KONSTRUKTION AV SMÅSÄCKSTÖMMARE

Transkript

1 EXAMENSARBETE - MASKINTEKNIK KONSTRUKTION AV SMÅSÄCKSTÖMMARE Sven Karlsson Klas Carlsson Maskiningenjörsprogrammet Högskolan i Halmstad Lars Bååth Aron Chibba Halmstad den 18 maj 2011 HÖGSKOLAN I HALMSTAD Box Halmstad

2 Förord Rapporten är ett resultat av vårt examensarbete som är utfört på kandidatnivå vid Högskolan i Halmstad i samarbete med IBC International Handling AB i Falkenberg. Examensarbetet har genomförts som en avslutande del av vår 3-åriga maskiningenjörsutbildning. Vi vill tacka Daniel Carlsson, konstruktionschef på IBC för hans tid och engagemang samt för möjligheten att få genomföra vårt examensarbete i samarbete med IBC. Vi vill även rikta ett stort tack till vår handledare Lars Bååth från högskolan som har hjälpt oss med sina råd och tips under arbetets gång. Klas Carlsson Sven Karlsson

3 Sammanfattning Vårt examensarbete är utfört i samarbete med IBC International Handling AB i Falkenberg. Examensarbetet har syftat till att konstruera en maskin som skall användas för att öppna och tömma småsäckar vanligtvis innehållande pulver. Samlingsnamn för denna typ av maskin är småsäckstömmare. Viktiga kriterier vid konstruktionen har varit att maskinen skall vara dammfri, modulanpassad och klara av att hantera säckar som väger upp till 50kg. Vi har i vårt arbete valt att arbeta utifrån Fredy Olssons metoder gällande principkonstruktion och primärkonstruktion som används vid konstruktionsprojekt. Efter dessa har vi arbetat så att vi först genomförde en konkurrensanalys och sedan tog fram ett antal principförslag. Dessa har därefter förändrats och förbättrats så att vi till slut fick fram en produktlösning som vi konstruerat upp i Catia V5.

4 Abstract Our thesis is performed in collaboration with IBC International Handling AB in Falkenberg. The thesis has aimed to construct a machine that shall be used to open and empty small sacks usually containing powder. A common name for this type of machine is sack opener. Important criteria s under the construction is that the machine shall be constructed so that it won t be possible for any dust to leak out. It shall also be built in modules and be able to handle sack up to 50kg. In our thesis we have selected to work based on Fredy Olsson s methods principkonstruktion and primärkonstruktion which is used in construction projects. Based on these we started our work by performing a competitive analysis and produced a number of principle solutions. These solutions has been changed and improved so that we eventually got a final product solution that we constructed in Catia V5.

5 Innehållsförteckning 1 Introduktion Företagspresentation Problemformulering Avgränsningar Bakgrund Syfte och mål Teoretisk referensram Principkonstruktion Produktdefinition Produktundersökning och kriterieuppställning Framtagning av produktförslag Utvärdering av produktförslag Presentation av valt produktförslag Primärkonstruktion Produktutkast Komponentval Detaljkonstruktion Produktsammanställning Funktionsbeskrivning Riskanalys FMEA Ritteknik Metod Principkonstruktion Kriterieuppställning Produktdefinition Produktundersökning Framtagning av produktförslag Utvärdering av principlösningar Presentation av produktförslag Primärkonstruktion Produktutkast Komponentval Detaljkonstruktion... 20

6 4.2.4 Produktsammanställning Funktionsbeskrivning Riskanalys FMEA Resultat Underliggande sammanställningar: Komplett sammanställning av konstruktionen: Slutsats Utvärdering av resultat Förslag på fortsatt arbete Kritisk granskning Referenser Bilagor: Bilaga 1 Projektbeskrivning Bilaga 2 Konkurrensanalys Bilaga 3 Idéskisser Bilaga 4 Funktionsbeskrivning Bilaga 5 Ritningar

7 1 Introduktion 1.1 Företagspresentation IBC Handling AB grundades under 70-talet och under årens lopp har de utvecklas till att bli ett företag med mycket stor kompetens och erfarenhet inom pulverhantering. IBC tillhandahåller ett brett utbud av lösningar inom pulverhantering som kan sträcka sig från enskilda komponenter till helt kundanpassade lösningar. De sätter även upp hela linjer som kan innehålla tömning av små- och storsäck, vägning och dosering, transport med hjälp av skruvar m.m., silo lagring samt fyllning av småoch storsäck. Kundens önskemål löses genom att IBC skräddarsyr pulverhanteringen efter kundens behov och önskemål med nya och innovativa konstruktionslösningar. Försäljningen sker över hela värden men fokus ligger i Skandinavien. Företaget expanderar varje år i antal anställda samt marknadsdelar[1](broschyr - hela linjen). 1.2 Problemformulering Anledningen till att vi har fått uppdraget att konstruera en småsäckstömmare åt IBC-International Handling AB är att de idag är väldigt svaga i denna del av marknaden. De har ingen egen konstruktion för ändamålet och vill genom detta projekt bredda sin produktflora samt skaffa sig fördelar mot sina konkurrenter. En viktig del i projektet är att konstruktionen på något sätt bör vara unik och inneha någon egenskap som gör att den sticker ut från konkurrenters motsvarigheter. 1.3 Avgränsningar Projektet omfattar konstruktion av de delar som skall finnas i småsäckstömmaren. Tillbehör såsom filterpaket, transportband, komprimatorskruv, transportskruv och elstyrning finns redan som befintliga produkter och kommer därför ej att konstrueras på nytt. 1

8 2 Bakgrund 2.1 Syfte och mål Syftet med arbetet är att bredda IBC internationals produktflora inom småsäckstömning. Detta uppnås genom att konstruera en anläggning som lätt kan anpassas efter kundens behov och önskemål. Målet är att konstruera maskinen i moduler som lätt kan läggas till eller plockas bort och därigenom ger en flexibel konstruktion. 2

