Tilaa lehti

Mainokset

Suomen Mittaus- ja Säätöteknillinen Yhdistys r.y.

Suomen robotiikkayhdistys r.y.

Automaatiopalkinto Ponsselle ja Epecille

Automaatiopalkinto 2023: Ponsse EV-1 Vuoden 2023 Automaatiopalkinnon voittaja on Ponsse Oyj:n ja sen teknologiayhtiö Epec Oy:n yhteistyössä kehittämä PONSSE EV1. Sähkökäyttöisen metsäkoneen teknologiakonsepti PONSSE EV1:n on toteuttanut työryhmä, jonka kehitystyö linkittyy vahvasti vihreän siirtymän edistämiseen ja suomalaisen teollisuuden kilpailukyvyn varmistamiseen.

Kirjoittaja:
Otto Aalto / Päätoimittaja
Julkaistu:

Automaatiopalkinto on tunnustuspalkinto, joka jaetaan kahden vuoden välein merkittävästä alalla suoritetusta tutkimus- ja kehittämistyöstä, sovelluksesta teollisuuden tai yhteiskunnan käyttöön tai muusta automaatioalaa edistäneestä toiminnasta. Palkinnon saaja voi olla henkilö, työryhmä, yritys tai muu yhteisö. Tällä kertaa palkinnon vastaanottivat Automaatiopäivillä työryhmän puolesta Kalle Einola Ponsselta ja Mika Suonmaa Epeciltä.

PONSSE EV1 on Ponssen ja Epecin yhteistyössä kehittämä sähköisellä voimanlinjalla varustettu metsäkone. Se lanseerattiin teknologiakonseptina elokuussa 2022. Se herätti paljon huomiota esimerkiksi FinnMetko 2022 -metsäkonenäyttelyssä, jossa se oli osa työnäytöksiä.

Metsäkoneen sähköistämisellä saavutetaan merkittäviä etuja. Kun työsyklin aiheuttama kuormitus voidaan energiavarastona toimivan akuston ansiosta eriyttää varsinaisesta voimanlähteestä, niin sanotun Range Extender -polttomoottorin mitoitus voidaan tehdä keskimääräiselle teholle. Näin sitä voidaan käyttää aina optimaalisella kierrosluvulla, jolloin esimerkiksi polttoaineen kulutus ja melutaso vähenevät sekä pakokaasujen puhdistusjärjestelmät toimivat tehokkaasti. Voimantuotto ja -siirto voidaan suunnitella puhtaalta pöydältä, jolloin toimintojen ohjaaminen tulee tarkemmaksi. Myös ajettavuus paranee suuremman vetokyvyn ansiosta.

Ponsse tavoittelee toiminnassaan ja ratkaisuissaan hiilineutraaliutta pitkällä aikajänteellä. EV1-teknologialanseeraus on osa yhtiön strategiaa ja askel kohti hiilineutraaliuden tavoitetta. Ponsse on tutkinut ja kehittänyt uusia teknologiaratkaisuja jo useiden vuosien ajan. EV1-teknologiakonsepti lähti liikkeelle vuonna 2019, kun Ponsse ja Epec ryhtyivät yhdessä tutkimaan vastuullisia ja kestävän kehityksen mukaisia voimalinjaratkaisuja.

Tulevaisuuden konsepti

PONSSE EV1 on paitsi teknologiakonsepti, samanaikaisesti myös tutkimus- ja kehitysalusta myöhempiä tutkimuksia varten. Sähköinen sarjahybriditopologia mahdollistaa myös muiden energialähteiden kuin dieselmoottorin käytön sekä työhydrauliikan hyötysuhteen oleellisen parantamisen.

Koneen kehityksessä otettiin huomioon sarjavalmistuksen vaatimuksia niiltä osin kuin oli järkevää ajan ja resurssoinnin puitteissa.

”Polttoainetalouden ja myös CO2-päästöjen merkitys korostuu koko ajan ja olimme tunnistaneet kuormatraktorin sovellukseksi, jossa halusimme lähteä todentamaan sähköistä sarjahybridiratkaisua. Metsäkoneissa, kuten kuormatraktorissa, on myös valtavasti potentiaalia parantaa paitsi hyötysuhdetta, myös liikkeenhallintaa, käytettävyyttä ja voimalinjan suorituskykyä”, kertoo tuotekehityspäällikkö Kalle Einola Ponsselta.

Konseptikoneessa on Epecin uusi Epec Flow -järjestelmäratkaisu, joka sisältää sähkökäyttöisen voimalinjan ja tehonjakoyksikön sekä voimalinjan ohjausyksikön. Ponssen metsäkoneeseen asennettuna järjestelmä tulee kaupallisesti saataville myöhemmin, mutta nyt sitä on jo mahdollista hyödyntää muiden hyötyajoneuvojen ja liikkuvien työkoneiden sähköistämisessä.

Ponsse EV-1:n arkkitehtuuri ja komponentit.

