Ú
Maskinkonstruktion
20080521 SebastianAttervall8603291934 NichlasGustafsson8406181613 Examensarbete Institutionenförekonomiskochindustriellutveckling LIUIEITEKA08/00048SE ʹͳʹͲͲͺ
Abstract
The purpose of this project is to get a fully functional, automatic steering system and a variable breakingsystemwithanemergencybreakingfunctiontoanoffroadvehicle.Thisoffroadvehicleis supposed to work as an aid in military situations. A team of two, Sebastian Attervall and Nichlas Gustafsson, got an order from Jonas Nyårds and the PreeRunners Project to construct a steering system that could manoeuvre an off road vehicle without any human involvement. To make this possiblethevehiclewouldbeguidedbyonboardsensors,camerasandcomputers.Theteamwhere also assigned to construct an automatic breaking system, there also no human would be involved. The breaking system should as well contain an emergency stop function to prevent any accidents. TheteamhassolvedtheproblemsassignedbyusingtheoriesbyDavidG.Ullman.
Thesystemthatwaseventuallychosenwasasteeringsystemcontaininga48V,250WDCmotor.A planetary gear where chosen to increase the torque from the engine. To translate the torque from theplanetarygeartothesteeringbarachainwithchainwheelwherechosen,thisbecausethechain andchainwheelcouldwithstandtheimmenseforcesactingonthechain.Betweentheplanetarygear and the chainwheel a skid clutch is placed to prevent destruction on the planetary gear due to overload.Thewholesteeringsystemismonitoredbytworotaryencoders,oneplacedontheengine andoneplacedonthesteeringbar.
Thebreakingsystemeventuallychosenwhereasystembuildontheexistingdrumbrakes,placedin the front. To make the system independent from any human interference a system containing a linear motor, an electromagnet and a spring where chosen. The system worksby letting the spring actonthewirefromtheexistingdrumbreaks.Thespringisalwayscompressedsoaforcewillalways actonthewirewhenthesystemisatrest.Bycompressingthespringfurthertheforceactingonthe wirewilldecreaseandbycompressingitenoughthebreakswillbereleased.Theforcecompressing thespringwillcomefromthelinearmotor.Andtomakethesystemfailsafeincaseofanemergency anelectromagnetwillbeplacedbetweenthelinearmotorandthespring.Whenthepoweriscutto the electromagnet the compressed spring will be released and the drum breaks will break. The breakingsystemaswellwillbesupervisedbyencodersandinthiscaselinearencoders.
ʹͳʹͲͲͺ
Sammanfattning
Syftetmeddettaprojektärattfåettfungerandeautomatisktstyrsystemochenvariabelbromsmed nödbromsfunktiontillenfyrhjulingsomskablietthjälpmedelimilitärasituationer.Enprojektgrupp beståendeavSebastianAttervallochNichlasGustafssonfickiuppgiftavbeställareJonasNygårdsatt ta fram ett system som ska kunna manövrera en fyrhjuling utan att en människa är inblandad. På detta vis ska den fungera helt automatiskt med hjälp av sensorer, kameror och datorer. Projektgruppenfickäveniuppgiftatttaframenbromssomskakunnafungerautaninblandningav en människa. Den ska även kunna fungera som en nödbroms om systemet skulle strejka. Projektgruppen har löst de uppgifter som de har blivit tilldelade med hjälp av David G. Ullmans konstruktionsmetodik.
Detsystemsomtillslutvaldesåtstyrenhetenblevettsystemdärmomentetsomvriderstyrstången skapasmedhjälpavenDCmotorpå48Voch250W.Eftermotornsättsenplanetväxelförattöka momentet.Somöverföringavmomentetfrånplanetväxelntillstyrstångenanvändskedjedrift,detta på grund av att kedjan klarar av att ta upp de krafter som uppstår. En slirkoppling finns även med mellan planetväxeln och kedjedriften för att inte motorn och planetväxeln ska ta stryk vid överbelastning.Heladettasystemövervakasmedrotationsgivarevidmotornochstyrstångensåatt ingetfeluppstår.