9 3 Teoretisk referensram Detta examensarbete är ett konstruktionsprojekt och författarna har valt att arbeta utifrån Fredy Olssons metod gällande produktutveckling. Enligt Fredy Olsson delas produktutvecklingsprocessen upp i tre delar, principkonstruktion, primärkonstruktion och tillverkningskonstruktion. I detta projekt har författarna valt att fokusera på delarna principkonstruktion och primärkonstruktion. 3.1 Principkonstruktion Enligt Fredy Olsson är principkonstruktion det inledande konstruktionsarbetet där man utgår ifrån en behovslösning eller produkttyp för att få fram en principiell produktlösning. I de fall där det inte existerar eller där produktlösningen helt skall ifrågasättas måste även produktstudie utföras. Om en viss produkts principer angående dess verkningssätt, uppbyggnadsätt eller utformning skall ifrågasättas utförs enbart principkonstruktionsetappen. Enligt Fredy Olsson är utgångspunkten för principkonstruktion antingen en behovslösning som kan lösas materiellt eller löser en uttalad huvudfunktion hos en produkt. Målet är att med hjälp av alternativa lösningsförslag komma fram till ett ändamålsenlig, konkurrenskraftig och efterfrågad principlösning. Denna skall sedan presenteras i form av principutkast och/eller produktmodell. Innan principkonstruktionen påbörjas är det viktigt att sätta upp en tidsplanering i form av Ganttschema samt upprätta en uppdragsformulering som skall innehålla målsättningen för principkonstruktionens arbete (Olsson, Principkonstruktion, 1995). 3

10 3.1.1 Produktdefinition I Fredy Olssons principkonstruktion kan man läsa om vad som skall ingå i en produktdefinition, dessa är: Produkten Produkten skall här alltid betraktas som föremålet för den aktuella principkonstruktionsarbetet, de flesta produkter består av en mängd olika komponenter, i komplexa produkter kan ett antal komponenter sammanföras till en produktenhet som sedan sammanställs till själva produkten(olsson, Principkonstruktion, 1995). Enlig Fredy Olsson är det viktigt att här klarlägga vilka enheter som skall ingå i produkten. Processen I allmänhet är det vid principkonstruktion lämpligt att göra klart för sig vad produkten skall utföra, medverka i eller tillåta, det vill säga bestämma produkten användningsprocesser, huvudprocess eller huvuduppgifter. Om huvuduppgiften är uppbyggd av sammansatta processer bör även dessa delprocesser eller deluppgifter fastläggas(olsson, Principkonstruktion, 1995) Produktundersökning och kriterieuppställning Produktundersökning: Enligt Fredy Olsson är oftast lämpligt att ta reda på nuläget och vad som tidigare har hänt inom det aktuella området för att få reda på eventuella styrkor och svagheter hos konkurrenter (Olsson, Principkonstruktion, 1995). Kriterieuppställning: Konstruktionsuppdrag innehåller generella mål för principkonstruktionsarbetet, detta måste oftast översättas eller omformuleras till kriterier. Kriterier består av krav och önskemål, dessa används under framtagning och framförallt inom utvärdering av produktförslag. Kriteriers formulering är mycket viktig, de skall vara entydiga så att de inte misstolkas. De får dock inte begränsa lösningsarbetet samtidigt som uppfyllelsen måste vara kontrollerbar. (Olsson, Principkonstruktion, 1995) 4

11 3.1.3 Framtagning av produktförslag Enligt Fredy Olsson skall ett komplett principiellt produktförslag visa produktens verkningssätt, uppbyggnads sätt och totalutformning. Förslagen framkommer och vidareutvecklas i omgångar. Primära förslag är oftast enkla, kortfattade och oftast ofullständiga. De mest intressanta förslagen vidareutvecklas och beskrivs mer ingående(olsson, Principkonstruktion, 1995) Utvärdering av produktförslag Utvärdering måste i allmänhet ske i flera omgångar där dåliga förslag successivt sållas bort och endast de bästa förslagen förs vidare till nästa steg(olsson, Principkonstruktion, 1995). Primär utvärdering: I detta stadium strävar man efter att få fram ett relativt stort antal förslag, många av dessa är dock oftast ointressanta. Vid denna fas sker en relativt primitiv grovsållning där endast de viktigaste kriterierna betraktas. Mellanliggande utvärdering: De förslagen som klarade sig vidare ifrån den primära utvärderingen utvecklas vidare i detta stadium och utvärderas sedan igen. Vid denna utvärdering tas fler kriterier i hänsyn och uppfyllelsen kontrolleras grundligt. Till sist återstår bara ett fåtal förslag som blir till föremål för slutlig utvärdering. Slutlig utvärdering och val av produktförslag: Det allra bästa bland de framkomna förslagen genomgår efter ytterligare utveckling en slutlig utvärdering. Målet är att här välja ett förslag för slutlig utarbetning och presentation. 5

12 3.1.5 Presentation av valt produktförslag Enligt Fredy Olsson skall det valda produktförslaget utarbetas till det skick som erfordras vid presentation av förslaget. Beskrivning och beskrivningsskisser: Utformningsförslaget presenteras vanligtvis i form av frihandsskisser eller fysiska modeller, om det behövs skall även skisserna kompletteras med förklarande text. 3.2 Primärkonstruktion Under etappen primärkonstruktion är målet att: åstadkomma en primär, preliminärt användningsriktig produkt (Olsson, Primärkonstruktion, 1995). Vid primärkonstruktion är föregående etapp, principkonstruktion utförd och produkten är fastlagd, åtminstone vad som gäller dess verkningssätt och dess väsentliga delar samt utformning. Enligt Fredy Olsson börjar primärkonstruktionen med att det valda produktutkastet utarbetas så att produkten i helhet preliminärt kan fastställas Produktutkast Vid produktutkast skall produktens väsentliga enheter/delar presenteras(olsson, Primärkonstruktion, 1995) Komponentval Under komponentval presenteras de redan befintliga komponenter som skall användas i konstruktionen. Många av dessa komponenter finns redan standardiserade och är lätta att anpassa till konstruktionen(olsson, Primärkonstruktion, 1995) Detaljkonstruktion Enligt Fredy Olsson innebär detaljkonstruktion i första hand att finna och bestämma en detaljs uppbyggnadssätt, utformning och material(olsson, Primärkonstruktion, 1995). 6

