Sähköinen voimansiirto maarakennuksessa

Konevalmistajien mukaan sähköinen voimansiirto etenee tasaisesti, mutta ei vallankumouksellisesti. Sähkön tekniset edut ovat suuria ja vähintään yhtä tärkeitä kuin ympäristöasiat – sähköllä päästään jopa 20 % polttoaineen säästöön. Komponenttien valmistajat tekevät siirtymisen hydrauliikasta sähköön helpoksi, koska uudet sähkömoottorit ja niiden vaihteistot sopivat suoraan hydraulimoottoreiden tilalle.
Perinteinen moottorivalmistaja Cummins investoi 500 miljoonaa dollaria sekä täyssähköisiin että hybriditekniikaan perustuviin voimansiirtoratkaisuihin.  Baumassa Cummins esitteli 3,5 tonnia painavan täyssähköisen kaivukoneen (peruskoneena oli Hyundai), johon on asennettu sarjaan 8 kpl Cummins BM 4 e Li-Ion -akkuja. Yhteenlaskettu akkukapasiteetti on 35 kWh, mikä mahdollistaa yhden normaalin työvuoron työskentelyn. Lataus kestää 3 tuntia. Kone on suunniteltu modulaariseksi, minkä ansiosta samaa konseptia voidaan noudattaa eri kokoluokkien kaivureissa ja muissa työkoneissa.  (UO)
MAINOS (teksti jatkuu alla)
MAINOS PÄÄTTYY
MAINOS (teksti jatkuu alla)
MAINOS PÄÄTTYY
Mecalac e12 on 11,4 tonnin painoinen monipuolinen työkone, joka soveltuu dieselkäyttöisten Mecalacien tapaan kaivuun lisäksi myös kuormaukseen sekä erilaisiin ympäristönhoitotöihin. Kauhan tilavuus on 0,75 m3. Moottoriteho on 75 kW/102 hv ja suurin ajonopeus 20 km/h. (UO)
Mecalac e12 on 11,4 tonnin painoinen monipuolinen työkone, joka soveltuu dieselkäyttöisten Mecalacien tapaan kaivuun lisäksi myös kuormaukseen sekä erilaisiin ympäristönhoitotöihin. Kauhan tilavuus on 0,75 m3. Moottoriteho on 75 kW/102 hv ja suurin ajonopeus 20 km/h. (UO) Kuva: Uolevi Oristo
Mecalacin akkujen kapasiteetti on 146 kWh, mikä riittää 8 tunnin jaksottaiseen työskentelyyn. LiFePO4-akkujen (Lithium-rauta-fosfaatti) latausaika on 6 h ja ne kestävät 3 kertaa enemmän latauskertoja kuin perinteiset lyijyakut. (UO)
Mecalacin akkujen kapasiteetti on 146 kWh, mikä riittää 8 tunnin jaksottaiseen työskentelyyn. LiFePO4-akkujen (Lithium-rauta-fosfaatti) latausaika on 6 h ja ne kestävät 3 kertaa enemmän latauskertoja kuin perinteiset lyijyakut. (UO) Kuva: Uolevi Oristo
Caterpillarin saksalainen jälleenmyyjä Zeppelin esitteli osastollaan Z-line eli 0-päästöisiä koneita, joissa käytetään akku- tai verkkovirralla toimivaa sähköistä voimansiirtoa tai hybriditekniikkaa. Valmistajan mukaan 25 t kaivukoneen akut riittävät jopa 5 tunnin jatkuvaan työskentelyyn ilman lataustarvetta. (UO)
Caterpillarin saksalainen jälleenmyyjä Zeppelin esitteli osastollaan Z-line eli 0-päästöisiä koneita, joissa käytetään akku- tai verkkovirralla toimivaa sähköistä voimansiirtoa tai hybriditekniikkaa. Valmistajan mukaan 25 t kaivukoneen akut riittävät jopa 5 tunnin jatkuvaan työskentelyyn ilman lataustarvetta. (UO) Kuva: Uolevi Oristo
Dana valmistaa sähkömoottoria, joka sopii suoraan liukuohjatun kuormaimen telastoon. Koneen ohjaaminen on helppoa, koska kummankin telan sähköllä toimivaa käyttömoottorin kierroslukua on helpompi säätää kuin hydraulimoottoreita – käyttölämpötila ei juuri vaikuta koneen ohjautuvuuteen. (UO)
Dana valmistaa sähkömoottoria, joka sopii suoraan liukuohjatun kuormaimen telastoon. Koneen ohjaaminen on helppoa, koska kummankin telan sähköllä toimivaa käyttömoottorin kierroslukua on helpompi säätää kuin hydraulimoottoreita – käyttölämpötila ei juuri vaikuta koneen ohjautuvuuteen. (UO) Kuva: Uolevi Oristo