Konstruktionen för bromsen blev tillslut en lösning där de befintliga trumbromsarna på framhjulen används. För att bromsen ska kunna fungera utan inblandning av en människa har projektgruppen valtettsystembeståendeavettlinjärtställdon,enelektromagnetochenfjäder.Systemetfungerar påsåsättattfjäderntrycksihopochenkraftuppstår.Dennakraftkommerattspännabromsvajern såtrumbromsenlåsersig.Menförattintetrumbromsenskaliggaihelatidenvaldeprojektgruppen att använda sig av ett ställdon för att trycka ihop fjädern ytterligare så att vajern slaknar och bromskraften försvinner. För att nödbromsfunktionen ska fungera sattes en elektromagnet mellan ställdonetochfjädern.Omfyrhjulingenskullebliströmlössläpperelektromagnetenochfjäderndrar åtbromsvajern.Ävendettasystemkommerattövervakasavgivareochidettafallavenlinjärgivare.
ʹͳʹͲͲͺ
Förord
Timmarnaharvaritlångaochmångavägbulorharstöttspå.Tidenochframföralltväntanharvariten stordelavdettaarbete.Säljaresomharvaritsvåraattfåtagpåochhjälpsomintealltidharfunnits. Men trots alla problem har vi förhoppningsvis lyckats komma fram till ett resultat som står sig väl införförväntningarna.Viharmångapersoneratttackaförattviharkommitsåhärlångtochförattvi harfåttgöradettaexamensarbete.StigAlgstrandochPeterHallbergharhjälpossmedmångakluriga frågor som kanske inte alltid har haft med ModuLith:en att göra. Jonas Nygårds, Peter Nordin, Ulf Bengtsson,SörenHoff,WilhelmRibbenhed,GregerBurmanochJohanForsbergharhjälpossmycket med många frågor. Men den person som vi vill tacka speciellt som har haft stor betydelse för att dettaprojektöverhuvudtagetlyckatskommaframåtärÅkeWernersson.
Hoppasnifårentrevligläsning
/NichlasGustavssonochSebastianAttervall
ʹͳʹͲͲͺ
1
Innehållsförteckning
2 Kravspecifikation...1 2.1 Inledning...1 2.1.1 Parter...1 2.1.2 Syfteochmål...1 2.1.3 Användning...1 2.1.4 Bakgrundsinformation...1 2.2 Översiktavsystem...2 2.2.1 Beroendetillandrasystem...2 2.2.2 Avgränsningar...2 2.2.3 Generellakravpåbäggesystemen...2 2.3 Styrsystem...2 2.3.1 Kravpåstyrsystemet...3 2.4 Bromssystem...3 2.4.1 Kravpåbromssystemet...4 2.5 Prestandakrav...4 2.6 Beräkningar...5 2.6.1 Beräkningarstyrning...5 2.6.2 Beräkningarbromsning...7 2.7 Kravpåmöjlighetattuppgradera...7 2.8 Tillförlitlighet...7 2.9 Kravpåsäkerhet...8 2.10 Leveranskravochdelleveranser...8 2.11 Utbildning...8 3 Projektplan...9 3.1 Arbetsplan...9 3.1.1 Föreprojektstart...9 3.1.2 Underprojektet...9 3.1.3 Efterprojektet...9 3.2 Metodik...9 3.3 Rapporteringsplan...10 3.4 Mötesplan...10 3.5 Resursplan...10 3.5.1 Personer...10 ʹͳʹͲͲͺ 3.5.2 Material...10 3.5.3 Lokaler...10 3.5.4 Ekonomi...10 3.6 MilstolparochBeslutspunkter...11 3.6.1 Milstolpar...11 3.7 Tidplan...11 3.8 Förändringsplan...12 3.9 Kvalitetsplan...12 3.10 Prioriteringar...12 3.11 Projektavslut...12 4 Projektresultat...13 4.1 Identifieringavproblem...13 4.1.1 Identifieringavproblem–styrning...13 4.1.2 Identifieringavproblem–broms...13 4.2 Blackbox...13 4.2.1 Styrning...13 4.2.2 Broms...14 4.3 QFDhus...14 4.3.1 Styrning...15 4.3.2 Broms...15 4.4 Befintligalösningar...16 4.4.1 Befintligalösningarstyrning...16 4.4.2 Befintligalösningarbroms...16 4.5 Brainstorming...16 4.6 Konceptgenerering/Morfologiskmatris...16 4.7 Basicdecisionmatrix...17 4.7.1 Styrning...17 4.7.2 Broms...17 4.8 Önskvärtkoncept...18 4.8.1 Styrning...18 4.8.2 Broms...20 4.9 Beräkningaravönskvärtkoncept...22 4.9.1 Styrning...22 4.9.2 Broms...22
