DELBAR KABELTRUMMA UTVECKLING OCH FRAKTOPTIMERING

Transkript

1 DELBAR KABELTRUMMA UTVECKLING OCH FRAKTOPTIMERING av Martin Klasson och Fredrik Heijel Handledare: Lars G Johansson Examinator: Aron Chibba Ett examensarbete utfört enligt kraven vid Högskolan i Halmstad för en Högskoleingenjörsexamen inom Maskinteknik

2 Förord Föreliggande rapport är ett resultat av vårt examensarbete som är utfört i samarbete med Svensson Engineering AB i Falkenberg med Lars-Gösta Dahlgren som handledare. Examensarbetet har genomförts med hjälp av många av de kunskaper vi införskaffat under våra tre år på Maskiningenjörsprogrammet vid Högskolan i Halmstad. Detta är den sista delen av vår utbildning. Vi vill tacka vår handledare på Högskolan i Halmstad, Lars G Johansson för ett gott samarbete under examensarbetets gång. Fredrik Heijel Martin Klasson

3 Sammanfattning Vårt examensarbete är utfört i samarbete med Svensson Engineering AB i Falkenberg. Det har som syfte att få fram en färdig konceptlösning för att kunna frakta kabeltrummor i stål med en ytterdiameter på fyra meter i en container med endast 2.58 meters dörröppning, detta genom att kabeltrumman är delbar. Tidigare fraktades dessa trummor i containrar utan tak, vilket kostade mycket mer än att skicka en standardcontainer. Vid arbetets start fick vi all grundfakta om den nuvarande kabeltrumman, men även tydligt förklarat att vi inte skulle göra någon form av benchmarking. Inte heller skulle vi undersöka de få lösningar som finns på marknaden eftersom Svensson Engineering AB inte tyckte att dessa uppfyllde deras krav. Vi skulle alltså få fram en lösning genom helt nya egna idéer. Vi valde därför att följa Fredy Olssons metod för principlösningar för att kunna brainstorma fram flera olika lösningar, som alla skiljde sig från varandra. Examensarbetet har resulterat i ett koncept som innebär att uteslutande skruvförband används för att kunna dela och montera en kabeltrumma. Ett antal beräkningar har även utförts för att säkerställa att trumman har kvar sina hållfasthetsegenskaper. Även en packplan med en ställning har tagits fram för att kunna lasta kabeltrummorna i standardcontainrar. Vi har på så vis optimerat fraktningen till max, gällande utrymme och vikt, då en container har en begränsning i maximal last.

4 Summary This degree project has been carried out in cooperation with Svensson Engineering AB in Falkenberg. The aim of this project has been to create a concept that makes it possible to ship cabledrums made of steel with a diameter of 4 meters in a container with ISO-standardized measurements and a door height of 2.58 meters. To make this a reality, the task has been to make the cabledrum divisible, and at the same time eliminate the need to weld when putting it together when assembled. At the start of the project we were supplied with facts about current drums that isn t divisible, and were told not to do any benchmarking or look at the few existing solutions of the assemblieable drums that exist on the market today. The main reason for this being that Svensson Engineering AB feels that there is a need for a better solution than the existing ones on the market. To supply the company with this, we followed Fredy Olssons method with principle solutions to be able to brainstorm out alot of idées that all were a bit different from each other. The outcome of the project is a concept that makes it possible to assemble the cabledrum without welding. Calculations were made to make sure that the drums safety margins remained the same. Parallel to the task of coming up with a new kind of cabledrum, we have made a detailed packing layout for a container of ISO-standardized size. The layout is based on the thought that the cabledrums should be sent in packing modules containing 2 drums in each to make sure that you never have to wait for another container with vital parts for the construction. This has resulted in a layout that is well suited for our drum, and that can be used as a principle for drums in many other sizes.

5 1 Examensarbete hos Svensson Engineering AB Gruppmedlemmar Handledare Högskolan i Halmstad Examinator Högskolan i Halmstad Uppdragsgivare Handledare Uppdragsgivare Projektintroduktion Projektbeskrivning Problembeskrivning Examensarbetets syfte och mål Avgränsning Metod Produktdefinition Produkten Processen Omgivning Människan Ekonomin Produktundersökning och kravspecifikation Produktundersökning Framtagning av kravspecifikation Uppställning av krav Uppställning av önskemål Krav och önskemålsspecifikation Krav och önskemålsspecifikation för delbar kabeltrumma Framtagning av konceptlösning Förarbete Framtagning av tidplan Brainstorming Framtagning av kravspecifikation Principkonstruktion Framtagning av principlösningar Principlösning Principlösning Principlösning Val av principlösning Framtagning av konceptlösning Framtagning av packplan Prototyptillverkning och monteringsanvisningar Genomgång av konceptlösning Konstruktionslösningar...12

6 6.1.1 Gavlarna och delningen ekrarskryss ekrarskryss Förstärkningspinnar Centrumplattor och delning Centrumrör Packmoduler Beräkningar Ritningar och framtagna filer Resultat Diskussion...22 Referenser...23 Muntliga referenser...23

7 1 Examensarbete hos Svensson Engineering AB 1.1 Gruppmedlemmar Fredrik Heijel Martin Klasson Handledare Högskolan i Halmstad Lars G Johansson, Universitetslektor i Maskinteknik LarsG.Johansson@hh.se Tel: , Examinator Högskolan i Halmstad Aron Chibba, Universitetsadjunkt, studierektor Maskiningenjörsprogrammet Aron.Chibba@hh.se Tel: , Uppdragsgivare Svensson Engineering AB Hamnvägen Falkenberg 1.5 Handledare Uppdragsgivare Lars-Gösta Dahlgren, Business Area Manager Lars-Gosta.Dahlgren@svenssongroup.se Tel:

8 2 Projektintroduktion Svensson Enginering AB är ett företag som erbjuder totallösningar av ståltrummor och specialanpassad lyft- och hanteringutrustning. Det som kännetecknar förestaget är bred kompetens och mångårig erfarenhet inom tillverkning, CEmärkning och godkännande enligt offshorekrav tillsammans med kvalitetssystemet enligt ISO 9000:2000. Detta ger dem styrkan att utveckla rätt produkt från början. Svensson Engineering AB är ett dotterbolag till Svensson Wire and Cable Packaging AB. 2.1 Projektbeskrivning Vi har som examensarbete tagit fram en konceptlösning för en kabeltrumma som kan monteras utan svetsförband, men samtidigt bibehålla önskade hållfasthetsegenskaper vid specificerade belastningar. Förutom detta skall trummans delar vara storleksmässigt optimerade för att kunna fraktas i en high-cube container. Företaget har även uttryckt önskemål om att få en packplan för delarna och en monteringsanvisning för vår lösning, vilket vi har accepterat. 2.2 Problembeskrivning Företaget beställer sina kabeltrummor ifrån olika länder i Asien och fraktar dem till Europa med hjälp av båtfrakt i container. En del av företagets produkter är dock för stora i diameter för att rymmas inuti även de containrar som har extra hög dörröppning. De produkter, som är över 2.58 m höga, fraktas istället oftast i containrar utan tak, så kallade open top-containrar. Detta innebär att stålgavlarna utsätts för saltvatten och vindar under hela båttransporten. Dessa containrar måste dessutom fraktas längst upp på containerbåten, då inget kan staplas ovanpå dem. Sammantaget innebär det en merkostnad för företaget, då de förutom att betala extra för open-top frakten även behöver åtgärda slitaget på kabeltrummans gavlar. Gavlarna har stått ute i havsluften, skavts mot varandra med färgavskav och i vissa fall fått ytlig korrosion som resultat. För att företaget skall slippa dessa problem finns en önskan om att finna en lösning där en delbar kabeltrumma kan fraktas smidigt och säkert i en normalstor container. Det finns givetvis flertalet olika lösningar på marknaden, som företaget redan har provat, men dessa koncept har nackdelen av att vara svetsberoende. Man måste svetsa ihop delarna och sedan lacka dem igen, vilket innebär att trots den mer lätthanterliga och ekonomiskt fördelaktiga frakten, blir det omständliga tillvägagångssättet ett sämre alternativ än att köpa hela gavlar och frakta dem i öppna containrar. 2

9 2.3 Examensarbetets syfte och mål Syftet med projektet är att Svensson Engineering ska dels få en färdig konceptlösning för en delbar kabeltrumma och dels en lösning på hur den skall fraktas. Med uttrycket delbar avses en kabeltrumma som kommer i byggsatsformat och sätts ihop av slutanvändaren. Vidare skall man i monteringen av trumman inte behöva ha svetskompetens utan klara av att montera en fullgod produkt utifrån basala verkstadskunskaper. Förutom detta har vi satt som mål att leverera en packlösning för tidigare nämnda trumma. Packlösningen skall vara lättförståelig, lätthanterlig, stabil och i färdigt format. I konceptlösningen skall produktionsritningar, packplan, monteringsanvisning, beräkningar samt de filer, som i övrigt underlättar vidarearbete med konstruktionen, finnas med. 2.4 Avgränsning Vi har i detta projekt valt att stanna vid att leverera ett koncept som innehåller ritningar och solidmodellerade lösningar. Visserligen har vi som mål att bygga en prototyp under projektets gång, men denna är inte avsedd att vara skalenlig för att kunna testas i produktion utan för att användas när en monteringsanvisning tas fram. Efter att vi använt prototypen på utexpo-mässan övertas den av företaget för att kunna förevisas på mässor och dylikt. 3 Metod Vi har i detta projekt valt att arbeta enligt en princip för konstruktionsprojekt upprättad av Fredy Olsson (1995) vilket försett oss med en principiell ram för hur delar av projektet skall genomföras. Då målet med projektet har varit att ta fram ett koncept som skall vara klart för att produktionsberedas av kund har vi arbetat efter principen att vårt arbete anses klart efter det att principkonstruktionsstadiet är fullgjort. För att vi skall kunna utforma vår produkt utifrån hur den skall verka inleds projektet med en produktdefinition. 3.1 Produktdefinition I en produktdefinition definieras vad som i projektet skall anses vara produktens användningsområde, de processer den skall medverka i, den omgivning den skall användas i, vilka användare som blir berörda av produkten och vilka ekonomiska villkor som kan sättas för densamma Produkten Produktens användningsområde är att fungera som förvaring för olika sorters grovdimensionerad kabel under dess transport och lagring. Produkten består av 24 delar, vidare specificerade under punkt 6. 3