13 3.2.4 Produktsammanställning När samtliga komponentval skett och alla unika detaljer konstrueras utarbetas sammanställningar över produkten, i komplexa produkter presenteras en totalsammanställning över produkten såväl som undersammanställningar(olsson, Primärkonstruktion, 1995) Funktionsbeskrivning För att lösa tekniska problem behövs ett system enkelt och snabbt förhållande mellan informationsflöden. Så som flöde från början till slut av en process, ett sådant flöde behöver var väl planerat för att nå målet av processen(pahl, Beitz, Feldhusen, Grote 2007). När ett statiskt problem hanteras räcker det att identifiera flödet in och ut men är det ett dynamiskt system som förändras under tiden måste processen beskrivas djupare. En huvudfunktion kan oftast delas in i identifierbara delprocesser som kommunicerar delfunktioner, dessa delprocesser måste uppfyllas för att få processen skall gå vidare till nästa del funktion(pahl, Beitz, Feldhusen, Grote 2007). Detta illustreras lättast med hjälp av en funktionsstruktur där system, flöde och funktioner visas på följande sätt: Figur Symboler inom funktionsstruktur (Engineering Design,2007) 7

14 3.2.6 Riskanalys FMEA För att identifiera och förebygga eventuella risker och fel i konstruktionen genomförs en FMEA (Failure Modes and Effects Analysis). Här beskrivs vilket fel eller risk som kan uppstå, effekten av detta, sannolikheten att det sker samt sannolikheten att felet upptäcks av operatören. Dessa tre faktorer graderas på en skala från 1 10 där 10 är det mest allvarliga och multipliceras sedan samman och bildar ett risktal. Med hjälp av detta risktal genomförs sedan en utvärdering av analysen där felen med högst risktal kontrolleras mer noggrant och förslag på åtgärd ges vid behov (Bergman, Klefsjö 2007). 3.3 Ritteknik Den tekniska ritningen har blivit ett otroligt viktigt verktyg för tankeutbyte mellan människor och i många fall utgör dem den enda möjliga formen för förmedling av teknisk information. (Lundkvist 1999) Ritningar används för att förklara utformningen eller funktionen hos en detalj samt fungerar som beskrivning för dess tillverkning, montering försäljning, skötsel osv. Ritningen måste vara entydig och den skall så fullständigt som möjligt specificera föremålets storlek, form, ytjämnhet m.m. (Lundkvist 1999) Föremålet skall ritas så som det ser ut efter tillverkning, montering etc. Arbetsoperationen skall anges med text och skrivs som redan fullbordad, tex. Slipad målad fasad, anodiserad, härdad etc. (Lundkvist 1999) 8

15 4 Metod 4.1 Principkonstruktion Kriterieuppställning För att kunna kontrollera om framtagna lösningsförslag uppfyller de krav och önskemål som ställs på konstruktionen så tas en kriterieuppställning fram. Krav 1. Konstruktionen skall vara uppbyggd i moduler. 2. Det skall genom tillval finnas möjlighet att sortera bort och komprimera emballaget efter tömning. 3. Konstruktionen skall vara sluten så att t.ex. damm inte läcker ut vid tömning. 4. Anläggningen skall kunna hantera säckar med en vikt upp till 50 kg. 5. Det skall inte finnas några större mängder material kvar i säcken efter tömning. 6. Konstruktionen skall överensstämma med maskindirektivet. Önskemål 1. Anläggningen bör konstrueras så att den med hjälp av tillval kan skötas manuellt eller automatiskt. 2. Anläggningen bör konstrueras i Autodesk Inventor. 3. Delar av emballaget bör inte följa med innehållet. 4. Maskinen bör kunna väga det tömda materialet. 5. Vara lätt att rengöra. 6. Konstruktionen bör vara konstruerad så att den genom små anpassningar kan användas till ett brett utbud av säckar. 9

16 Viktning av kriterier För att lättare kunna utvärdera lösningsförslagen genomförs en viktning av krav och önskemål. Detta sker genom att varje krav viktas mot de andra och erhåller ett poäng om det anses vara lika viktigt eller två poäng om det anses vara viktigare. Dessa poäng summeras sedan och ger kravet/önskemålet en viktighetspoäng. Krav och önskemål namnges så att krav 1 = K1 och önskemål 1 = Ö1 osv. Figur Sammanfattning av kriterieviktning Som det illustreras i figur erhåller krav och önskemål ett totalpoäng som även är dess viktighetspoäng. Dessa kommer senare användas i utvärderingar så att kravens/önskemålens viktighet spelar in. 10

17 4.1.2 Produktdefinition Anläggning för tömning av småsäckar ska konstrueras i modulform åt IBCinternational, detta eftersom anläggningen skall kunna anpassas efter kundens behov och önskemål. Konstruktionen bör vara utformad så att det finns möjlighet att sköta anläggningen både manuellt och automatiskt. Anläggningens huvuduppgift är att öppna småsäckar och tömma ut dess innehåll samt sortera bort emballaget. Produkten skall bestå av ett antal komponenter som tillsammans skall genomföra följande processer: Inmatning av säck. Öppning av säck. Tömning av säck. Utmatning/komprimering av emballage. Vägning av det tömda materialet. 11

18 4.1.3 Produktundersökning Konkurrensanalys För att få en överblick av vad det finns för konstruktioner på marknaden idag samt vilka olika tekniker som konkurrerande företag använder sig av genomförs en konkurrensundersökning. För att se hur IBC-Internationals nuvarande konstruktion står sig mot konkurrenterna tas även denna med i undersökningen. Presentationerna av dessa konstruktioner redovisas i bilaga 2. Utifrån den information som samlats in om konkurrenters konstruktioner genomförs en analys över hur väl dessa uppfyller givna krav och önskemål. Önskemål 2 utesluts ur analysen eftersom den inte är relevant. Konstruktionerna tilldelas poäng beroende på hur väl de uppfyller krav/önskemål. Detta poäng multipliceras sedan med kravets/önskemålets viktighetspoäng. Förutom nämnda krav och önskemål läggs även faktorn lågt pris till i matrisen. Denna faktor ges viktighetspoäng 6. 0 = Uppfyller inte krav/önskemål (eller information saknas) 1 = Uppfyller troligtvis inte krav/önskemål 2 = Uppfyller troligen krav/önskemål 3 = Uppfyller krav/önskemål Företag Maskinnamn, Krav-> K1 K2 K3 K4 K5 K6 Ö1 Ö3 Ö4 Ö5 Ö6 Lågt pris Summa WAMGROUP RSM RSA MILL-MAC Excaliber bag opener Palamatic Rotaslit Minislit Varislit Scanmatic SS2M SS3M VEBE Småsäckstömmarstation IBC-International Småsäckstömmare Figur

