Towards a better energy efficiency through a systems approach in an industrial forklift

The purpose of this study is to improve the potential energy recovery to electric energy in an electrohydraulic forklift system. The initial achieved result for energy saving ratio after structural optimization is 40 %. Component optimization is applied to the tested drive which consists of a DTC controlled electric servo motor directly running a reversible hydraulic pump. According to the study the energy efficiency and the energy recovery from the electro-hydraulic forklift system can be increased by 11 % units. New ideas and directions of further research were obtained during the study.

Electric energy recovery system for a hydraulic forklift

This thesis studies the possibilities to recover energy in a hydraulic forklift system. Controlling of the system is done directly with an electric servo motor drive and a hydraulic pump. A real system was built and tested and simulations of the system were made with Matlab. Results of the system and simulations were analysed and compared and according to them, energy can be recovered efficiently from the hydraulic forklift system. Also new ideas and directions of further research were obtained with the help of this research.

Kaasukäyttöisen jäteauton toiminnan tutkiminen ja soveltuvuuden selvittäminen pääkaupunkiseudun jätteenkuljetuksiin

Kaasunkäyttö liikennepolttoaineena on Suomessa vielä melko vähäistä. Maa- ja biokaasun käyttöä pyritään kuitenkin lisäämään, sillä EU:n jäsenvaltioiden tulee korvatavuoteen 2010 mennessä 5,75 % nykyisistä liikenteen polttoaineista biopolttoaineilla ja vuoteen 2020 mennessä jopa 20 %:a. Tässä työssä tutkittiin kaasukäyttöisen (CNG) jäteauton vahvuuksia ja heikkouksia dieseljäteautoon verrattuna. Ensimmäinen CNG-jäteauto aloitti liikennöinnin Pääkaupunkiseudun yhteistyövaltuuskunnan alueella joulukuussa 2005. Kaasujäteautolle suoritettujen melu- ja pakokaasupäästömittausten perusteella selvisi, että CNG-jäteauto on ympäristön kannalta dieseljäteautoa puhtaampi vaihtoehto. Kaasujäteautolla on myös yrityksen imagoon positiivinen vaikutus. Jäteautojen kustannuslaskelmat osoittivat, että kaasujäteauto tulee kokonaiskustannuksiltaan kalliimmaksi kuin dieseljäteauto. Ainoastaan CNG-jäteauton polttoainekustannukset ovat toistaiseksi edullisemmat kuin dieseljäteauton. Kaasujäteautokannan lisääntyminen edellyttää kaasun liikennepolttoainekäytön tukemista esimerkiksi antamalla lisäpisteitä urakkatarjouskilpailuissa. Tällöin eri polttoainevaihtoehtojen välillesyntyy kilpailua, millä voi tulevaisuudessa olla vaikutusta CNG-jäteauton kokonaiskustannusten alenemiseen ja kaasun käytön lisäämiseen taloudellisesti kannattavasti. Myös edistämällä biokaasun hyötykäyttöä liikennepolttoaineena saavutetaan maakaasua paremmat ympäristöhyödyt ja saadaan kaatopaikoilla muodostuva metaani talteen. Biokaasu on hiilidioksidineutraali polttoaine, joten sen poltosta ei synny kasvihuonekaasupäästöjä.

Polttoaineiden vastaanotonja käytön tarkastelu ja optimointi biopolttoaineita käyttävässä voimalaitoksessa