Volvo CE esitteli Baumassa kokonaan sähkökäyttöisen ECR25 Electric -kaivukoneen ja L25 Electric -pyöräkuormaimen. Valmistajan mukaan akkukapasiteetti riittää normaalin työvuoron ajaksi. (UO)
Volvo CE esitteli Baumassa kokonaan sähkökäyttöisen ECR25 Electric -kaivukoneen ja L25 Electric -pyöräkuormaimen. Valmistajan mukaan akkukapasiteetti riittää normaalin työvuoron ajaksi. (UO) Kuva: Uolevi Oristo
Volvo on valmistanut ensimmäiset sähkökäyttöiset kuorma-autot, jotka on tarkoitettu taajamien ja ydinkeskusten jakeluliikenteeseen. (UO)
Volvo on valmistanut ensimmäiset sähkökäyttöiset kuorma-autot, jotka on tarkoitettu taajamien ja ydinkeskusten jakeluliikenteeseen. (UO) Kuva: Uolevi Oristo
Italialaisen Carraron akselistoon on asennettu sähkömoottori. (UO)
Italialaisen Carraron akselistoon on asennettu sähkömoottori. (UO) Kuva: Uolevi Oristo
Hydrauliikan tuoton säätö yksinkertaistuu ja nopeutuu, kun monimutkaisen työkoneen jokaista pumppua pyöritetään omalla sähkömoottorilla eikä yhteisellä dieselmoottorilla. Kuvassa Rexrothin sähkömoottorin ja pumpun yhdistelmä. (UO)
Hydrauliikan tuoton säätö yksinkertaistuu ja nopeutuu, kun monimutkaisen työkoneen jokaista pumppua pyöritetään omalla sähkömoottorilla eikä yhteisellä dieselmoottorilla. Kuvassa Rexrothin sähkömoottorin ja pumpun yhdistelmä. (UO) Kuva: Uolevi Oristo
Sähkökäyttö ei aina vaadi suuria muutoksia ajoneuvon perusrakenteeseen. Kuvassa Volvon voimansiirtolinja, jossa dieselmottori on korvattu suoraan vaihteiston päähän kiinnitetyllä sähkömoottorilla. (UO)
Sähkökäyttö ei aina vaadi suuria muutoksia ajoneuvon perusrakenteeseen. Kuvassa Volvon voimansiirtolinja, jossa dieselmottori on korvattu suoraan vaihteiston päähän kiinnitetyllä sähkömoottorilla. (UO) Kuva: Uolevi Oristo
Koneen säädettävyys paranee, kun sen toimintoja hoidetaan sähkömoottoreilla. Kuvassa Danan näkemys ajettavan henkilönostimen eli ns. kuukulkijan sähköisistä toiminnoista. (UO)
Koneen säädettävyys paranee, kun sen toimintoja hoidetaan sähkömoottoreilla. Kuvassa Danan näkemys ajettavan henkilönostimen eli ns. kuukulkijan sähköisistä toiminnoista. (UO) Kuva: Uolevi Oristo
Kurottajan voimansiirto voidaan toteuttaa sähköllä asentamalla esim. portaattoman vaihteiston tilalle sähkömoottori. (UO)
Kurottajan voimansiirto voidaan toteuttaa sähköllä asentamalla esim. portaattoman vaihteiston tilalle sähkömoottori. (UO) Kuva: Uolevi Oristo
Betonisäiliön pyöritys voidaan hoitaa alennusvaihteella varustetulla sähkömoottorilla. Se saa virtansa akusta, jota voidaan jopa ladata jarrutusenergialla. Auton tyhjäkäynti vähenee merkittävästi. (UO)
Betonisäiliön pyöritys voidaan hoitaa alennusvaihteella varustetulla sähkömoottorilla. Se saa virtansa akusta, jota voidaan jopa ladata jarrutusenergialla. Auton tyhjäkäynti vähenee merkittävästi. (UO) Kuva: Uolevi Oristo
Sähköä on käytetty jo vuosikymmeniä isojen tehojen siirtoon kaivoskoneissa. Todella järeässä tunnelinporauslaitteessa on Liebherrin valmistama sähköinen voimansiirto. (UO)
Sähköä on käytetty jo vuosikymmeniä isojen tehojen siirtoon kaivoskoneissa. Todella järeässä tunnelinporauslaitteessa on Liebherrin valmistama sähköinen voimansiirto. (UO) Kuva: Uolevi Oristo

