Hybride Spierings mobiele torenkraan
Spierings Kranen Vertrouwelijk iii
Samenvatting
Spierings Kranen B.V. is opgericht in 1987 en begonnen als onderhoudsbedrijf voor hijskranen, waarna het bedrijf uitgroeit tot een productiebedrijf van mobiele torenkranen. Op dit moment is gestart met de ontwikkeling van een nieuwe drie-asser. De ontwikkeling van deze drie-asser richt zich onder andere op het ontwerp van een hybride aandrijving voor de truck. In dit rapport is onderzoek gedaan naar de huidige kraan en een ontwerp gemaakt van de hybride aandrijving voor de nieuwe mobiele torenkraan.
Er wordt een analyse uitgevoerd naar de huidige kraan (SK377). Hierbij worden experimenten gedaan, waarbij in verschillende situaties de acceleratie en het benodigd vermogen en koppel wordt gemeten. De truck kan in 90 seconden accelereren van 0 naar 80 km/h. Hierbij is een koppel nodig van 30 kNm. Met behulp van meerdere methodes wordt de luchtweerstandcoëfficiënt bepaald op Cw = 1,0 en de
rolweerstandcoëfficiënt op µrol = 0,008. Het rijgedrag van de kranen is onderzocht, waaruit blijkt dat
gemiddeld 15000 km per jaar wordt gereden. Het Programma van Eisen is op deze analyse gebaseerd en dient vervolgens als basis voor het ontwerp.
Als systeemconfiguratie is gekozen voor een serie hybride aandrijving. De eerste reden voor deze keuze is dat alle benodigde componenten voor een serie hybride beschikbaar zijn op de markt. De volgende reden is dat een serie hybride aandrijving het mogelijk maakt om volledig elektrisch te rijden. De derde reden is de ruimtebesparing die een serie hybride mogelijk maakt.
Voor het verdere ontwerp wordt berekend wat de benodigde vermogens van de componenten zijn. De generator moet een vermogen van 149 kW kunnen leveren, terwijl de accu een energiehoeveelheid van 100 kWh moet hebben. De elektromotoren moet het piekvermogen van 245 kW kunnen leveren. De kern van het systeemontwerp bestaat uit de keuze van de elektromotor. Er wordt gekozen voor één permanent magneet asynchrone motor van Siemens die de wielen via het differentieel van de assen aandrijft. Het maximale koppel dat met dit concept geleverd kan worden, is 42 kNm. Dit is voldoende om een helling van 19% op te rijden en binnen 60 seconden te accelereren naar 80 km/h. Siemens levert een compleet systeem, waarbij de elektromotor, generator, inverters en de besturingssoftware inbegrepen zijn.
De kostprijsberekening toont aan dat de aanschafkosten van het totale concept ongeveer € 5000,- meer bedragen dan van het huidige concept. De bedrijfskosten van de nieuwe hybride kraan bedragen ongeveer € 3400,- per jaar. Bij een vergelijking van de kosten van de hybride kraan met de huidige kraan over de totale levensduur blijkt dat het nieuwe concept in 1,5 jaar is terugverdiend.
De conclusie van dit rapport is dat het hybride systeem voor de Spierings mobiele torenkraan haalbaar is. De prestaties van het ontwerp zijn sterk verbeterd. De acceleratietijd is met ongeveer 40% verminderd. Het energieverbruik is met 4% en de bedrijfskosten met 8 % gedaald.