19 Utvärdering av konkurrensanalys I konkurrensanalysen är det främst två konstruktioner som får lite bättre resultat än konkurrenterna. Dessa är Wamgroups RSA och Palamatics Rotaslit. För att fastställa vad som gör dessa konstruktioner bra utvärderas de mer ingående med tanke på inmatning, öppning och tömning eftersom detta är de grundläggande funktionerna. WAMGROUP - RSA Inmatning Sker antingen manuellt eller med hjälp av ett transportband. Öppning Säckarna ramlar ner på en robust roterande skruv som sliter sönder säcken med hjälp av den sax-effekt som bildas mellan skruven och det rör som omfamnar skruven. Tömning En öppnad säcks töms genom att den matas in i en roterande perforerad trumma som separerar materialet från emballaget. Palamatic - Rotaslit Inmatning Har begränsad möjlighet för manuell inmatning eller inmatning med hjälp av transportband. Öppning Säcken faller ner på en roterande skruv som sliter sönder säcken. Konstruktionen kan även utrustas med vertikala skärstål som skär sönder säcken under fallet ner till skruven. Tömning Större delen av tömningen sker när säcken slits sönder av skruven men för att få ut allt material ur emballaget förs säcken in i en roterande trumma som tömmer ut det sista. Sammanfattningsvis är de två konstruktionerna väldigt lika där båda har en roterande trumma för att tömma materialet från säcken, är relativt högpresterande samt har möjlighet för transportband vid inmatning. Den största nackdelen med 13

20 dessa konstruktioner är att de är betydligt dyrare än t.ex. RSM från Wamgroup som även den fick relativt höga poäng Framtagning av produktförslag Efter möte med IBC togs beslut på att konstruktionen som de vill ha inte bör vara en så högpresterande och komplicerad maskin som t.ex. RSA från Wamgroup. De principförslag som tas fram bör därför vara av simplare karaktär. Utifrån detta gjordes idéskisser på olika principer för öppning, tömning och vägning som kortfattat presenteras i bilaga 3. Av dessa idéer plockas fyra principförslag fram som lämpliga metoder att använda i konstruktionen. Principförslagen tilldelas arbetsnamn och är följande: Giljotin Säcken placeras på två luckor i maskinen, två klor griper tag i varsin ände av säcken som klyvs i två delar av en giljotin-liknande kniv. Därefter fälls luckorna ner och innehållet faller ur. Figur Giljotin Dammsugaren Principen går ut på att en öppning görs i toppen av säcken. Därefter fästs en vakuumsug på säcken och suger upp det innehållande pulvret och transporterar det till en behållare. Figur Dammsugare 14

21 H-snitt Efter att säcken har placerats i maskinen lyfter en klo upp och väger säcken. Säcken sänks ner igen och ett h-format snitt görs i botten. Klon lyfter återigen upp säcken och innehållet faller ur. Processen avslutas med att den tomma säcken vägs så att operatören får fram information om hur mycket material som har tömts ur säcken. Figur H-snitt Vikaren Säcken placeras på gallret och två klor håller fast säcken i ändarna. En kniv lägger sedan ett snitt i botten av säcken och gallret viks upp enligt skissen så att innehållet faller ur. Figur Vikare 15

22 4.1.5 Utvärdering av principlösningar Mellanliggande utvärdering På de fyra lösningsförslag som redovisas ovan genomförs en utvärdering med hjälp av de krav och önskemål som finns på produkten. Faktorn lågt pris läggs till i matrisen. Poängen multipliceras med krav/önskemålets viktighetspoäng, se viktning av kriterier. Faktorn lågt pris ges viktighetspoäng 6. Lösningsförslag Arbetsnamn, Krav -> K1 K2 K3 K4 K5 K6 Ö1 Ö3 Ö4 Ö5 Ö6 Lågt pris Summa 1 Giljotin H-snitt Vikaren Dammsugaren = Förslaget uppfyller säkert kriteriet 2 = Förslaget uppfyller troligen kriteriet 1 = Förslaget uppfyller knappast kriteriet 0 = Förslaget uppfyller inte kriteriet Figur Mellanliggande utvärdering Resultatet från bedömningen är att alla fyra principlösningsförslag får relativt höga poäng jämfört med konkurrenternas maskiner i figur , men där det finns vissa avvikelser på vilka krav som de olika förslagen uppfyller. Ett exempel på detta är dammsugaren som inte uppfyller krav 1 eller 2 samt beräknas bli betydligt dyrare än de andra förslagen eftersom det skulle krävas dyr kringutrustning för att den skulle fungera. Utvärdering på IBC-International De fyra principlösningsförslagen samt bedömningen av dessa togs med till IBC- International för diskussion och vidare utvärdering. På mötet togs beslut att en kombination av lösningsförslag giljotin och vikaren ger det bästa resultatet. 16

23 4.1.6 Presentation av produktförslag Kombination av lösningsförslag giljotin och vikaren ger följande produktförslag, se figur Figur Slutgiltigt lösningsförslag Säcken placeras på falluckorna och två pneumatiskt styrda klor griper tag i varsin ände av säcken. En pneumatiskt styrd kniv snittar därefter upp säcken och luckorna vrids upp med hjälp av cylindrar så att pulvret faller ner i uppsamlingstratten. Beslut tas att detta förslag förs vidare till nästa del i projektet som är primärkonstruktion. 17