4.10 Efterkonsultationvaltkoncept...23 4.10.1 StyrningRe40...23 4.10.2 StyrningRe75...24 4.10.3 Broms...25 5 Efterstudie...27 5.1 Tidsåtgång...27 5.1.1 Arbetsfördelning...27 5.1.2 Tidsåtgång...27 5.2 Analysavarbeteochproblem...27 5.2.1 Styrning...27 5.2.2 Broms...28 5.3 Måluppfyllelse...28 5.3.1 Vadsomuppnåtts...28 6 Diskussion...29 6.1 Detreviktigasteerfarenheterna...29 6.2 Godarådtilldesomskautföraettliknandeprojekt...29 6.3 Förbättringar...29 7 Referenser...30 7.1 Referenserrapport...30 7.2 Referenserbilagor...30 BilagaPlanering... BilagaTidsredovisningförNichlasGustfasson... BilagaTidsredovisningförSebastianAttervall... BilagaSummeringavtid... BilagaFunktionsträdförstyrningen... BilagaFunktionsträdförbroms... BilagaMorfologiskmatrisavstyrningen... BilagaMorfologiskmatrisavbromsen... BilagaRitningförstyrningen... BilagaRitningförbroms... BilagaRe40... BilagaPlanetaryGearheadGP52C... BilagaRE75... BilagaPlanetaryGearheadGP81A...
ʹͳʹͲͲͺ BilagaEncoderHEDL5540... BilagaKedjehjulduplex... BilagaRullkedjorduplex,triplex... BilagaSKF... BilagaLamellenRutschkupplung... BilagaVerktygsfjädrar... BilagaISLIKERMAGNETE... BilagaLinak...
2.1 Inledning
Detta projekt går ut på att finna en lösning till ett drivebywire system för en terränggående fyrhjuling. Den del av drivebywire systemet som detta projekt har haft hand om involverar mekanikenbakomtrådlösstyrningochmekanikenbakomvariabelbromsmednödbromsfunktion.
2.1.1 Parter
Inblandade är Jonas Nygårds med PreeRunners Projektet som är beställare och som underleverantörer har vi Mobile Robotics1(F), Biltema (F), Elfa (F), Kedjeteknik.se (F), Lenze (F), DJ Storkdrives(F),Bimexverktyg.se(F)ochverkstadenpåLIU.
2.1.2 Syfteochmål
Syftetmeddettaprojektärattfåettfungerandeautomatisktstyrsystemochenvariabelbromsmed nödbromsfunktiontillenfyrhjuling.Iförstahandskadenmekaniskakonstruktionenbehandlasmen finnsdettidskaävenfunktionentestas.Fokusvidstyrsystemetskaläggaspåmotordådennaharen avgörande roll för ett annat, parallellt pågående projekts framgång. Fokus för bromssystemet däremotliggerinödbromsfunktionen.
”Examensarbetet syftar till att visa att den studerande kan
använda förvärvade kunskaper och med
vetenskaplig/ingenjörsmässig ansats lösa en uppgift med anknytning till utbildningen”. ”Det är den studerande ska visa på egen initiativförmåga till planering och utförande”. Studiehandboken2008,LinköpingsUniversitet.
2.1.3 Användning
Resultatet av detta projekt, styrsystem och variabelbroms med nödbromsfunktion, tillämpas i PreeRunners Projektet. Det är ett projektdärenfyrhjulingkommerautomatiserasidengradattden kantasigfrånpunktAtillpunktButanyttrepåverkan.