Suorituskykyä pienemmällä kulutuksella

EV1-voimalinja on tyypiltään sarjahybridi, mikä mahdollistaa dieselmoottorin erottamisen varsinaisesta kuormituksesta. Koneen ajovoimansiirto toimii täyssähköisesti pelkästään akuista saatavalla sähköenergialla. Dieselmoottori käyttää generaattoria, joka vuorostaan lataa akustoa. Kun akusto on saavuttanut tavoitevaraustilan, dieselmoottori sammutetaan automaattisesti. Kun akkua puretaan ja varaus saavuttaa asetetun alarajan, diesel käynnistyy ja alkaa taas tuottaa energiaa akulle. Tämä arkkitehtuuri mahdollistaa aiempaa pienemmän dieselmoottorin käytön.

Esimerkkinä kokoluokaltaan EV1:tä vastaavan tavanomaisen kuormatraktorin dieselmoottori on kuusisylinterinen, nimellisteholtaan 210 kW:n tehoinen ja EV1:n generaattoria käyttävä Range Extender -moottori on vastaavasti nelisylinterinen 150 kW dieselmoottori. Käytännössä EV1:en moottori voitaisiin mitoittaa vieläkin pienemmäksi. 150 kW moottori valikoitui konseptiin lähinnä Ponssen olemassa olevan moottoriportfolion takia.

EV1-konseptissa dieselmoottori voidaan tulevaisuudessa mahdollisesti korvata myös jollain muulla energianlähteellä, esimerkiksi polttokennolla tai muulla uusiutuvalla ja hiilineutraalilla polttoaineella toimivalla voimanlähteellä.

Ajovoimansiirron topologiaksi EV1-konseptiin valittiin erilliset ajomoottorit koneen etu- ja takateleille. Tämä mahdollistaa kehittyneen ajovoimansiirron hallinnan erikseen etu- ja takateleille, jolloin kummankin akselin nopeutta voidaan hallita vapaasti erityisesti koneen kääntyessä.

Tavoitteena on, että teknologialla saavutetaan selkeä polttoaineenkulutuksen alentuminen samanaikaisesti, kun koneen käytettävyys ja suorituskyky paranevat. Sähköiset komponentit lisäävät koneen hankintahintaa verrattuna perinteiseen voimalinjatoteutukseen. Koneen käyttökulut kuitenkin pienenevät alentuneen polttoainekulutuksen ja lisääntyneen tuottavuuden myötä niin paljon, että sähköistyksen lisäinvestoinnin nähdään maksavan itsensä takaisin koneen ensimmäisellä asiakkaalla – sitä nopeammin mitä korkeammat ovat koneen vuotuiset käyttötunnit.

EV-1:ssä on Epecin uusi Epec Flow -järjestelmäratkaisu, joka sisältää sähkökäyttöisen voimalinjan ja tehonjakoyksikön sekä voimalinjan ohjausyksikön.

Ei vielä täyssähköisenä

”Todennäköisesti myös metsäkoneiden kehityksessä tullaan näkemään sähköistymisellä merkittävä rooli aivan kuten tieliikennekalustossa ja muissa liikkuvissa työkoneissa. Metsäkoneen tapauksessa hyötysuhde ei ole kovinkaan hyvä nykyisellään, kun voimansiirto on toteutettu lähes täysin hydraulisesti ja hydrostaattisesti. Toisaalta käyttötunnit ovat varsin korkeita moneen liikkuvaan työkoneeseen verrattuna ja polttoaineenkulutus sikäli merkittävä tuotantopanos. Asiakkaan tai kuljettajan suuntaan sähköisen voimalinjan ei pitäisi juuri näkyä käytännössä muuten kuin parempana polttoainetaloutena ja koneen suorituskykynä. Esimerkiksi latausverkostoa ei tässä vaiheessa tarvita, koska koneen lataukseen tarvittava energia on toistaiseksi tarkoitus tuottaa polttoaineella, kuten dieselillä toimivalla generaattorikäytöllä”, Einola sanoo.

”Täyssähköinen, vain akkuun tukeutuva metsäkone ei tällä hetkellä vaikuta mahdolliselta lyhyellä aikajänteellä ainakaan ammattimaisen puunkorjuun kokoluokan kalustossa. Kauempana tulevaisuudessa, kun koneen hydrauliset toiminnot saadaan optimoitua olennaisesti taloudellisemmiksi, myös täyssähköinen toteutus voi olla mahdollinen ainakin tietyissä käyttötapauksissa”, jatkaa Epec Oy:n Mika Suonmaa.

Tässä vaiheessa keskitytään EV1-testikokemusten keräämiseen todellisissa olosuhteissa ja hyödynnetään tiedot tuotekehityksessä. Ponsse on keskittynyt täysin valmistamaan tavaralajimenetelmään pohjautuvia metsäkoneita, joista kuormatraktori on tässä vaiheessa mielenkiintoisin sovellus sähköistämisen osalta.