Kioton pöytäkirja velvoittaa teollisuusmaita vähentämään hiilidioksidipäästöjään. Energiantuotantolaitosten on vähennettävä tuotantoaan tai siirryttävä käyttämään vähäpäästöisempiä polttoaineita vähennystavoitteiden saavuttamiseksi. Etelä-Savon Energia Oy Mikkelissä rakentaa uuden kattilalaitoksen, joka soveltuu hiilidioksidivapaiden puupolttoaineiden polttoon. Kun uusi kattilalaitos otetaan käyttöön, kasvaa voimalaitoksen polttoaineiden kulutus 1,7 -kertaiseksi. Tämä merkitsee laitokselle tulevien polttoainekuljetusten määrän kasvamista kylmimpinä aikoina yli 70:neen autoon vuorokaudessa. Työssä on tarkasteltu nykyisen polttoaineiden vastaanoton ja kuljettimien kykyä ottaa vastaan kasvavat polttoainevirrat. Vastaanoton sujuvuus on polttoaineiden laadunhallinnan lisäksi edellytys laitoksen käytölle. Työn tavoitteena on ollut kartoittaa vastaanoton ongelmakohtia ja löytää näihin parannusmahdollisuuksia. Vastaanottokapasiteetti tulee venymään äärimmilleen tulevaisuudessa. Jotta määrällisesti riittävä ja laadullisesti sopiva polttoaineseos saadaan vastaanotettua nykyisenä vastaanottoaikana, tulee autojen saapua entistä tasaisemmin laitokselle. Tasainen saapuminen on mahdollista aikatauluttamalla sopivasti polttoainekuljetusten saapumisajat laitokselle. Vastaanoton kapasiteettia voitaisiin nostaa kasvattamalla kenttävaraston kokoa ja pienillä muutoksilla vastaanottoasemissa. Polttoaineen laadun ja vastaanoton tarkastelun lisäksi työssä on tarkasteltu polttoaineen saatavuutta.

Uuden auton toimitusketju

Työssä keskitytään erityisesti tehdastoimituksen ja asiakasluovutuksen väliseen aikaan. Tavoite on selvittää eri päällirakenteilla varustettavien autojen varastointiaikoja. Lasketaan lisäksi varastointiajasta aiheutuvia korkokustannuksia. Tarkoitus on myös tutkia mahdollisuuksia varastointiajan vähentämiseksi. Teoriassa perehdytään muun muassa varastointiin ja taloudellisiin vaikutuksiin. Kokeellisessa osiossa toteutetaan kysely eri päällirakentaja-aikojen selvittämiseksi. Määrättyjen autojen osalta selvitetään kokonaisrahoitusajat. Työssä tuotetaan myös prosessin kuvaus uuden auton toimitusketjusta. Todetaan, että mahdollinen pidempi varastointiaika tulee huomioida katteessa kustannusten kattamiseksi. Myyntisaamisten maksuaika saattaa kaksinkertaistaa kokonaisrahoitusajan. Varastointiaikojen vähentämiseksi esitetään seurantalomaketta, maksuaikojen perustelua sekä aikataulun ennakointia käytettäessä rahoitusyhtiötä. Päällirakenteiden osalta suositellaan käytettävän eriteltyjä toimintoja.

New Operation Model for Maintenance Material Logistics in Paper Industry

This research report illustrates and examines new operation models for decreasing fixed costs and transforming them into variable costs in the field of paper industry. The report illustrates two cases - a new operation model for material logistics in maintenance and an examination of forklift truck fleet outsourcing solutions. Conventional material logistics in maintenance operation is illustrated and some problems related to conventional operation are identified. A new operation model that solves some of these problems is presented including descriptions of procurement and service contracts and sources of added value. Forklift truck fleet outsourcing solutions are examined by illustrating the responsibilities of a host company and a service provider both before and after outsourcing. The customer buys outsourcingservices in order to improve its investment productivity. The mechanism of how these services affect the customer company's investment productivity is illustrated.

Design of flywheel generator for a diesel hybrid working machine

The aim of this work is to design a flywheel generator for a diesel hybrid working machine. In this work we perform detailed design of a generator. Mobile machines are commonly used in industry: road building machines, three harvesting machines, boring machines, trucks and other equipment. These machines work with a hydraulic drive system. This system provides good service property and high technical level. Manufacturers of mobile machines tend to satisfy all requirements of customers and modernized drive system. In this work also a description of the frequency inverter is present. Power electronics system is one of the basic parts for structures perform in the project.