10 3.1.2 Processen Produktens huvuduppgift är, förutom att fungera som transportförvaring åt kabel, att tåla belastningar som uppstår vid upprullning av kabel på trumman med ett mothåll på 2000 kg. Vidare skall även upp till kg kabel kunna rullas upp på kabeltrumman. Kabeltrumman skall vara delbar och kunna monteras ihop utan att svetsning förekommer och av personer med basala verkstadskunskaper Omgivning Produkten skall användas i omväxlande miljöer. Den kommer att behöva utstå både havets korrosiva miljö och den inomhusmiljö, som finns i större verkstäder. Produkten skall kunna återanvändas Människan En kedja av personal kommer att arbeta med produkten då den är levererad till Europa. Först kommer de montörer som sätter ihop den till en fungerande kabeltrumma, sen kommer de som hanterar lyftutrustningen som krävs för att hantera trumman vid upprullning av kabel och slutligen kommer maskinförare och personal som fraktar trumman till och från den geografiska position där kabeln skall rullas ut. Vi har medvetet valt att inte ta hänsyn till ergonomi vid utformning av trumman. Istället läggs betoningen på användarvänlighet och god funktionalitet vid montering Ekonomin Då vi har arbetat med att ta fram ett väl anpassat koncept har vi till viss del bortsett från de ekonomiska aspekterna. Det vi har som ingångsvärde är dock ett viktkrav på trumman. Ju tyngre trumman blir, desto mer pengar kommer den kosta att tillverka då vi arbetar i material som prissätts per kilo. Vi har därför sett till att trumman blir så lätt som möjligt utan att göra avkall på den funktionalitet vi eftersträvar. 4

11 4 Produktundersökning och kravspecifikation 4.1 Produktundersökning Innan projektet startade konstaterades under ett möte med företaget att det redan fanns lösningar för delbara kabeltrummor ute på marknaden. Företaget tyckte dock inte att dessa lösningar uppfyllde deras kvalitetskrav på ett tillfredställande sätt. Ofta innebar det att svetsning i monteringsfasen inte kunde undvikas. Vi blev speciellt ombedda, att inte göra en kontroll på hur marknaden såg ut innan projektets genomförande. Skälet var att vi under arbetet skulle stå opåverkade av befintliga produkters utformning. Istället tilldelades vi ett antal ritningar och tabeller av företaget, som visade oss hur en icke-delbar kabeltrumma är uppbyggd och vilka mått som tidigare har använts för dessa lösningar. 4.2 Framtagning av kravspecifikation För att vi på ett smidigt och effektivt sätt skulle kunna arbeta fram ett färdigt koncept till företaget, tog vi i projektets startfas fram en kravspecifikation att arbeta efter. Inkluderat i denna finns också uppdragsgivarens önskemål på kabeltrumman Uppställning av krav De krav som ställs på kabeltrumman i vårt koncept är framtagna i samarbete med företaget Svensson Engineering AB. Det finns inga generella krav specificerade för en viss sorts trumma. Istället ställs dessa oftast av kunderna i samband med att ordern läggs. Vi fick därför friheten att arbeta fram ett förslag till kravspecifikation som sedan med hjälp av Svensson Engineering AB och vår handledare kompletterades och fastställdes i ett dokument där vi även inkluderade önskemål gällande konceptets utformning Uppställning av önskemål De önskemål som finns upptagna är helt formulerade av uppdragsgivaren i samband med framtagningen av kravspecifikationen. Anledningarna till att vi inte själva kommit med konstruktionsönskemålen är att vi från början ombads att inte göra en undersökning om hur konkurrenterna löst samma problem och vi hade inte sedan tidigare kunskap om hur produktens utformning normalt sker Krav och önskemålsspecifikation Följande krav- och önskemålspecifikation har tagits fram tillsammans med företaget och har varit styrande under vårt arbete. 5

12 4.3 Krav och önskemålsspecifikation för delbar kabeltrumma Allmänt Upprättad Krav Kabeltrummans totalvikt får ej överstiga 3000kg. Ingen svetsning skall behövas när trummans delar monteras. Kabeltrumman skall efter omkonstruktion kunna fraktas i en high-cube container vars dörröppning har måtten 2.34m (bredd) * 2.58m (höjd) Kabeltrummans gavlar skall ha släta insidor utan vassa kanter. Konstruktionen skall vara vridstyv nog att tåla 2000kg mothåll vid uppvindning av kabel. Önskemål Kabeltrummans gavlar får gärna vara i veckad plåt. Kabeltrummans nav får gärna innehålla ett centrumrör som stagar upp konstruktionen. Det är önskvärt att kabeltrumman efter omkonstruktion kan fraktas i en standardcontainer vars dörröppning har måtten 2.34m (bredd) * 2.28m (höjd) Fastställd Halmstad Fredrik Heijel Martin Klasson Handledare Högskolan i Halmstad Lars G Johansson Handledare Svensson Engineering Lars-Gösta Dahlgren 6