2.1.4 Bakgrundsinformation
Tidigareharettprojektgjortsdärenbensindriven,terränggående fyrhjulinghardelatsuppimodulerochutrustatsmedtvåstycken elmotorer, se2bild 1 till höger. Att den har delats upp i moduler innebär att den består av en mittsektion och runt den kan fyra olika moduler sättas på, två fram och två bak. Senare har ett projektkommitupp,PreeRunnersProjektet,därModuLith:enska göras automatiserad till den grad att den ska kunna ta sig från punkt A till punkt B utan yttre påverkan. Projektgruppens arbete grundarsigävenpåenkurssomgickunderhösten2007,TMMI11 –konstruktionsprojekt,LiTH. Bild1 1 (F)stårförföretag 2 BildJimmieOborn(2007)
ʹͳʹͲͲͺ
2.2 Översiktavsystem
Styrsystemet och bromssystemet kommer att ingå som separata självbärande system, det vill säga attdekommervarasåoberoendesommöjligtavutomståendesystem.Styrsystemetkommeriden mån det går att kopplas ihop med befintlig styrning i fronten av ModuLith:en och bromssystemet kommerattbyggasuppsåattenenkelochbilligkonstruktionåstadkommes.
2.2.1 Beroendetillandrasystem
Helastyrsystemetochdelaravbromssystemetkommervaraberoendeavelektricitet.Styrsystemet och bromssystemet kommer även styras av utomstående kontrolldatorer och därför beroende av derasfunktionsduglighetnärdetgällermjukvara.
2.2.2 Avgränsningar
Detta projekt avgränsas till att endast se över funktionen styrning och funktionen bromsning respektive funktionen nödbromsning vid strömlöst system. Endast den mekaniska funktionen på styrsystemetrespektivebromssystemettasiiakttagelseochdärmedkommerkontrolldatorernamed mjukvaraintetasuppidettaarbete.Precissomdetidigarearbetendettaprojektbyggerpåkommer i första hand förslag på lösningar att tas i beaktning. Genomförandet avdessa förslag är ett senare arbeteomdetfinnstidöverunderden10veckorsperiodsomdettaprojektsträckersigöver. 2.2.3 Generellakravpåbäggesystemen Nedanståendekravkommerfrånvårbeställare,JonasNygårds,setabell1. Kravnr Kravtext 1 BäggesystemenskakunnadrivasfrånbefintligkraftkällasomfinnspåModuLith:en 2 Bäggesystemenskavarakompatiblaidenmåndetgårmedframtidakontrolldatorer
3 Bägge systemen ska i den mån det går kopplas samman med befintlig styrning respektivebefintligbroms
Tabell1.Generellakrav
2.3 Styrsystem
Enförprogrammeraddatorskakopplastillenstyrenhetsomdriverenelmotor.Medhjälpavväxlar och någon form av kraftöverföring ska energin från motorn överföras till ett moment som vrider styrstången. Med hjälp av givare kommer hela systemet återkopplas så att datorn hela tiden har kontrollövermomentöverföringen.Sebild2nedanförsystemskiss.
2.3.1 Kravpåstyrsystemet Nedanståendekravkommerfrånvårbeställare,JonasNygårds,setabell2. Kravnr Kravtext 1 Motornskakunnavridahjulennärfordonet,medenviktpå400kg,stårstillapåtorr asfalt 2 Utställningstidenfråncenterpositiontillmaximaltutslagskatamindreän1s 3 Konstruktionenskatålaväta 4 Konstruktionenskafåplatsochintestöraannanutrustning 5 Hjulensutslagsvinkelskaalltidkunnamätas 6 Viktenskahållasnere 8 Konstruktionenskahaettöverlastningsskydd 9 Vidvalavmotorochgivareskaprisettasibeaktande 10 Motornskadrivasfrånenlikströmskällapå48V
11 Ett koncept av konstruktionen med vald motor ska kunna presenteras vid månadsskiftetmars/april
12 Avgränsningar,endastseöverdenmekaniskakonstruktionen
Tabell2.Kravpåstyrning
2.4 Bromssystem
Kontrolldatorn övervakar och styr bromsningen och vid nödbromsning skickas en signal till Estop receiversomfårnödbromsenattaktiveras.Vidströmlöstsystemliggernödbromsenalltidi.Sebild3 försystemskiss.