Metsäpolttoaineiden vesitiekuljetus proomukalustolla

Metsäpolttoaineiden käyttö kasvaa lämpö- ja voimalaitoksissa ja mahdollisissa biojalostamoissa. Metsäpolttoaineilla voidaan saavuttaa päästövähennyksiä korvaamalla päästöintensiivisempiä polttoaineita. Metsäpolttoaineen kysynnän kasvu suurkäyttöpaikoilla luo uusia vaatimuksia metsäbiomassan hankintaan. Metsäpolttoaineiden vesitiekuljetuksen sisältämiä logistiikkajärjestelmiä kehittämällä toimitusvarmuutta pystytään parantamaan ja hankintaa laajentamaan kustannustehokkaasti ja ympäristöystävällisesti. Kuljetuskokeilut antoivat uutta tietoa vesitiekuljetuksen sisältämästä hankinnasta. Lastikapasiteetti nykyisen kaltaisessa Eurooppa IIa -suurproomussa vaihtelee 1200 tonnista jopa 1800 tonniin (kosteus 40 %) riippuen tiivistymisestä ja proomun modifiointiasteesta. Metsähakkeen energiatiheys oli suurproomukuljetuksissa keskimäärin 1 MWh/i-m3, joka oli 25 % parempi kuin vertailun hakerekkakuljetuksissa. Vesitiekuljetuksen kustannukset olivat kuljetuskokeiluissa lastauksineen ja purkuineen 0,02 €/MWh/km, ollen noin 20 % ketjun kokonaiskustannuksista. Simuloinnin edullisimpien vesitiekuljetusvaihtoehtojen vaihteluvälin kustannukset olivat vastaavasti 0,013 - 0,026 €/MWh/km. Lastauksen ja purun kustannus oli 0,4 - 0,6 €/MWh ja vesitiekuljetus 0,9 - 2,0 €/MWh (100 km). Ketjun kokonaiskustannukset hakkuutähdehakkeelle vaihtelivat simuloinnin edullisimpien vaihtoehtojen perusteella välillä 10,8 - 12,1 €/MWh (30 km rekka, 100 km proomu). Kuljetusketjujen simuloinnin kustannukset osoittivat proomukuljetusketjun olevan kilpailukykyinen vaihtoehto hakerekkakuljetusketjulle kalustosta ja vuosittaisista käyttötunneista riippuen kuljetusetäisyyden ylittäessä 100 km. Kustannustehokkain ratkaisu vesitiekuljetuksessa saavutettiin pienen aluksen ja suuren kokoluokan proomuyksikön kytkyeellä. Haketus kannattaa toteuttaa ennen proomukuljetuksen osuutta metsähakkeen paremman tiiviyden ja käsiteltävyyden perusteella. Logistiikkajärjestelmiä pitää kehittää tapauskohtaisesti käyttöpaikan tarpeet ja olosuhteet huomioon ottaen. Metsäpolttoaineiden vesitiekuljetuksen sisältämän logistiikan liiketoimintamallien vertailussa arvioitiin vaihtoehtoiset ulkoistetut toimintamallit paremmaksi kuin nykyinen urakointimalli. Tämä mahdollistaa paremman metsähakkeen saatavuuden ja logistiikan tehokkuuden lastausterminaaleissa. Terminaalitoiminnot ja proomukuljetukset lisäävät uusia liiketoimintamahdollisuuksia ja mahdollistavat metsäpolttoaineiden