13 5 Framtagning av konceptlösning Som mall vid framtagningen av vår konceptlösning har vi använt det arbetssätt för konstruktionsprojekt, som presenterades för oss i samband med kursen Konstruktionsteknik I. Metoden är sammanfattad av Fredy Olsson (1995) och syftar till att från början ta med alla möjliga lösningar utan att döma ut några förslag, detta för att kunna se så många sidor av problemlösningen som möjligt. För att ge oss själva en lättöverskådlig bild delades projektet upp i flera delar. 5.1 Förarbete Projektet introducerades för oss i slutet av 2008 efter att vi fått en kontaktyta på Svensson Engineerings systerföretag IBC International av vår examinator Aron Chibba. Inledande möten med företaget gällande projektets inriktning resulterade i flera olika förslag på hur examensarbetet skulle läggas upp och vad det skulle innehålla. Till slut kom båda parter fram till att satsa på det ämnet som detta examensarbete handlar om. Vi tog fram en projektbeskrivning med tillhörande tidplan som lämnades in för godkännande och som sedan reviderades och lämnades in i början av januari Under projektets gång har vi genomfört följande: Framtagning av tidplan Innan projektstart tog vi fram en tidplan för hela projektet. Denna lämnades in och godkändes av examinator på Högskolan i Halmstad samtidigt som vår projektbeskrivning gällande examensarbetet. Tidplanen har sedan reviderats under projektets gång, då vi har sett att den långsiktiga planeringen från början inte motsvarade verkligheten. Vid starten av varje månad har vi kontrollerat hur vi ligger till gentemot tidsplanen och sedan reviderat den något efter kontroll hur mycket av arbetet som genomförts enligt plan. Slutgiltig tidplan, som ger en bild över hur vi lagt upp vårt arbete, finns bifogad som bilaga Brainstorming Efter att ha kommit överens med företaget om omfattningen av vårt projekt och vad vi förväntades leverera började vi arbetet med att ta fram möjliga lösningar på hur kabeltrumman skulle utformas. Vi valde här att sätta igång med att skissa lösningar för hand och sedan utvärdera dessa. Efter att vi tagit fram 8 olika skisser kände vi att vi började upprepa lösningar på vissa delar och då avslutade vi skissarbetet. Kopior på skisserna av de lösningar som direkt föll bort finns med som bilaga Framtagning av kravspecifikation För att fastställa inom vilka ramar vår konstruktion skulle hållas togs det tillsammans med företaget fram en kravspecifikation. Denna innehåller riktlinjer för hur kabeltrumman skall fungera och har varit en bra vägvisare under arbetets 7

14 gång, trots att den enbart innehåller fem krav. Kravspecifikationen fastställdes av samtliga parter och har legat till grund för allt vårt fortsatta arbete. 5.2 Principkonstruktion Med principkonstruktion avses det tidiga, inledande konstruktionsarbete (utvecklingsarbete) där man utgående ifrån en behovslösning eller produkttyp söker få fram en principiell produktlösning principlösning eller lösningskoncept (Olsson, 1995) Framtagning av principlösningar Under examensprojektets tre första veckor tog vi med hjälp av brainstorming fram åtta principlösningar i skissformat. Denna fas avslutades i det skede då vi kände att vi började upprepa oss i skissandet. Vi satte oss sedan ner och diskuterade kort runt varje förslag. Detta ledde till att vi valde ut tre av principlösningarna och solidmodellerade dessa för att kunna visa dem för företaget. Följande var avgörande orsaker till att de lösningar, som valdes bort, inte visades för företaget: För många delar Omständig montering Begränsar möjligheter till packlösningar Ologisk utformning De bortsorterade skisserna finns medskickade som bilaga 2. Då fem lösningar sorterats bort återstod tre. Dessa tre har var och en haft skillnader i konstruktionen och tänket i utformning och tillvägagångssätt i montering. Trots att de utseendemässigt kan anses snarlika har de alla olika egenskaper. Eftersom vi har arbetat fram en väldigt komprimerad kravspecifikation kände vi att en traditionell viktning av funktionen gentemot kraven skulle bli i princip irrelevant då alla tre lösningarna hade samma grundkoncept. Istället för traditionell viktning utsågs under ett möte med företaget en lösning att arbeta vidare med. Denna vidareutvecklade vi sedan till det som kom att bli vår konceptlösning. Följande principlösningar togs fram under projektets första fas och presenterades för företaget. 8

15 5.2.2 Principlösning 1 Det som är framträdande hos denna principlösning är framförallt i hur de tvådelade gavlarna sitter ihop. De hakas ihop i mitten med två J-formade hakar. Monteringen bör för att detta skall fungera vara stående och gaveln träs in i sidled för att passa ihop med den andra. I centrum av gaveln finns det i denna principlösning ett 4-ekrarskryss i ytterkant av centrum. Detta fungerar som centrumstöd i mitten av trumman och fyra stöd som går tvärsigenom hela trumman. Vi har här valt att bortse ifrån centrumrör då vi anser att trumman borde vara tillräckligt styv i sidled utan centrumrör Figur5.1 - Principlösning Principlösning 2 Framträdande hos denna principlösning är till att börja med hur de tvådelade gavlarna sitter ihop. Istället för att som i första principlösningen, hakas ihop, så sitter det här vanliga plattjärn som bultas ihop. Ingen styrning finns för att det ska bli enklare att sätta ihop gavlarna, utan vi antar här att man passar in dem med handkraft. Likt första principlösningen är även denna avsedd att monteras stående. Gaveln lyfts med travers eller liknande på ovanifrån, till skillnad från principlösning 1 där den träs ihop från sidan. Principlösningen har ett 8-ekrarskryss i ytterkanten av centrumet som tar upp krafterna på flera punkter i utkanten och återigen ett 4-ekrarskryss i mitten. Detta är dock klenare än i föregående för att spara in på konstruktionens vikt. 9

16 Figur Principlösning Principlösning 3 Principlösning 3 har samma utformning av centrumet som det i Principlösning 2, men metoden för att fästa gavlarna i varandra skiljer sig markant. Istället för att monteras stående ser vi att gavlarna här monteras liggande. De fästs med bultförband som går igenom en horisontell platta. I övrigt är det samma lösning som Principlösning 2. Figur Principlösning 3 10