24 4.2 Primärkonstruktion Produktutkast För att konstruktionen skall fungera så som det är tänkt kommer vissa delar att krävas. Dessa identifieras och deras respektive funktion specificeras för att underlätta vid konstruktionen. Viktigt att tänka på vid konstruktionen är att ingen sammanhängande del får överstiga 3000x1500mm eftersom de standardplåtar i vilka detaljerna skärs ur har dessa dimensioner. De delar som identifierats är följande: Kona För att fånga upp materialet som faller ur säcken när den öppnas och töms behövs någon form av kona. För bästa funktion bör denna kona vara utformad så att den lätt fångar upp och transporterar materialet till dess rätta plats. Troligtvis kommer denna detalj att konstrueras av en plåt som bockas till rätt form. Kåpa Kåpans funktion är att skapa ett utrymme där öppning och tömning av säcken kommer att ske. För att få ett slutet utrymme kommer den slutas tätt med hjälp av en dörr samt tätningslister. Detaljen bockas utav ett antal plåtar och fogas sedan ihop med hjälp av TIG-svetsning. Stativ Funktionen för denna detalj är att hålla upp hela konstruktionen medan den vilar mot ett underlag. Stativet tillverkas lämpligtvis av KKR-rör som svetsas ihop Förstärkningsram Förstärkningsramens syfte är att förstärka kåpan så att ett filterpaket kan monteras på toppen av konstruktionen. Ramen kommer även användas som monteringsstöd för kåpan. Detaljen konstrueras lättast av KKR-rör. 18

25 Fallucka I det valda lösningsförslaget används två falluckor vars funktion är att se till att materialet faller ur säcken efter att den har öppnats av en kniv. Falluckorna skall på något sätt styras så att de kan fällas upp och ner vid rätt tillfälle. För att luckorna skall motstå slitage och de krafter som de kan bli utsatta för bör plåt vara ett lämpligt material. Troligtvis kommer en hållfasthetsberäkning utföras på denna detalj för att kontrollera att falluckan uppfyller de krav som ställs. Klo Främsta funktionen för denna detalj är att hålla fast säcken på fallbordet under öppning, tömning samt efter tömning. Klon skall även sträcka ut säcken för att underlätta för kniven vid öppningsproceduren. Konstruktionen av denna detalj får anpassas efter kringliggande geometri. Kniv Knivens funktion är att öppna säcken med hjälp av ett rakt snitt. Utformningen av skäreggen kommer att vara ett viktigt moment. Anledningen till detta är för att få ett bra och jämt snitt samt minimera risken för att säcken kan hakas fast på kniven och sedan dras med under öppningsprocessen. Ram Ramens syfte är att fungera som en hyllkant där falluckans axlar kan monteras fast samt att gömma diverse komponenter såsom pneumatiska cylindrar. Konstrueras lämpligtvis av KKR-rör som sedans fogas samman med hjälp av svetsning. Dörr Enligt krav 3, att konstruktionen skall vara sluten så att det inte läcker ut damm, kommer det att konstrueras en dörr eller lucka. Dörren bör vara utformad så att den lätt kan öppnas och stängas antingen automatiskt eller manuellt. 19

26 4.2.2 Komponentval I den mån som går kommer existerande komponenter användas, komponenter som kommer användas är: Kullager [3] Pneumatiska Cylindrar [15] Standardiserade konstruktions rör (KKR-rör)[16] Lastceller [17] Spårringar och handtag [18] Maskintassar för att säkra konstruktionen i det underlag som den står på för att öka dess stabilitet[19][18] Standardiserade M skruvar, brickor, muttrar samt rullar[2]. Skjutspjällsventil [20] Detaljkonstruktion De delar som tillsammans bildar konstruktionen konstrueras upp digitalt i Catia V5. Under konstruktionsarbetet anpassas detaljerna så att de uppfyller de krav som ställs på dem Produktsammanställning Se bilaga 5 för kompletta ritningar över ingående detaljer samt produktsammanställningar. 20

27 4.2.5 Funktionsbeskrivning Konstruktionen består av en mängd olika funktionen som styrs med hjälp av brytare, knappar, manöverdon[19] samt pneumatiska system. Flera av dessa styrmedel är till för att höja säkerheten och förebygga de olyckor som skulle kunna ske[19]. För att lättare beskriva konstruktionens funktioner samt dolda signaler illustreras funktionsstrukturen i bilaga 4. Konstruktionen kommer även vara utsedd med ett manöverdon för att fälla ner falluckorna så att underhåll samt rengöring kan ske enklare[19] Riskanalys FMEA Figur FMEA Fel med risktal över 20 kommer att studeras mer noggrant. Utvärdering av FMEA I analysen framkom att den största risken för fel i konstruktionen, se figur är att den tomma säcken fastnar i konan när den skall släppas ner i komprimatorn. För att förebygga detta problem måste därför utloppet i konan göras så pass stort att säcken kan falla igenom utan risk för att den fastnar. Förutom detta möjliga fel framkom även tre felmöjligheter där risktalet var över 20 och dessa studeras mer noggrant. Dessa tre är följande: 21

28 Klorna lyckas inte göra hål i säcken så att de kan hålla fast säcken vid tömningen. - Med tanke på klornas utformning och konstruktion görs bedömningen att ingen åtgärd är nödvändig. Kniven klarar inte att skära sönder säcken vid öppningsprocessen. - För att undvika att detta fel uppstår bör val av kniv i konstruktionen göras utifrån den sorts säck som skall öppnas i maskinen så att den är tillräckligt slitstark och skarp. Damm läcker ut från maskinen. - Genom att använda tätningar och filterpaket anser författarna att maskinen är konstruerad så att detta inte bör ske. Utöver de fyra felmöjligheter som presenterats ovan så fick inga fler felmöjligheter så pass höga risktal att de behöver analyseras ytterligare. 22

29 5 Resultat Nedan presenteras underliggande samt komplett sammanställning av konstruktionen. 5.1 Underliggande sammanställningar: Kona Figur Kona för att samla upp materialet som töms ur säcken. Konan är konstruerad i stål och tillverkas genom att fyra detaljer laserskärs som sedan bockas och svetsas ihop. Kåpa Figur Kåpa för att sluta in systemet. Kåpan är konstruerad i stål och består av 4 plåtar som bockas samt svetsas till ovanstående form. Kåpan, filterpaketet samt dörren skall sluta systemet med hjälp av bland annat tätningslister och packningar så att eventuella riskämnen vid tömning inte läcker ut och kan inandas av operatören eller kommer i kontakt med dennas hud, ögon eller slemhinnor[19]. 23

30 Stativ Figur Stativ, grundstomme till konstruktionen. Ramstruktur tillverkad av KKR-rör för att bära upp konstruktionen. Förstärkningsram Figur Ramkonstruktion för att förstärka kåpan. Ramstruktur av KKR-rör för att kunna montera kåpan samt göra den mer stabil. Klo Figur Klo som vrids upp genom falluckan för att hålla fast säcken. För att minimera risken av personskador orsakade av klorna kommer dessa ligga dolda under falluckan till dess att de skall användas[19]. 24