Externalities of Shipping in the Gulf of Finland until 2015

During the last few years, the discussion on the marginal social costs of transportation has been active. Applying the externalities as a tool to control transport would fulfil the polluter pays principle and simultaneously create a fair control method between the transport modes. This report presents the results of two calculation algorithms developed to estimate the marginal social costs based on the externalities of air pollution. The first algorithm calculates the future scenarios of sea transport traffic externalities until 2015 in the Gulf of Finland. The second algorithm calculates the externalities of Russian passenger car transit traffic via Finland by taking into account both sea and road transport. The algorithm estimates the ship-originated emissions of carbon dioxide (CO₂), nitrogen oxides (NO_x), sulphur oxides (SO_x), particulates (PM) and the externalities for each year from 2007 to 2015. The total NOx emissions in the Gulf of Finland from the six ship types were almost 75.7 kilotons (Table 5.2) in 2007. The ship types are: passenger (including cruisers and ROPAX vessels), tanker, general cargo, Ro-Ro, container and bulk vessels. Due to the increase of traffic, the estimation for NO_x emissions for 2015 is 112 kilotons. The NO_x emission estimation for the whole Baltic Sea shipping is 370 kilotons in 2006 (Stipa & al, 2007). The total marginal social costs due to ship-originated CO₂, NO_x, SO_x and PM emissions in the GOF were calculated to almost 175 million Euros in 2007. The costs will increase to nearly 214 million Euros in 2015 due to the traffic growth. The major part of the externalities is due to CO₂ emissions. If we neglect the CO2 emissions by extracting the CO₂ externalities from the results, we get the total externalities of 57 million Euros in 2007. After eight years (2015), the externalities would be 28 % lower, 41 million Euros (Table 8.1). This is the result of the sulphur emissions reducing regulation of marine fuels. The majority of the new car transit goes through Finland to Russia due to the lack of port capacity in Russia. The amount of cars was 339 620 vehicles (Statistics of Finnish Customs 2008) in 2005. The externalities are calculated for the transportation of passenger vehicles as follows: by ship to a Finnish port and, after that, by trucks to the Russian border checkpoint. The externalities are between 2 – 3 million Euros (year 2000 cost level) for each route. The ports included in the calculations are Hamina, Hanko, Kotka and Turku. With the Euro-3 standard trucks, the port of Hanko would be the best choice to transport the vehicles. This is because of lower emissions by new trucks and the saved transport distance of a ship. If the trucks are more polluting Euro 1 level trucks, the port of Kotka would be the best choice. This indicates that the truck emissions have a considerable effect on the externalities and that the transportation of light cargo, such as passenger cars by ship, produces considerably high emission externalities. The emission externalities approach offers a new insight for valuing the multiple traffic modes. However, the calculation of the marginal social costs based on the air emission externalities should not be regarded as a ready-made calculation system. The system is clearly in the need of some improvement but it can already be considered as a potential tool for political decision making.

Hybridikäytön mitoitus liikkuvan työkoneen energian talteenottojärjestelmäksi

Työssä tarkastellaan sähköisiä energian talteenottomahdollisuuksia liikkuvissa työkoneissa. Työssä esitetään kolme erityyppistä liikkuvaan työkoneeseen soveltuvaa sähköisen energian talteenottojärjestelmää sekä mitoitetaan hybridikäyttö kahdelle erityyppiselle työkonesovellukselle kuormituskäyrien perusteella. Lisäksi työssä lasketaan hybridijärjestelmää käyttämällä saavutettava energiansäästö nykyiseen käyttöön verrattuna.

Logistiikkayrityksen kuljetussuunnittelun kehittäminen

Työn tavoitteena oli selvittää Transpoint Cargon kuljetussuunnittelun nykytila ja kuljetussuunnittelijoiden välisten vastuiden jakaantuminen. Työn tavoitteena oli lisäksi rakentaa kuljetussuunnittelulle alueellinen toimintamalli yrityksen asettamien rajoitteiden mukaisesti. Kuljetussuunnittelun tilaa tutkittiin haastatteluiden, visuaalisen analysoinnin, oman työkokemuksen ja tuotevirta-analyysin avulla. Kuljetussuunnittelun suurimmat kehitystarpeet löytyivät vastuiden loogisemmasta jakamisesta ja suunnittelijoiden tavasta ohjata autoja. Kehitysehdotuksena nykytilanteen parantamiseksi työssä esitetään kuljetussuunnittelijoiden työtehtävien jakaminen klusteri mallin mukaisesti. Klusteri malliin perustuen työssä esitetään kolme eri vaihtoehtoa kuljetussuunnittelun alueellisen toimintamallin toteuttamiseksi.