17 5.2.5 Val av principlösning Valet av principlösning genomfördes efter att vi hade presenterat förslagen för företaget under ett möte. Principlösning 3 försvann direkt ur diskussionen på grund av att det är av intresse att slippa liggande montering. Utmärkande för Principlösning 1 är ett 4-ekrarskryss i mitten, hakar på de plattor som håller ihop gavlarna, men valdes bort eftersom inget speciellt tillfördes. Det vi kom fram till var att en mindre omkonstruktion av Principlösning 2 med en komplett pack- och monteringsanvisning var det som vi skulle fokusera på i nästa steg. 5.3 Framtagning av konceptlösning Då vi hade beslutat om vilken principlösning vi skulle använda påbörjade vi arbetet med att ta fram det slutliga konceptet. Vi var tvungna att genomföra vissa konstruktionsförändringar, ändra vissa mått och ersätta vissa delar med standardiserade komponenter. Detta ledde till omkonstruktion av mittstödets infästning i kärnan så att vi får en sammanfogning utan hål i plåten som kabeln ligger mot. Samtidigt gjorde vi i Catia V5 om gavelsidorna för att tydligare efterlikna veckad plåt. Detta för att vi skulle kunna plocka fram exakta mått och antal fästpunkter för det 8-ekrarskryss som sitter längst ut. I samtliga principlösningars layout användes en stansad plåt i gavlarna. Då detta inte används normalt i tillverkning så ersatte vi nu denna med en mer verklighetstrogen veckad plåt. Vidare byttes alla berörda delar ut mot standardbalkar för att ha allt redo för att efter godkännande av konceptet snabbt kunna starta med att ta fram produktionsritningar. När detta var gjort kunde vi presentera ett koncept som inte innebar specialtillverkning av någon del i trumman. Kompletterat med beräkningar som utfördes på konstruktionen fick vi fram ett koncept som väl överensstämde med uppställda krav och önskemål. Resultatet av dessa omkonstruktioner blev vår konceptlösning, som vi presenterade för företaget Framtagning av packplan Efter det att vi tagit fram ett fungerande koncept tog vi fram en packplan som underlättar frakten av kabeltrummorna. Packplanen fungerar på så vis att gavlarna till två trummor staplas på en specialbyggd bottenplatta. Bredvid gavlarna staplas konstruktionens centrumplattor och vid sidan av dessa hängs de lastbärande kryssen upp på en för ändamålet speciellt framtagen detalj. Tre sådana moduler får sedan plats i en 40-fots container av ISO-standardiserade mått. Packplanens modultänk kan även appliceras på mindre kabeltrummor genom en enkel nedskalning av måtten. 11

18 5.5 Prototyptillverkning och monteringsanvisningar Slutfasen av vårt examensarbete har förutom framtagandet av ritningar även inneburit tillverkning av en icke skalenlig prototyp för reklamsyfte samt monteringsanvisningar för kabeltrumman. Dessa finns med som bilaga 3. Prototypen används under utexpo-mässan och överlämnas sedan till företaget. 6 Genomgång av konceptlösning Här visar vi upp den konstruktion som vi har tagit fram. Kabeltrumman innehåller konstruktionslösningar som vi inte tror har använts innan, samt en god dos av befintliga lösningar. Vi har arbetat för att få fram en så stabil trumma som möjligt, men som samtidigt kan reduceras ordentligt i vikt om kunderna så önskar. Givetvis blir då trummans övriga egenskaper lidande, men vi har i arbetet strävat efter att möjligheten skall finnas. Vi har utfört beräkningar för att kontrollera att vi har bra säkerhetsfaktor på alla lösningar presenterade i denna rapport. Förutom de rena konstruktionslösningarna redovisas här även lösningen på hur kabeltrumman skall fraktas. 6.1 Konstruktionslösningar Det finns som tidigare nämnts vissa konstruktionslösningar som vi själva har kommit på som vi anser är betydelsefulla för trummans funktion och hållfasthetsegenskaper. Då vi inte utfört benchmarking inom marknadssegmentet kan vi inte med säkerhet säga att ingen av de lösningar vi kommit fram till finns i snarlik utformning hos konkurrenter. Om det skulle finnas borde det innebära att det finns fler, som anser att vår variant av lösning är en fullgod lösning på hur man bygger en delbar kabeltrumma, något vi själva anser. Följande kännetecknar vår konstruktion. Figur 6.1 Kabeltrummans centrum, översikt 12

19 6.1.1 Gavlarna och delningen Den delen som är det som visuellt kännetecknar en kabeltrumma och som motsvarar trummans maximala höjd är gavlarna till trumman. Dessa är skilda ifrån kärnan och kryssen i centrum. Man kan se gavlarna som stora tallrikar med hål i mitten, som delas på mitten till två halvmånar. Dessa halvmånar á 180 vardera måste kunna monteras samman och ge en komplett gavel med samma styvhet som utgångsgaveln utan delning. Detta görs genom att ett 10 cm brett järn är svetsat 90 utåt från gavelns nedersta kant. Genom dessa hål fästs sex skruvar per sida och en styrtapp svetsas dit i produktionen av plattorna för att underlätta vid monteringen av kabeltrumman. Utan styrtapp blir monteringen mycket svårare då man måste få någon av skruvarna genom båda gavlarna utan att de egentligen har något som håller de på någorlunda rätt plats. Figur 6.2 Gavelhalva Figur 6.3 Skruvplattor med hål, respektive styrtapp 13