Sähköistä voimansiirtoa on käytetty vuosikymmeniä laivoissa, junissa sekä järeissä kaivos- ja louhoskoneissa, joiden tarvitsema virta on joko otettu verkosta tai tuotettu dieselillä.

Sähkökäyttöisiä kaivukoneita ja -kuormauskoneita on käytetty myös purkutöissä ja erilaissa kuormaustehtävissä sekä taajamissa, joissa on haluttu välttää pakokaasuja.

Seuraava looginen käyttökohde ovat erilaiset kuormauslaitteet, jotka työskentelevät pitkiä aikoja paikoillaan. Näissä laitteissa diesel käy vain tuottaaksen hydrauliikkaöljyä nostopuomille tai esim. betonisäiliön pyöritykseen, kun auto odottaa tyhjennysvuoroaan työmaalla.

MAINOS (teksti jatkuu alla)
MAINOS PÄÄTTYY
MAINOS (teksti jatkuu alla)
MAINOS PÄÄTTYY

Sähkön käyttö etenee vaiheittain

Suomalainen Avant oli ensimmäisiä valmistajia, joka toi sähkökäyttön pienkuormainten markkinoille. Tällä hetkellä sähkökäyttöisten kuormaimien valmistajia on useita, ja koneiden koko kipuaa samalla ylöspäin.

Useimmat merkittävistä voimansiirto- ja hydraulikomponenttien valmistajista panostavat sähköisen voimansiirron kehitykseen. Valmistajien tavoitteena on tehdä siirtymävaiheesta mahdollisimman helppoa! Esimerkiksi monien sähkömoottorien ja niiden vaihteistojen koot ja kiinnitystavat vastaavat saman tehoisten hydraulimoottorien ja niiden alennusvaihteistojen mittoja – koko konetta ei tarvitse suunnitella uudestaan, kun siirrytään hydrauliikasta sähköön.

Sähköllä jopa 20 % energiansäästö

Ympäristöystävällisyys on yksi sähköisen voimansiirron merkittävimmistä eduista, mutta ei ainoa. Sähkökäyttöisen koneen ympäristöystävällisyys riippuukin pitkälti menetelmästä, jolla sähkö tuotetaan – hiilivoimalat ovat monen maan sähköntuotannon selkäranka.

MAINOS (teksti jatkuu alla)
MAINOS PÄÄTTYY
MAINOS (teksti jatkuu alla)
MAINOS PÄÄTTYY

Useimmat valmistajat nostivat sähkön tärkeimmäksi valtiksi jopa 20 % suuruisen energian säästön. Sähkömoottori kehittää suurimman momenttinsa liikkeellelähdössä, minkä vuoksi monimutkaista mekaanista tai hydraulista voimansiirtoa ei tarvita, mikä parantaa koko koneen hyötysuhdetta merkittävästi.

Sähköisen voimansiirron muita etuja ovat alhainen melutaso ja helppo säädettävyys. Isot sähkömoottorit tarvitsevat kuitenkin nestejäähdytystä, mikä lisää komponenttien määrää ja siten myös hintaa.

Virta ei lopu hybridistä

Akkujen paino ei ole maansiirtokoneissa niin suuri ongelma kuin maantieliikenteessä. Baumassa olleiden akkukäyttöisten koneiden työajaksi luvattiin jopa 5 tuntia, jolloin tehollinen työaika riittää monilla työmailla jo koko päiväksi.

MAINOS (teksti jatkuu alla)
MAINOS PÄÄTTYY
MAINOS (teksti jatkuu alla)
MAINOS PÄÄTTYY

Energian talteenoton merkitys hybridin akkujen latauksessa on työkonekäytössä pieni, koska kulutetusta energiasta saadaan vain vähäinen osa takaisin esim. jarruttamalla kaivukoneen ylävaunun kääntöä sähköisesti. Siksi akkuja pitää ladata, mutta latauspisteiden järjestäminen työmaille ei ole aina helppoa, minkä vuoksi hybriditekniikka koetaan varmaksi ratkaisuksi.

Työkoneiden hybridiratkaisut yleistyvät vauhdilla. Hybridien tavoitteena on kattaa kuormitushuippujen tehopiikit sähkömoottoreiden avulla, mutta muuten tarvittava teho tuotetaan perinteisellä dieselillä.

Mikäli tehopiikit katetaan sähköllä, voidaan koneeseen asentaa teholtaan ja kooltaan pienempi moottori, jonka edullisempi hankintahinta kompensoi osan hybriditekniikan kustannuksista.

Hybridikoneen polttoaineenkulutus laskee myös siksi, että dieselmoottorin kuormitusasteen vaihtelut pienenevät, jolloin moottori työskentelee parhaimman hyöty- suhteen alueella.

Lue myös Bauma 2019 -näyttelyyn liittyvät jutut Bauma-näyttely 8.–14.4.2019 (KV 7/2019) oli kaikkien aikojen suurin rakennusalan tapahtuma sekä Dieselmoottoria parjataan syyttä (KV 7/2019)!