Työntömastotrukkien tuotannon optimointi

Tutkimuksessa luodaan Tuko Logistics Oy:n työntömastotrukkien toimintaa opti-moivia toimintaehdotuksia varastonohjausjärjestelmästä saatavan työntömastotruk-kidatan pohjalta. Tutkimus on toteutettu haastattelututkimuksena ja käyttäen apuna tieteellisiä julkaisuja. Tehtävien lomittamistutkimuksen ja loogiseen päättelyn tulok-sena on luotu kaksi toimintaehdotusta: A ja B. Toimintaehdotusten vaikutuksia van-haan järjestelmään verrataan mittareilla, joista osa on tehty jonoteorian jonomallien laskukaavojen pohjalta. Mittareita ovat: tehdyt tehtävät tunnissa, tuottamattoman ajon suhde tuottavaan, normaalitehtäväjonon pituus ja normaalitehtäväjonon koko-naisodotusaika. Toimintaehdotus B osoittautuu tehokkaammaksi ehdotukseksi, mutta Toimintaehdotus A:lla voi varmistaa tehtävien riittämisen työntömastotrukeille. Tut-kimuksessa ehdotetaan myös muita työntömastotrukkien toimintaa optimoivia muu-toksia, jotka voidaan ottaa käyttöön jokaisessa toimintamallissa.

Electric-drive-based control and electric energy regeneration in a hydraulic system

Over the recent years, development in mobile working machines has concentrated on reducing emissions owing to the tightening rules and needs to improve energy utilization and reduce power losses. This study focuses on energy utilization and regeneration in an electro-hydraulic forklift, which is a lifting equipment application. The study starts from the modelling and simulation of a hydraulic forklift. The energy regeneration from the potential energy of the load was studied. Also a flow-based electric motor speed control was suggested in this thesis instead of the throttle control method or the variable displacement pump control. Topics related to further development in the future are discussed. Finally, a summary and conclusions are presented.