31 Fallucka Figur Fallucka där säcken vilar på. Tillverkad av bockad plåt. Har tre rullar för att förenkla vid inmatning av säcken. För att kontrollera det fjärde kravet genomförs en datorbaserad konstruktionsanalys i Catia V5 av falluckan eftersom det är där säcken kommer placeras vid användning av maskinen(baguley, Hose 1997). Figur Figuren visar en de spänningar som uppstår i falluckan vid en last på 500N. Figur Figuren visar deformation vid en last på 500N. Utvärdering av resultat se avsnitt

32 Kniv Figur Kniv för att öppna säcken. Är monterad på en linjär pneumatisk cylinder. Slutligt material och utformning på kniven anpassas efter kundens behov. Ram Figur Ram för montering av kniv och falluckor. Kåpan som syns på bortre långsidans översida har som funktion att skydda användaren från kniven vid inmatning av säck[19]. Kåpan kommer att nitas fast så att den inte kan avlägsnas utan verktyg[19]. 26

33 Dörr Figur Dörr som kan skjutas upp och ner med hjälp av skenor. Dörren har förutom sin huvudfunktion även funktionen att sluta systemet så att risken att operatören skadar sig minimeras[19]. Den kommer att förses med brytare som ser till att anläggningen inte kan startas innan dörren är stängd[19] 27

34 5.2 Komplett sammanställning av konstruktionen: Figur Fullständigt sammansatt konstruktion. Med samtliga komponenter monterade ser den slutliga konstruktionen ut som i figur

35 6 Slutsats 6.1 Utvärdering av resultat För att fastställa att den färdiga konstruktionen uppfyller de krav och önskemål som finns definierade genomförs en kontroll av detta. Enligt de beräkningar som genomfördes i avsnitt 5.1 under falluckan konstaterades att den maximala spänningen 86,9MPa uppnås vid en simulerad last på 500N per fallucka, vilket illustreras i figur Falluckan kommer att konstrueras av konstruktionsstål 1412 och detta har en sträckgräns på 180 MPa (Björk 2007). Vidare konstaterades även att den maximala deformationen blir 1,32 mm som illustreras i figur vilket sker på mitten av en 2mm plåt. Med tanke på dessa resultat anser författarna att konstruktionen utan problem kommer klara av att hantera småsäckar upp till 50kg. Slutligen kan det nu kontrolleras hur väl konstruktionen uppfyller ställda krav och önskemål, se avsnitt 4.1.1, vilket sker i figur Figur Kontroll av hur väl konstruktionen uppfyller ställda krav och önskemål K1 Maskinen är uppbyggd så att kunden kan välja till och ta bort de moduler de vill ha som t.ex. komprimatorskruv, lastceller, filterpaket m.m. K2 Det finns möjlighet att välja till kombinerad komprimator- och transportskruv. K3 Tack vare konstruktionens utformning, filterpaket och tätningslister kommer troligtvis detta krav uppfyllas, men det måste dock testas på en prototyp för att säkerställa detta. K4 Se avsnitt 6.1. K5 Även detta måste testas i en prototyp för att säkerställa att kravet uppfylls. 29

36 K6 Se avsnitt 5. Ö1 Detta önskemål uppfylls med hjälp av styrsystem och t.ex. transportband in i maskinen. Ö3 Med tanke på konstruktionens och framförallt knivens utformning kommer det bli ett rent snitt i säcken vilket leder till att detta önskemål uppfylls. Ö4 Med hjälp av de lastceller som finns i konstruktionen uppfylls även detta önskemål. Ö5 I avsnitt beskrivs en funktion som skall underlätta vid rengöring dock måste även detta testas på en prototyp för att säkerställas. Ö6 Konstruktionen är uppbyggd med hjälp av parametrar så att ändringar lätt kan genomföras. 6.2 Förslag på fortsatt arbete Det fortsatta arbete som vi ser i utvecklingen av denna småsäckstömmare är att en prototyp bör tas fram så att den kan testas och utvärderas så att eventuell omkonstruktion kan ske om det behövs. Vidare ser vi även att märkning av maskinen bör ske i form av t.ex. CE-märkning, samt att en användarmanual ska tas fram. 30

37 7 Kritisk granskning Det vi anser kunde varit bättre är kommunikationen i början av arbetet. Hade den varit det skulle det blivit färre missförstånd och vi hade fått en klarare bild av vad IBC ville ha. Ett av de stora problem som uppstod under arbetets gång var att vi uppfattade det som att IBC ville ha en högeffektiv maskin som skulle vara bäst på marknaden. Det framkom dock efter ett tag in i arbetet att så inte var fallet utan de ville ha en billig och inte så högpresterande konstruktion. På grund av bland annat tidsbrist så skedde konstruktionen i Catia V5 även om ett av önskemålen var att den skulle konstrueras i Inventor. Detta är dock inget större problem eftersom det går att spara den färdiga konstruktionen som en step-fil och konverteras in i Inventor. Anledningen till att vi valde att genomföra konstruktionen i Catia V5 var att vi hade betydligt bättre kunskap i detta CADprogram från vår utbildning samt att vi som sagt hade lite tidsbrist på grund av de missförstånd som nämns ovan. Den slutliga kritiken till oss är att vi skulle fått in en inspektionslucka i konstruktionen för att förebygga eventuella fel och underlätta vid rengöring. 31

38 8 Referenser Böcker Principkonstruktion, Fredy Olsson, Institutionen för Maskinkonstruktion, Lunds Tekniska högskola 1995 Primärkonstruktion, Fredy Olsson, Institutionen för Maskinkonstruktion, Lunds Tekniska högskola 1995 Engineering Design A systematic approach, G. Pahl, W. Beitz, J. Feldhusen och K.-H. Grote, Springer- Verlag London 2007 Kvalitet från behov till användning, Bergman, Klefsjö, Studentlitteratur AB, Lund 2007 Ritteknik, Bo Lundkvist, Bo Lundkvist och Liber AB, Stockholm 1999 Karlebo Handbok, Liber AB, Nacka 2000 Hantera hela linjen [broschyr], IBC international, Halmstad 2009 How to Interpret Finite Element Results, D. Baguley, D. R. Hose, NAFEMS Ltd, Glasgow 1997 Formler och tabeller för mekanisk konstruktion, Karl Björk, Karl Björks förlag HB, Spånga 2007 Internetsidor [1] Företagsinformation / [2] CAD komponenter / [3] Kullager / Maskininformation: [4] 28/ [5] 28/ [6] 32