20 ekrarskryss Centrumkryssen med åtta ekrar som sitter längst ut i det som visuellt lättast beskrivs som centrum på gavlarna är uppbyggda av standard U-profiler. Två olika grova profiler har använts, U260 och U140. Denna del har omarbetats mest från principlösningen, då endast en dimension på U-profil användes. Omarbetningen blev till på rekommendation av företaget. 8-ekrarskrysset är uppbyggt på så vis att en U260 profil går genom hela centrum, och resterande är fabrikssvetsade på med 45 vinkel mellan varandra. Igenom U260-profilen finns förutom ett hål där ett eventuellt centrumrör träs igenom även två hål där man fäster don för att kunna driva runt trumman vid upprullning av kabel. Runt centrumhålet svetsas en platta fast för att ytterligare styva upp plåten runt centrumrörets hål. I U140-profilerna borras fyra stycken hål för att möjliggöra montering av förstärkningspinnarna. All svetsning sker i tillverkningslandet och innan dessa kryss packas i container. För att få 8-ekrarskryssen att fästa i resten av trumman är dessa fastskruvade inifrån och ut, först genom kärnans plåt och sedan in i gaveln. Kärnans plåt, som hamnar emellan 8-ekrarskrysset och gaveln, kommer att hållas på plats av 16 skruvar vilket gör att den stannar stabilt på plats. Monteringen medför att krafterna, som uppkommer, fördelas ut över fler delar i trumman och gör den vridstyvare. Figur ekrarskryss ekrarskryss För att hjälpa kabeltrummans centrumplattor att ta upp de krafter som uppstår när det finns kabel upprullad på trumman har vi konstruerat ett mittstöd med fyra ekrar som hjälper till att stabilisera konstruktionen. Det är fäst med ett skruvförband i den 90 bock som finns på centrumplattorna. Skruvförbandet som håller fast krysset består förutom den bockade plåten av två vinkeljärn som svetsas fast i krysset vid tillverkning. Svetsen är väl dimensionerad för att tåla de 14

21 påfrestningar som kan uppstå och själva svetsningen utförs av tillverkaren enligt ritningar vi tillhandahåller. Mittstödet är utformat så att det tillåter förstärkningar av trumman i sidled. De hål som finns är avsedda för fyra förstärkningspinnar som sitter i trumman i det vi valt att ha som standardutförande, men det finns även möjlighet att ersätta dessa eller komplettera med ett rör som löper genom hela centrumet. Detta ger kabeltrumman en mycket god styvhet i sidled och gör den mer eller mindre okänslig för de krafter som kan komma att uppstå under hantering med gripredskap. Vid bantning av kabeltrummans vikt, kan detta kryss tas bort. Vi rekommenderar dock inte detta, då en stor del av beräkningarna behöver göras om för att förvissa användaren om att kabeltrumman fortfarande tål angivna belastningar. Figur ekrarskryss Förstärkningspinnar Vid hantering av kabeltrumman hos kund plockas kabeltrumman med hjälp av ett verktyg med två dubbar. Dessa pressar mot 8-ekrarskryssen i centrum av trumman. För att dessa inte skall ge med sig och bli deformerade inåt behövdes något mellan dessa två yttre kryss. Vi har här valt att montera fyra mindre stag som förbinder kryssen. När kabeltrumman blir upplockad av dubbarna kommer den kraften de ger att verka på dessa fyra stag och på så vis förhindra att de yttre kryssen får en deformation. Dessa stag är byggda på ett enkelt vis, nämligen ett rör med svetsade muttrar i änden för montering. Se ritning M Kraften som dubbarna ger kommer bidra till att dessa förstärkningsstag knäcks. För att säkerställa att dessa stag klarar större påkänningar finns det beräkningar som kontrollerar detta i bilaga 4. Längden på stagen som är det som har störst påverkan ifall knäckning kommer ske, är dock inte hela bredden på trumman utan endast halva bredden. Då i mitten av trummans bredd finns ett kryss av U140- profiler som stagen går genom. Uträkningar visar dock att materialet i dessa 15

22 kommer att plasticera och ge vika innan de knäckkrafter som konstruktionen principiellt klarar av skulle uppnås. För att se hur pinnarna sitter monterade i trumman, se Figur Centrumplattor och delning Trummans centrum är uppbyggt av fyra separata plattor som på varje långsida har bockats 90. Bocken är inte gjord över hela långsidan utan över ca 90 % av ytan. Resterande plåt klipps bort innan bockning för att få en obockad yta längst ut som det yttersta stödet med åtta ekrar kan skruvas fast i. Lösningen att bocka en kant på dessa plattor har vi valt för att kunna fästa 4-ekrarskrysset i centrumet. Varje bock har elva hål, i det sjätte hålet fästs 4-ekrarskrysset, vilket på ett smidigt sätt möjliggör en relativt noggrann centrering av stödet i mitten. Den bockade ytan hjälper också till att stabilisera konstruktionen när den bär last, då de bockade ytorna ger varandra support att hålla emot yttre krafter. Skruvarna som vi använder här är, likt på resten av trumman M16, vilket ger något överdimensionerade skruvförband. Figur s centrumplatta Centrumrör Vi har som tillval till konstruktionen förberett densamma för insättning av ett centrumrör som ditsatt styvar upp konstruktionen avsevärt. I grundutförande har vi valt att inte ha detta med då konstruktionen med de mått på kabeltrumma som vi använt i detta projekt klarar angivna belastningar utan ett rör i centrum. I de fall som trumman utsätts för större belastningar än angivet kan ett rör vara av intresse. 16