Cargo Traffic on the Helsinki-Tallinn Route

The twin-city model has found to increase economical activity and well-being. The similar economical, social and cultural background of Finland and Estonia as well as the EU integration give good preconditions to create a twin-city of Helsinki and Tallinn. The relatively long distance between Helsinki and Tallinn is challenging. Therefore, good transport infrastructure and functioning connections are required to form a twin-city of Helsinki and Tallinn. The connections between these cities can be considered also in broader perspective than only from the viewpoint of the twin-city concept. New markets areas have been emerged in Europe due to collapse of planned economy and integration of Europe. Also the transport routes to the markets are changing. The Hel-sinki-Tallinn sea route can be considered as a fast route to the new markets in the Cen-tral and Eastern Europe. The Helsinki-Tallinn sea route is also a potential route to the Western European markets. This study provides an analysis of transport and cargo flows between Finland and Esto-nia for regional and local planners. The main purpose of the study is to clarify the pre-sent situation of the seaborne cargo flows on the Helsinki-Tallinn route and how the cargo flows will develop in the future. The study focuses on the following thematic enti-ties: the Finnish and Estonian seaborne transport system and cargo flows, the structure and volume of the cargo flows on the Helsinki-Tallinn route, the hinterland cargo flows on the Helsinki-Tallinn route and the transport methods used on the Helsinki-Tallinn route. The study was carried out as a desk research, a statistical analysis and an inter-view study during the spring–autumn 2011. The study reveals that during the period 2002–2010 the volume of the seaborne cargo traffic between Finland and Estonia has increased significantly while the trend of the trade volume between Finland and Estonia has remained nearly constant. This indicates that the route via Estonia is increasingly used in the Finnish foreign trade. Because the ports of Helsinki and Tallinn are the main ports in the cargo traffic between Finland and Estonia, the role of the Helsinki-Tallinn route as a sea leg in the hinterland connections of Finland has increased. The growth of the cargo volume on the Helsinki-Tallinn route was estimated to continue on the annual level of 10 % during the next couple of years. In the long run the growth of the cargo volumes depends on the economical and indus-trial development of the former Eastern European countries. If the IMO’s sulphur regu-lations will come in force, the Helsinki-Tallinn route will become one of the main routes also to the Western European markets, besides of the route via Sweden. The study also shows that the fast and reliable connections year round on the Helsinki-Tallinn route have made it possible for service and logistics companies to reconsider their logistics strategies in a new way in the both side of the Gulf of Finland. Anyway, the ropax concept is seen as the only economical profitable solution on the Helsinki-Tallinn route because cargo and passenger traffic are supporting each other. The trucks (vehicle combinations) will remain the main mode of transport on the Helsinki-Tallinn route because general cargo is the main commodity on the route. IMO’s sulphur regula-tions and the changes in the structure of the Finnish industry may create prerequisites for rail road transport in the hinterland connections of Finland. The twin-city model has found to increase economical activity and well-being. The similar economical, social and cultural background of Finland and Estonia as well as the EU integration give good preconditions to create a twin-city of Helsinki and Tallinn. The relatively long distance between Helsinki and Tallinn is challenging. Therefore, good transport infrastructure and functioning connections are required to form a twin-city of Helsinki and Tallinn. The connections between these cities can be considered also in broader perspective than only from the viewpoint of the twin-city concept. New markets areas have been emerged in Europe due to collapse of planned economy and integration of Europe. Also the transport routes to the markets are changing. The Hel-sinki-Tallinn sea route can be considered as a fast route to the new markets in the Cen-tral and Eastern Europe. The Helsinki-Tallinn sea route is also a potential route to the Western European markets. This study provides an analysis of transport and cargo flows between Finland and Esto-nia for regional and local planners. The main purpose of the study is to clarify the pre-sent situation of the seaborne cargo flows on the Helsinki-Tallinn route and how the cargo flows will develop in the future. The study focuses on the following thematic enti-ties: the Finnish and Estonian seaborne transport system and cargo flows, the structure and volume of the cargo flows on the Helsinki-Tallinn route, the hinterland cargo flows on the Helsinki-Tallinn route and the transport methods used on the Helsinki-Tallinn route. The study was carried out as a desk research, a statistical analysis and an inter-view study during the spring–autumn 2011. The study reveals that during the period 2002–2010 the volume of the seaborne cargo traffic between Finland and Estonia has increased significantly while the trend of the trade volume between Finland and Estonia has remained nearly constant. This indicates that the route via Estonia is increasingly used in the Finnish foreign trade. Because the ports of Helsinki and Tallinn are the main ports in the cargo traffic between Finland and Estonia, the role of the Helsinki-Tallinn route as a sea leg in the hinterland connections of Finland has increased. The growth of the cargo volume on the Helsinki-Tallinn route was estimated to continue on the annual level of 10 % during the next couple of years. In the long run the growth of the cargo volumes depends on the economical and indus-trial development of the former Eastern European countries. If the IMO’s sulphur regu-lations will come in force, the Helsinki-Tallinn route will become one of the main routes also to the Western European markets, besides of the route via Sweden. The study also shows that the fast and reliable connections year round on the Helsinki-Tallinn route have made it possible for service and logistics companies to reconsider their logistics strategies in a new way in the both side of the Gulf of Finland. Anyway, the ropax concept is seen as the only economical profitable solution on the Helsinki-Tallinn route because cargo and passenger traffic are supporting each other. The trucks (vehicle combinations) will remain the main mode of transport on the Helsinki-Tallinn route because general cargo is the main commodity on the route. IMO’s sulphur regula-tions and the changes in the structure of the Finnish industry may create prerequisites for rail road transport in the hinterland connections of Finland.

Value added logistics in supply and demand chain : COSTFIX : New operation model for maintenance material logistics in paper industry

This research report illustrates and examines new operation models for decreasing fixed costs and transforming them into variable costs in the field of paper industry. The report illustrates two cases – a new operation model for material logistics in maintenance and an examination of forklift truck fleet outsourcing solutions. Conventional material logistics in maintenance operation is illustrated and some problems related to conventional operation are identified. A new operation model that solves some of these problems is presented including descriptions of procurement and service contracts and sources of added value. Forklift truck fleet outsourcing solutions are examined by illustrating the responsibilities of a host company and a service provider both before and after outsourcing. The customer buys outsourcing services in order to improve its investment productivity. The mechanism of how these services affect the customer company’s investment productivity is illustrated.