständigt effektivare system med mindre förluster och högre produktivitet, dels platsar de bra i kombination med utvecklingen mot elektriskt drivna maskiner och fjärrstyrda maskiner.Jouni Palokangas är försäljningsingenjör vid Norrhydro. Han berättar att företaget arbetat med utvecklingen av fyrkammarcylindern under flera år.– Vi har utvecklat cylindern, som patenteras med namnet NorrDigi, under en dryg tioårsperiod och under de senaste 5-6 åren har vi även haft ett samarbete med Volvo CE.– NorrDigi kan användas i flera olika typer av maskiner, både i arbetsmaskiner och industriella applikationer och vi räknar med att systemet kan spara upp till 45-60 procent bränsle och öka produktiviteten med 5-12 procent.Att minska bränsleåtgången med hälften på en arbetsmaskin är ingen dålig bedrift och får sin förklaring i vad en VDLA innebär för uppbyggnaden av maskinen. I och med att den nya typen av cylinder är steglöst ställbar kommer maskinens motor inte längre att stå för regleringen av kraften till redskapen. Regleringen sker istället närmare förbrukaren, i hydraulsystemet.I dagens hydraulsystem måste motorvarvtalet anpassas mot flödesbehovet, vilket i många fall leder till höga motorvarvtal med stora effektförluster som följd. Om maskinen istället kan låta motorn gå sitt optimala varvtal hela tiden minskar bränsleåtgången betydligt. Just att regleringen sker närmare förbrukaren tack vare VDLA är en del av lösningen på problemet.En annan del är att jämna ut behovet av motorkraft genom att använda ackumulatorer i hydraulsystemet. Denna teknik används redan av flera tillverkare som försett sina maskiner med system som tar tillvara kraften som byggs upp i hydraulsystemet till exempel när en last sänks eller en snurrande rörelse bromsas. Norrhydro och Volvo CE har i sitt nya system valt att kombinera VDLA med ackumulatorer för att uppnå än större fördelar.– Att trycket finns nära till hands i ackumulatorer bara bakom nästa ventil gör att reaktionstiderna förkortas, konstaterar Jouni Palokangas. Det är bland annat så vi kan öka produktiviteten.En annan fördel med det nya systemet är att det minskar mängden komponenter i hydraulsystemet. Till exempel behövs inte längre någon huvudmanöverventil, även pumpkapacitet och antalet rör och slangar kan minskas. Detta innebär att förlusterna i systemet minskar och motorkapaciteten därmed går att minska.– Det kan till och med vara så att behovet av kylning av hydrauloljan minskar så radikalt att någon oljekylare inte längre krävs.Det går dock inte att skapa ett helt nytt hydraulsystem av den här typen utan att ta hjälp av sensorer, elektronik och mjukvara. Norrhydro har fyllt de nya cylindrarna med sensorer som samlar in information vilken fungerar som beslutsunderlag för systemets mjukvara, som också är utvecklad av företaget. Att skapa funktioner som övervakas och styrs med hjälp av elektronik står högt på agendan hos många tillverkare just nu och ger möjlighet till att i grunden designa om hur våra maskiner ser ut. Ett hydraulsystem med VDLA kan till exempel vara en god idé när elektriskt drivna maskiner konstrueras, eller förarlösa, fjärrstyrda maskiner.För Volvo CE ligger fokus i första hand på större grävmaskiner. Thomas Bitter, teknikchef på Volvo CE konstaterar i ett pressmeddelande att fälttest med en Volvo EC300E redan är igång och att de första maskinerna kan finnas på marknaden om cirka tre år.– Vår forskning hittills visar att systemet gör störst nytta i större maskiner – när det gäller grävmaskiner på 30 ton eller mer. I framtiden skulle tekniken dock även kunna användas i elmaskiner, där det mycket effektivare hydraulsystemet effektivt skulle kunna förlänga batteriets livslängd och användningstiden, fastslår han.