23 6.2 Packmoduler För att frakta vårt färdiga koncept hade vi tidigt tanken att det skulle baseras kring en bottenplatta som var lätt utdragbar ur en container om man har en motviktstruck med långa gafflar eller liknande. Tanken vidareutvecklades till att inkludera både en bottenplatta och olika stativ för att hålla gavlarna och kryssen på plats. Vi började arbetet med att utforma en tålig bottenplatta med låg vikt som fick plats inuti en container med ISO-mått. Efter detta tog vi fram stödstativ speciellt måttsatta för gavlarna och placerade dit både dem och gavlarna i layouten. På grund av sina mått blev den enda lösningen för centrumplattorna som var utrymmeseffektiv att stapla dem stående bredvid gavlarna. Förstärkningspinnarna placerade vi sedan liggande på bottenplattan under ett av gavelstöden. (Ej med på bild) Till sist placerade vi en upphängningsanordning bredvid gavlarna för att på så sätt utnyttja att de stödkryssen vi konstruerat är urtagna för ett centrumrör. Detta hål använde vi för att hänga upp kryssen på ett rör inne i containern. Vi tänker oss att samtliga delar innan de körs in i containern fästs i bottenplattan med spännband eller liknande. Figur 6.7 Packmodul sedd ovanifrån För att få ut optimalt av lösningen att frakta kabeltrummorna utformades det hela så att det går in tre stycken moduler innehållande totalt sex kabeltrummor i en container. Varje kabeltrumma är fyra meter i diameter vilket lämnar ungefär två centimeter till godo innanför dörren när containern stängs igen. I sidled finns det med dessa moduler ca en centimeters glapp på var sida om plattan. Lösningen med moduler om två kabeltrummor per modul och tre moduler i varje container ger även en god optimering viktmässigt. 17

24 Den lösning som vi arbetat fram med packmoduler arbetar bort störningsrisken i leverantörskedjan. Med packmoduler fraktas gavlar inte längre separat, utan alla delar finns med i samma container. Något som innebär att om en container mot förmodan försvinna blir man inte stående utan vitala delar till konstruktionen. Så länge som en container kommer fram finns det alltid sex kabeltrummor klara att gå in i produktion med kort varsel. Figur 6.8 Packmodul sedd från sidan Figur 6.9 Tre packmoduler, röda plattan i botten motsvarar golvytan i en 40-fots container. Vi har under arbetets gång kommit fram till att den lösning med packmoduler som vi arbetat fram även kan användas för kabeltrummor av liknande konstruktion men med mindre diameter. Om kabeltrumman blir mindre, flyttar man helt enkelt ett av gavelstöden en bit in på plattan och kan då använda samma bottenplatta för 18

25 flera olika storlekar av kabeltrumma. En annan av fördelarna med dessa moduler är att bottenplattan, gavelstöden och kryssens upphängning enkelt kan demonteras och returneras till fabriken där trummorna tillverkas för återanvändning. 6.3 Beräkningar Vi har under projektets gång använt oss av programmet Mathematica för att få fram olika värden gällande vår trumma. Med hjälp av datorer och den kunskap som vi tillgodogjort oss ifrån tidigare kurser under utbildningen har vi sedan genomfört beräkningar vars resultat har gett oss en inblick på vilka krafter som påverkar vår konstruktion och om vi dimensionerat den rätt för att den skall klara uppkomna påfrestningar. Vi har under detta arbete kommit fram till att konstruktionen lämnar goda säkerhetsmarginaler vid uppkomna laster. I beräkningsfasen har vi utfört följande beräkningar för att kontrollera konstruktionen: Knäckning på förstärkningsrör vid hantering av trumman (Eulers knäckfall) Knäckning vid användande av ett extra centrumrör (Eulers knäckfall) Åtdragningsmoment för samtliga skruvförband Skjuvkrafter i utsatta skruvförband Säkerhetsfaktorer i utsatta skruvförband Klämd area i skruvförbanden/optimalt avstånd mellan skruvar (Rötschers formler) Bockningsradie Svetsberäkningar på utsatta svetsförband Som ingångsvärden i beräkningarna har vi använt oss av de plåttjocklekar vi bestämde oss för att använda efter att ha frågat vår handledare på Svensson Engineering. Vidare har vi överallt i konstruktionen använt oss av en och samma skruvstorlek. Detta för att underlätta för de som skall montera trumman och för de som skall beställa. En annan fördel med detta är givetvis att risken att fel skruv används på fel ställe elimineras och trummans lastupptagande egenskaper blir mindre påverkade av den mänskliga faktorn än om vi hade valt att använda olika skruvstorlekar över hela trumman. Valet att använda samma skruv över hela trumman ger resultatet att en del av skruvförbanden blir väl optimerade för ändamålet och en del andra blir överdimensionerade. Vi känner ändå att vi valt rätt storlek för skruven då vi förutsätter att trumman kommer att utsättas för många stötar och hård hantering under sin livstid. I dessa fall känns det bra att ha en större säkerhetsmarginal än den som blivit med mindre skruvar. Samtliga beräkningar finns i bilaga 4. 19

