Elektrobau & Leitfaden zum Testen von Antriebssträngen für Bergbaumaschinen

Warum die Prüfung elektrischer Baugeräte anders ist

Elektrobagger, Lader, und kompakte Baumaschinen sind von Pilotprogrammen zu Versandprodukten übergegangen: Große OEMs liefern jetzt batterieelektrische Mini- und Mittelbagger mit dieseläquivalenter Grableistung, und der Markt für elektrische Baumaschinen wächst um ca 20% jährlich, da die Flotten auf der Suche nach niedrigeren Treibstoff- und Wartungskosten sind. Dieses Wachstum zieht elektrische Antriebe – Schwenkmotoren – nach sich, Reisemotoren, und elektrohydraulische Pumpenmotoren – in eine Betriebsumgebung, die fast nichts mit einem Pkw-Elektrofahrzeug oder gar einem landwirtschaftlichen Traktor zu tun hat.

Der Motor einer Baumaschine verbringt sein ganzes Leben damit, Stoßbelastungen durch Stöße von der Schaufel auf den Stein zu absorbieren, Während des Grabens längere Zeit mit Stillstands- oder Stillstandsdrehmoment laufen lassen, und Arbeiten im Schlamm, Staub, und stehendes Wasser. Prüfstände für reibungsloses Arbeiten gebaut, Bei Anwendungen im Dauerbetrieb fehlen regelmäßig die Fehlermodi, die nur bei dieser Art von Missbrauch auftreten, zyklische Belastung – weshalb Antriebsstränge im Bau- und Bergbaubereich einen eigenen Validierungsansatz benötigen, der sich von allgemeinen Tests für Off-Highway- oder Landmaschinen unterscheidet.

Was unterscheidet die Arbeitszyklen von Baumaschinen?

• Häufiges Abwürge- und Beinahe-Abwürgedrehmoment: Beim Graben in dichtem Boden oder Gestein wird der Fahr- oder Schwenkmotor regelmäßig in Richtung der Stallströmung angetrieben, im Gegensatz zu landwirtschaftlichen Zapfwellenanwendungen, die bei längeren Felddurchfahrten mit relativ konstanter Last laufen.
• Hochfrequente Stoßbelastung: Schaufelstöße, Spurschock durch unebenes Gelände, und Schwenkarretierungen führen zu wiederholten mechanischen Erschütterungen an der Motor- und Getriebeschnittstelle, nicht das für Straßen- oder Feldfahrten typische allmähliche Vibrationsprofil.
• Elektrohydraulische Hybridarchitektur: Viele Elektrobagger verwenden immer noch eine Hydraulik für den Ausleger, Arm, und Eimer, Dabei treibt der Elektromotor eine Hydraulikpumpe an – daher muss das Drehmoment-Drehzahl-Profil des Motors mit der Lastkurve der Pumpe übereinstimmen, keine direkte mechanische Belastung.
• Schwere Umweltbelastung: Dreck, Wassereintauchen auf Gleishöhe, Staubaufnahme, und große Schwankungen der Umgebungstemperatur auf einer Baustelle erfordern alle einen höheren Schutz gegen Eindringen und Wärmemarge als die meisten anderen Anwendungen für elektrische Maschinen.

Kerntestaufgaben

1. Stillstands- und Stillstands-Drehmomentausdauer

Schwenk- und Fahrmotoren müssen das Nenndrehmoment für längere Verweilzeiten ohne thermische Schäden aufrechterhalten, da bei Grabzyklen der Motor bei vollem Drehmoment routinemäßig auf oder nahe der Drehzahl Null gehalten wird, während die Schaufel durch dichtes Material arbeitet.

Schlüsselkennzahlen: Haltezeit des Stillstandsdrehmoments bis zur thermischen Grenze, Anstieg der Wicklungstemperatur bei wiederholten Blockierzyklen, Wiederholbarkeit des Drehmoments über den gesamten Grabzyklus hinweg.

2. Haltbarkeit bei Stoß- und Stoßbelastungen

Ein spezieller Aufprallprüfstand wendet wiederholte Stoßbelastungen an, um Stöße zwischen der Schaufel und einem Hindernis sowie Stöße auf Gleise zu simulieren, Validierung, dass die Motorwelle, Lager, und Getriebeschnittstelle überstehen Tausende von Zyklen ohne Fehlausrichtung oder Dichtungsversagen.

