Gå til hovedinnhold
0
Hopp til hovedinnhold

Forbedring av energieffektivitet og bevegelseskontroll i lastbærende applikasjoner

Daniel Hagen of the Faculty of Engineering and Science  at the University of Agder has submitted his thesis entitled «Improving Energy Efficiency and Motion Control in Load-Carrying Applications using Self-Contained Cylinders”, and will defend the thesis for the PhD-degree Wednesday 2 September 2020. (Photo: Private)

Avhandlingen bidrar til å løse innledende krav til implementering av selvdrevne sylindre, og presenterer fordeler og ulemper ved bruk av enten elektromekanisk- eller elektrohydraulisk drivlinje.

Daniel Hagen

Ph.d.-kandidat

Disputasen foregår digitalt på internett på grunn av Corona covid-19-situasjonen.

Daniel Hagen disputerer for ph.d.-graden med avhandlingen «Improving Energy Efficiency and Motion Control in Load-Carrying Applications using Self-Contained Cylinders” onsdag 2. september 2020.

Han har fulgt doktorgradsprogrammet ved Fakultet for teknologi og realfag, med spesialisering i mekatronikk

Slik oppsummerer Daniel Hagen selv avhandlingen:

Forbedring av energieffektivitet og bevegelseskontroll i lastbærende applikasjoner

Målet med doktorgradsarbeidet har vært å identifisere og analysere alternative løsninger til eksisterende hydrauliske lineære aktueringssystemer (aktuere = sette i gang, koble inn), som typisk blir brukt i lastbærende applikasjoner som kraner og oljeboreutstyr.

Den nye løsningen må være mer miljøvennlig, og må derfor oppfylle følgende krav:

  • høy energieffektivitet
  • redusert potensiale for oljelekkasjer
  • sikkerhetsbestemmelser knyttet til lastbærende offshore applikasjoner
  • samtidig er det ønskelig med økt bevegelseskontroll

Selvdrevne sylindre

To alternative «state-of-the-art»-løsninger (dvs. en elektromekanisk og en elektrohydraulisk) er undersøkt og sammenlignet med dagens ventilstyrte hydraulikksylindre.

Hovedforskjellen mellom de selvdrevne- og dagens sylindre er at de selvdrevne bare trenger tilført elektrisk energi når man ønsker aktuering, mens de ventilstyrte sylindrene forsynes med hydraulisk effekt via et hydraulikkaggregat som kontinuerlig forbruker energi for å levere et konstant trykk til den variable ventilen, som har i oppgave å strupe den hydrauliske tilførselen for å kontrollere ønsket bevegelse eller kraft.

I tillegg til å eliminere strupingen, har de selvdrevne sylindrene mulighet til å regenerere elektrisk energi når for eksempel en kran-arm senker lasten. Det tilsvarer en elektrisk bil som regenererer elektrisitet ved nedbremsing. Dagens hydrauliske systemer må imidlertid forbruke energi for å senke lasten kontrollert, på grunn av pålagte lastholdeventiler.

Avhandlingen bidrar til å løse innledende krav til implementering av selvdrevne sylindre, og presenterer fordeler og ulemper ved bruk av enten elektromekanisk- eller elektrohydraulisk drivlinje.

Behov for mer effektive designprosedyrer

Kombinasjonen av hydrauliske- og elektriske aktueringsprinsipper krever ekspertise fra flere ingeniørdisipliner, noe som gjør design- og dimensjoneringsprosessen mer kompleks.

I tillegg er det helt avgjørende å velge riktige komponenter i forhold til arbeidssyklusen for å få best mulig energieffektivitet.

Parallelt med forskningen på alternative sylinderløsninger, undersøker doktorgradsarbeidet hvorfor det i dag ikke finnes kommersielle digitale verktøy som automatisk kan dimensjonere og sammenligne ulike typer aktueringssystemer, for å finne den beste løsningen for en gitt applikasjon og spesifikasjoner.

Et slikt verktøy vil kunne effektivisere konsept- og designfasen av mekatronikk-produkter, og samtidig bidra til kostnads- og ytelsesoptimale design.

Doktorgradsavhandlingen foreslår et rammeverk og presenterer de sentrale problemene som må løses for å realisere et levedyktig automatisk designverktøy for aktueringssystemer.

Disputasfakta

Kandidaten: Daniel Hagen (1988, Lyngdal). Fagbrev som automatikkmekaniker (2009), bachelor- (y-veien, UiA 2012) og mastergrad i mekatronikk (dobbelt diplom-program mellom UiA og Fachhochschule Vorarlberg i Østerrike, 2014). Arbeidet som teknisk support- og serviceingeniør i Cameron Sense AS (2014-2016). 

Prøveforelesning og disputas finner sted digitalt på internett i konferanseprogrammet Zoom (lenke under).

Disputasen blir ledet av professor Henrik Kofoed Nielsen, Institutt for ingeniørvitenskap, UiA

Prøveforelesning kl 10:15
Disputas kl 12:15

Oppgitt emne for prøveforelesning: “Energy saving techniques in heavy mobile machinery applications”

Tittel på avhandling: «Improving Energy Efficiency and Motion Control in Load-Carrying Applications using Self-Contained Cylinders”

Søk etter avhandlingen i AURA - Agder University Research Archive, som er et digitalt arkiv for vitenskapelige artikler, avhandlinger og masteroppgaver fra ansatte og studenter ved Universitetet i Agder. AURA blir jevnlig oppdatert.

Opponenter:

Førsteopponent: Professor Rudolf Scheidl, Institute of Machine Design and Hydraulic Drives, Johannes Kepler University, Linz, Østerrike

Annenopponent: Universitetslektor (D.Sc) Tatiana Minav, Tampere University, Finland

Bedømmelseskomitéen er ledet av førsteamanuensis Souman Rudra, Institutt for ingeniørvitenskap, Universitetet i Agder

Veiledere i doktorgradsarbeidet var førsteamanuensis Martin Marie Hubert Choux, Institutt for ingeniørvitenskap, UiA (hovedveileder), førsteamanuensis Damiano Padovani, Institutt for ingeniørvitenskap, UiA, førsteamanuensis Morten Kjeld Ebbesen, Institutt for ingeniørvitenskap, UiA og professor Torben Ole Andersen, Institutt for energiteknik, Aalborg universitet (medveiledere)

Slik gjør du som publikum:

Disputasen er åpen for alle, men for å følge prøveforelesning og disputas må du melde deg som publikummer.

Vi ber publikum om å ankomme digitalt tidligst ti minutter før oppgitt tid - det vil si til prøveforelesningen 10:05 og disputasen tidligst kl 12:05. Etter disse klokkeslettene kan du når som helst forlate og komme inn igjen i møtet. Videre ber vi om at publikum slår av mikrofon og kamera, og har dette avslått under hele arrangementet. Det gjør du nederst til venstre i bildet når du er i Zoom. Vi anbefaler å velge «Speaker view». Dette velger du oppe til høyre i bildet når du er i Zoom.

Opponent ex auditorio:

Disputasleder inviterer til spørsmål ex auditorio i innledningen i disputasen, med tidsfrister. Disputasleders e-post er tilgjengelig i chat-funksjonen under disputasen. Spørsmål om ex auditorio kan sendes til disputasleder professor Henrik Kofoed Nielsen på e-post 
henrik.kofoed.nielsen@uia.no 

Avhandlingen er tilgjengelig i AURA: https://uia.brage.unit.no/uia-xmlui/handle/11250/2673158