26 6.4 Ritningar och framtagna filer Vi har i slutfasen av examensprojektet med hjälp av Catia V5 tagit fram och försett Svensson Engineering med kompletta ritningar för alla delar i kabeltrumman. Detta innefattar både sammanställningsritningar, svetsritningar och detaljritningar. För vissa detaljer har vi dock valt att slå samman svetsritningarna med sammanställningsritningarna då det är tillräckligt tydligt vad som skall göras utan att titta på en extra ritning. Även ritningar på modulplattorna och dess stöd har skickats med för att underlätta tillverkningen av dessa. Dessa ritningar är dock mer principritningar än produktionsritningar då vi inte anser att några andra mått än plattornas yttermått är dimensionerande. Då Svensson Engineering inte använder sig av samma CAD-plattform som Högskolan i Halmstad har vi ordnat så att för företaget läsbara CAD-filer för samtliga delar i konstruktionen levereras tillsammans med ritningarna. Detta för att försäkra oss om att företaget kan ta fram egna kompletterande ritningar om de anser att detta behövs. Samtliga ritningar finns i separat ritningsbilaga. 20

27 7 Resultat Den lösning vi tagit fram på en kabeltrumma som skruvas ihop ger Svensson Engineering möjligheten att kunna frakta och montera kabeltrummor på ett smidigare sätt. Resultat vi arbetat fram i detta projekt uppfyller samtliga ställda krav och alla önskemål utom ett. Det icke uppfyllda önskemålet, att frakt skulle vara möjlig i en standardcontainer, missar vi med endast ett fåtal cm. Detta anser vi dock vara försumbart, då konceptet som sådant är fullt överförbart till kabeltrummor med mindre diameter vilket då gör det möjligt för frakt även i standardcontainrar. Vår lösning kräver istället en high-cube container vilket dock var ett av kraven. Vårt färdiga packkoncept med moduler om två kabeltrummor per modul och tre moduler i varje container ger även en god optimering viktmässigt. Då begränsningar finns i hur många ton en container får bära blir packmodulens vikt en dimensionerande faktor, som i vårt fall varit ett enkelt nålsöga att passera. 6 st kabeltrummor ligger gott och väl inom lastkapaciteten och eliminerar samtidigt störningskänsligheten i leveransledet då man aldrig behöver vänta på en container för att få samtliga delar till en trumma. Gavlar är inte separata från till exempel kärnor så skulle en container mot förmodan försvinna blir man inte stående utan vitala delar. Beräkningar visat att vår konstruktion med uteslutande skruvförband kommer att klara samma belastningar som en trumma med hela gavlar gör. Vi har i samråd med Svensson Engineering AB valt att använda en och samma dimension på skruv genom hela konstruktionen, för att underlätta monteringen samt att endast en skruv behöver beställas och användas. Detta har medfört att vissa av förbanden blir överdimensionerade med flerfaldig säkerhetsfaktor, vilket dock bara ar av godo eftersom hanteringen av kabeltrumman inte alltid är av teoretisk variant. Vi har även försett Svensson Engineering med kompletta ritningar för alla delar i kabeltrumman. Även ritningar på modulplattorna och dess stöd för tillverkning av dessa. Modulplattorna och stöden är även återanvändbara och kan returneras i container till Svensson Engineerings leverantörer. 21

28 8 Diskussion Redan tidigt under arbetets gång började vi skönja en lösning som skulle göra konceptet fullt möjlig att genomföra. Lösningen vi kom fram till anser vi kan underlätta för företaget, inte bara ekonomiskt utan även tidsmässigt då man inte alltid kan räkna med att en open-top container kan skickas med alla båtar. Tidsaspekten kombinerat med den nu inbyggda större okänsligheten för störningar i leveranskedjan gör att det även finns en viss ekonomiska besparing i och med detta koncept. Vårt examensarbete på Svensson Engineering har satt många kunskaper på prov och vi kan konstatera att utan de kunskaper vi förvärvat de senaste tre åren hade vi stått handfallna. Med hjälp av bland annat kurserna Mekanik, Hållfasthetslära och Konstruktionsteknik I-III har vi varit bra förberedda för att ta fram olika principer och sedan fortsätta ett systematiskt arbete från brainstormade lösningar till färdigt koncept. Kunskap om skruvförband, knäckfall och svetsberäkningar i kombination med vanan av att arbeta i projekt och tänka proaktivt har varit av stor betydelse för oss. Vi har tyvärr inte kunnat få en fullskalig produkt tillverkad men är glada att kunna presentera en prototyp som visar de lösningar vi tagit fram. Prototypen som tillverkats är dock inte skalenlig, utan är mer till för att visa för allmänhet och företagets presumtiva kunder hur konstruktionen fungerar. För att sammanfatta det hela är vi väldigt nöjda med resultatet av vårt examensarbete. Det har varit sluttampen på vår utbildning och vi har lärt oss mycket av det som vi anser att vi kan ha nytta av i framtiden. Det är med glädje vi lämnar över allt material till Svensson Engineering som kan arbeta vidare med konceptet och de delar som eventuellt kan behöva ändras. 22

29 Referenser Olsson, F. (1995) Principkonstruktion, Institutionen för Maskinkonstruktion, Lunds Tekniska Högskola. Dahlberg, T. (2001) Teknisk Hållfasthetslära, Studentlitteratur Björk, K. (2007) Formler och Tabeller för Mekanisk Konstruktion, Mekanik och Hållfasthetslära. Sjätte Upplagan, Karl Björks Förlag HB Lundkvist, B. (1997) Ritteknik, Liber Olsson, K-O. (2006) Maskinelement, Liber ( ) Guidelines.pdf ( ) ( ) Muntliga referenser Lars-Gösta Dahlgren, Business Area Manager, tel