Schlüsselkennzahlen: Stoßbelastungsamplitude und Wiederholungsrate pro Prüfnorm, Lager- und Dichtungsintegrität nach dem Radfahren, Wellenschlag vor/nach der Schlagprüfung.

3. Elektrohydraulische Pumpen-Motor-Anpassung

Dabei treibt der Motor eine Hydraulikpumpe an und nicht die Last direkt, Der Prüfstand muss den Motor über den tatsächlichen Druck-Fluss-Betriebsbereich der Pumpe charakterisieren, Es wird bestätigt, dass Effizienz und thermisches Verhalten eher dem kombinierten elektrohydraulischen System als einer idealisierten mechanischen Belastung entsprechen.

Schlüsselkennzahlen: Effizienzdiagramm über den Betriebsdruck-/Durchflussbereich der Pumpe, Effizienz des kombinierten elektrohydraulischen Systems, Reaktionszeit auf hydraulische Bedarfsänderungen.

4. Umweltabdichtung und Schutz vor eindringendem Wasser

Motoren, die in Gleishöhe oder im Fahrwerk montiert sind, sind mit Schlamm konfrontiert, stehendes Wasser, und Staub, der weitaus schwerwiegender ist als die typische Belastung im Automobil- oder Industriebereich, Es ist eine Eingangsvalidierung auf IP69K-Niveau in Kombination mit einem Hochdruck-Abwaschtest erforderlich, der die Reinigungspraktiken auf der Baustelle widerspiegelt.

Schlüsselkennzahlen: Überprüfung der IP-Schutzart unter Wash-Down-Bedingungen, Isolationswiderstand nach Eintauchwechsel, Staubaufnahmetest gemäß relevanter Umweltnorm.

5. Umfassendes Wärmemanagement

Baumaschinen werden in extremen Umgebungsbedingungen betrieben – vom Kaltstart bei Minusgraden auf Wintereinsätzen bis hin zum Betrieb bei hoher Hitze in geschlossenen Motor-/Motorräumen beim Graben im Sommer – daher müssen thermische Tests das gesamte Betriebsfenster abdecken, kein schmales Nenntemperaturband.

Schlüsselkennzahlen: Verfügbarkeit des Kaltstartdrehmoments, Kontinuierliche Drehmoment-Derating-Kurve über den gesamten Umgebungsbereich, Reaktion des Kühlsystems bei anhaltendem Graben unter hoher Belastung.

6. Vibration und strukturelle Ermüdung

Über diskrete Schockereignisse hinaus, Anhaltende niederfrequente Vibrationen durch Raupen- oder Radfahrten über unwegsames Gelände führen über die mehrtausende Betriebsstunden der Maschine zu Ermüdungsschäden an Motorgehäusen und Montagehalterungen.

Schlüsselkennzahlen: Vibrationsprofil gemäß relevanter Off-Highway-Testnorm, Projektion der Ermüdungslebensdauer der Montagehalterung, Strukturintegrität des Gehäuses nach beschleunigter Lebensdauerprüfung.

Was das für die Prüfstandsauswahl bedeutet

Für die ordnungsgemäße Prüfung des Antriebsstrangs eines Elektrobaggers oder Laders ist ein Prüfstand erforderlich, der ein anhaltendes Stillstandsdrehmoment ohne Überhitzung aushalten kann, Wenden Sie realistische Stoßbelastungen an, statt gleichmäßige, rampenartige Belastungen, und charakterisieren den Motor anhand einer tatsächlichen Hydraulikpumpenkurve, bei der die Architektur eher elektrohydraulisch als direkt angetrieben ist. Klimakammern müssen neben dem standardmäßigen Temperaturwechsel auch abwaschbar und eintauchbar sein, da die Bedingungen auf der Baustelle weitaus härter sind, als es eine typische Industrie- oder Automobiltestumgebung annimmt.

Wenn Sie einen Prüfstand für elektrische Bau- oder Bergbaumaschinen spezifizieren, Unser Ingenieurteam kann Ihnen dabei helfen, den Stillstandsdrehmoment-Arbeitszyklus zu definieren, Stoßbelastungsprofil, und Umgebungsanforderungen rund um die tatsächlichen Betriebsbedingungen Ihrer Maschine. Sprechen Sie mit unserem Engineering-Team um Ihre Spezifikation durchzuarbeiten.