39 &idprodotto=103&bkg=yes&menuprod=menu41&iddivision=1&idbranch=&id Lang=1 28/ [7] 28/ [8] 28/ [9] 28/ [10] 28/ [11] 28/ [12] 28/ [13] 28/ [14] 3/ [15] Pneumatiska cylindrar och vriddon - pneumatics-catalog/vornavigation/vornavi.cfm?language=en&pageid=g / [16] KKR rör - Produkter/Stal_ror/Sortiment/Halprofiler-VKRKKRVCKR/Halprofiler_KKR/ 3/ [17] Lastceller / [18] Diversekomponenter / [19] Maskindirektivet - 8/ [20] Spjäll /

40 Bilagor Bilaga 1 Projektbeskrivning Projektbeskrivning examensarbete Studenter: Klas Carlsson Sven Karlsson Mail: klacar08@student.hh.se Mail: It05svka@student.hh.se Tel: Tel: Titel på examensarbete: Småsäckstömmare Uppdragsgivare: IBC International Handling AB Handledare på företaget: Daniel Carlsson, konstruktionschef Tel: Mail: daniel.carlsson@ibc-international.se Syfte med projektet: Konstruera en anläggning för tömning av småsäckar. Anläggningen skall helst vara uppbyggd i moduler samt ha möjlighet att skötas manuellt eller automatiskt. Förmodad metod: Principkonstruktion Fredy Olsson Primärkonstruktion Fredy Olsson Relevant litteratur: Maskinelement Karl Olof Olsson (2006) Karlebo handbok Teknisk hållfasthetslära Tore Dahlberg (2001)

41 Eventuellt kommer mer relevant litteratur tillföras under arbetets gång. Tillgänglig data: Standardmått på diverse delar som kommer att finnas i anläggningen. Nödvändiga faciliteter: Autodesk Inventor (Studentlicens kommer att sökas på Autodesk hemsida) Ganttschema: Aktivitet/vecka (2010) Projektstart Möte med handledare på IBC Brainstorming Framtagning av kravprofil Framtagning av principlösningar Utvärdering av principlösningar Framtagning av primärkonstruktion Utvärdering av primärkonstruktion Halvtidsredovisning Egen utbildning i Inventor Konstruktion av anläggning i Inventor Rapportskrivning Slutredovisning UTEXPO Tiderna som visas i ganttschemat är preliminära.

42 Bilaga 2 Konkurrentundersökning WAMGROUP Wamgroup har två versioner av småsäckstömmare varav en är helt manuell och en automatiserad.[4] Manuell småsäckstömmare (RSM) Wamgroups småsäckstömmare RSM är en helt manuell lösning där operatören lägger in säcken och öppnar den för hand. Konstruktionen kan förses med dammfilter och säckkomprimator.[4] RSM RSM genomskärning

43 Automatisk småsäckstömmare (RSA) Wamgroup har även en automatiserad småsäckstömmare kallad RSA. Denna konstruktion fungerar så att säcken manuellt eller med hjälp av ett transportband kommer in i maskinen och ramlar ner på en robust spiralskruv. Säcken dras då in genom rotationen och öppnas med hjälp av den sax-effekt som bildas mellan skruven och röret. Därefter transporteras de trasiga säckarna in i ett roterande nät där de töms på sitt innehåll. De tillval man kan göra till denna konstruktion för att göra den mer eller mindre automatiserad är: Transportband för säckarna Skyddskåpa vid inmatningen Ytterligare öppningssystem med knivar för sammanvävda säckar Komprimering av de tömda säckarna Självrengöringssystem Uppsamlingsskruv för pulvret [5],[6]

44 MILL-MAC Excaliber bag opener Företaget Mill-Mac har en simpel och smidig lösning för öppning av småsäckar. Konstruktionen fungerar så att säcken läggs i en ränna där ett hjul matar säcken framåt. Säcken skärs sedan upp undertill och innehållet ramlar ut med hjälp av att rännan vibrerar[7]. Palamatic Palamatic har tre olika sorters maskiner för tömning av småsäckar. RotaSlit Konstruktionen fungerar genom att säcken manuellt eller via ett transportband ramlar direkt, eller via vertikala skärstål ner på en skruv där de i allra flesta fall går sönder. Säcken matas sedan igenom skruven och det mesta av innehållet ramlar ner i uppsamlaren och säcken fortsätter in i en roterande trumma där resterande material ramlar ur. Den tomma säcken fortsätter sedan ut i en säckkomprimator.

45 Maskinen har även ett filterpaket som hindrar att damm läcker ut. Kapacitet 2-8 säckar per minut[8]. MiniSlit Konstruktionen fungerar genom att säckar matas av ett transportband in i maskinen. I maskinen kommer säcken till en bandsåg gjord av kolstål som delar säcken i två delar vilket leder till att innehållet faller ur. Inbyggda rullar tar sedan hand om den tomma säcken och för den till en sidmonterad komprimator. Maskinen har en kapacitet på 3-8 säckar per minut beroende på bland annat storlek[9]. VariSlit Detta är en maskin som är specialiserad på långa säckar. Säcken matas in i maskinen med hjälp av ett transportband, sedan öppnas säcken med hjälp av två roterande klingor som kapar upp tre av dess kanter. Efter detta töms säcken från dess innehåll och matas sedan vidare med hjälp av hjul inne i maskinen till en säckkomprimator. Kapacitet upp till 12 säckar per minut[10].

46 Scanmatic Detta företag har två olika typer av småsäcktömmare, manuell och automatisk. Den automatiska tillverkas i tre modeller. Ensäckstömmare SS2M 1 Detta är en manuell småsäckstömmare med ett utdragbart gallerbord där säcken placeras. Sedan skjuts bordet in och säcken skärs upp av en fast kniv. Med båda händerna tar man sedan tag i säcken och tömmer den[11]. Det finns även en möjlighet för ett slutet system vid dammande eller farliga kemikalier[11]. De tillval som finns till denna maskin är: Filterpaket Möjligheter att montera fast en komprimator lyftbord för pall Ljuddämpare Ergonomi anpassningar

47 SS3M , 1200, 1400 En automatisk småsäckstömmare som öppnar säckar genom att säckar placeras på maskinens fasta transportband och sedan transporteras säcken in över ett dubbelt skäraggregat som snittar upp säcken på undersidan samt ovansidan[12]. Efter säcken har snittats upp ramlar den ner in i en roterande trumma (Det är här de olika modellerna skiljer sig åt, trummans längd varierar från 1000m till 1400mm) med gallernät, det är här själva tömningen sker[12]. Godset separeras från säcken och ramlar genom gallret till ett koniskt tråg och säcken fortsätter igenom trumman tills den är helt tom. Sedan faller säcken ur trumman ner i en eventuellt ansluten säckkomprimator[12]. De tillval som finns till denna maskin är: Filterpaket Säckkomprimator Transportband för automatisk inmatning av säckar Sax-lyft Vacuumlyft Transportskruv Kapacitetsexempel: SSM mm trumlängd SSM mm trumlängd SSM mm trumlängd 250 st. 20kg cementsäck per timma 300 st. 20kg cementsäck per timma 350 st. 20kg cementsäck per timma

48 Vebe Vebe tillhandahåller en småsäckstömmarstation samt en småsäckstömmare. Småsäckstömmarstation Vebes småsäckstömmarstation är uppbyggs så att det blir en dammfri tömning av småsäck med kontrollsikt och magnetavskiljare som tillval. Det finns även en säckkomprimator inbyggd som tar hand om säcken efter tömningen[13]. Deras småsäckstömmare är av dragskåp typ som bidrar till en dammfri och ergonomisk tömning av säck. Den är även spill fri eftersom säcken och dess innehåll hanteras inne i dragskåpet hela tiden. Genom att ha ett undertryck i småsäckstömmaren bidrar detta till att tömningen blir dammfri. För att lätt kunna kundanpassa säcktömmaren är den uppbyggd i moduler[13]. De tillval som finns till denna maskin är: Filterpaket Säckkomprimator Anslutning för valfri utmatning

49 IBC-International IBC har idag en manuell småsäckstömmare. Den fungerar genom att säcken placeras på ett rullbord av operatören som sedan skjuter in bordet i maskinen. En fast underliggande kniv skär då upp säcken undertill och operatören kan då lyfta upp säcken och tömma den. Därefter kastas tomsäcken ut till en komprimator som finns som tillval[14]. Tömmaren kan förses med inbyggda gummihandskar för att undvika kontakt med materialet i säcken[14].

50 Bilaga 3 Idéskisser Öppningsförslag 1 I öppningsförslag 1 öppnas säcken med hjälp av en sorts bandsåg genom att säcken skjuts mot sågen.

51 Öppningsförslag 2 Säcken öppnas genom att tre knivar gör ett H-format snitt i botten på säcken. Dessa knivar styrs av linjära pneumatiska cylindrar.

52 Öppningsförslag 3 Säcken trycks med hjälp av en tryckplatta över en kniv som skär upp botten på säcken.

53 Öppningsförslag 4 När säcken är på plats ovanpå gallret skapar två knivar ett X-format snitt i botten på säcken. Knivarna styrs av två pneumatiska cylindrar.

54 Öppningsprinciper Olika öppningsprinciper och var snitt kan läggas.

55 Tömningsförslag 1 Efter att säcken har öppnats griper två klor tag i varsin ände av säcken och lyfter upp den samtidigt som klorna förs mot varandra. Detta gör att innehållet faller ur. Den tomma säcken flyttas sedan bort till en eventuell komprimator.

56 Tömningsförslag 2 Gallret i botten vinklas upp efter att säcken öppnats och klor griper sedan tag i säcken.

57 Tömningsförslag 3 Tömningsförslag där vridpunkten ligger mot centrum så den både lyfter och sänker säcken.

58 Öppnings- och tömningsförslag 1 När säcken förs in delas den på längden i två delar. Dessa lyfts sedan upp i kanterna av två klor och töms då på innehållet.

59 Öppnings- och tömningsförslag 2 Säcken öppnas upp i ena kortsidan med en kniv. Därefter lyfter en klo upp säcken 90 så att innehållet faller ur och ner genom gallret.

60 Öppnings- och tömningsförslag 3 Säcken kommer in på kulbordet och trycks sedan genom en kniv så att säcken delas i två delar. Dessa hamnar sedan i en framåtdrivande roterande trumma där innehållet ramlar ur och ner till spjället. Emballaget fortsätter genom trumman och ut i en komprimator.

61 Vägningsförslag 1 Konan vilar på fyra lastceller och innehållet vägs innan spjället öppnas.

62 Vägningsförslag 2 Hela konstruktionen vilar på fyra lastceller och väger innehållet innan spjället öppnas.

63 Utformningsförslag samt dörrar

64 Bilaga 4 Funktionsbeskrivning

65 Bilaga 5 Ritningar Nedan presenteras ritningar på ingående detaljer. För att lätt hitta rätt ritning har de strukturerats enligt följande ordning: Stativ Ben 002 Ram_bredd 003 Ram_djup 004 Ram_instans_bredd 999 Sammanställning Ram Nedre ram_sida 002 Nedre ram_bakre 003 Nedre ram_främre 004 Övre ram _bakre 005 Övre ram_främre 006 Övre ram_sida 007 Lagerhus 008 Skyddskåpa 999 Sammanställning Sabelkniv Kniv 002 Kniv_fäste 999 Sammanställning Kona Kona Inre ram Bakre_ben 002 Framre_ben 003 Topp_fram 004 Topp_sida 005 Topp_bak 999 Sammanställning

66 Dörr Släde 002 Skena 003 Motvikt 004 Topp_kåpa 005 Axelskena 006 Dörr 007 Plexiglas 999 Dörr 1999 Skena till dörr Kåpa a Kåpa 001b Kåpa Klo Klo 002 Hållare 003 Fäste 999 Sammanställning Fallbord Ram_bord_lång 002 Plåt 003 Ram vänster 004 Rambord höger 005 Axeltapp 999 Fallbord Pneumatik fallbord Fäste 002 Fäste platta 003 Förstärkning 999 Sammanställning Sammanställning Resultat