ʹͳʹͲͲͺ
3 Bild3.Systemskissavbromssystemet 2.4.1 Kravpåbromssystemet Nedanståendekravkommerfrånbeställare,JonasNygårds,setabell3. Kravnr Kravtext 1 Kunnabromsa400kgi60km/h 2 Bromssystemetskahatrådlösbromsning 3 Vidströmlösttillståndskadetfinnasennödbromsfunktion 4 Detskavaraenvariabelbroms 5 Bromssystemetskafåplats 6 Viktenskahållasnere 7 Prisetskatabeaktasvidval 8 Detskavaraenenkelkonstruktion Tabell3.Kravpåbroms
2.5 Prestandakrav
Styrsystemetskakunnavridafrånstillaståendecenterpositiontillmaximalt hjulutslagpå mindreän 1s. För att detta ska kunna vara möjligt på ett underlag som asfalt där friktionskoefficienten kan
variera mellan40.71 kommer det krävas en motor som kan leverera en teoretisk effekt på cirka 450W,seberäkningarnedan.
För att låsa framdäcken vid inbromsning kommer det att krävas en kraft på bromsvajern motsvarandecirka1200N,seberäkningarnedan.
2.6 Beräkningar
Beräkningarnabeståravbådeteoretiskaochuppmättavärden.Deuppmättavärdenahartagitsfram med hjälp av en dynamometer. Uppgifter så som vikt har tillkommit genom konsultation med beställare. Värdet på gravitationskonstanten har erhållits ifrån Nya formelsamlingen – tabeller och formler”(1996).
2.6.1 Beräkningarstyrning
Beräkningarnaförstyrningenärendastteoretiskamengrundarsigpåuppmättavärden.Momentet 200 N som används vid effektberäkningen är ett fiktivt värde som tagits fram genom att fördubbla och avrunda det högsta uppmätta momentet (se tabell 4) som krävs för att vrida styrstången hos fyrhjulingen.Anledningentillattdetfiktivavärdetärsåmycketsomdubbeltsåstortsomdeverkliga värdenaärföratthagodasäkerhetsmarginalerviddimensioneringavmotorochväxlar.
Last Svängavänster[Nm] Svängahöger[Nm]
Tom 61,8 69,2 61,8 69,2 61,8 61 49,4 69,2 45,3 69,2 Medelvärde 56,02 67,56 78kg 74,2 97,7 70 97,7 70 101,8 73,2 101,8 78,3 97,7 Medelvärde 73,14 99,34 82kg 70 89,6 82,4 93,6 82,4 93,6 78,3 93,6 74,2 89,6 Medelvärde 77,46 92 Tabell4 2.6.1.1 Teoretiskberäkningavmomentetpåstyrningen
Fyrhjulingens vikt är 400kg. Normalkraften på ett hjul blir då 100g = 981N, om vi utgår från att tyngdpunktenärplaceradimitten.Sebild4föröversiktbildavberäkningarpåstyrningen.
4
ʹͳʹͲͲͺ Bi 4.5 ܨ ൌ ெభ ld Momentstyrning ଵ ǡହN [1] ܯଶ ൌ ܨଵൈ ͲǡͲͻ ൌ ܯଵൈ ǡଽହܰ݉ [2] ǡ ܨଶൌ ǡଵଶெమ ൌ ܯଵൈሺǡଵଶൈǡହሻǡଽ ܰ [3] ܨଶ ߤ ൈ ܨܰ [4] ܯଵൌ ߤ ൈ ܨൈሺǡଵଶൈǡହሻǡଽ ൌ ൌ ͺǡͶܰ݉ [5]
Momentet på styrningen blir enligt formlerna 15, 78,4x2 = 157 Nm men då är inte friktionsförlusternamedräknade.Ettenkeltsättatträknameddessaärattlyftauppframhjulenoch användaendynamometerochmätaavståndetmellandynamometernochhävarmen.Ivårtfallfickvi denhögstauppmättakraftentill88,2Nochensträckapå0,235mochdetgerettmomentpå20,75 Nm.Sådeteoretiskaplusfriktionsvärdetgerettmomentpå178Nm. 2.6.1.2 Effektberäkning Önskasettvridmomentpå200Nmochenhävarmrpå1msågerdetenkraftpå200N.Styrningen skallhaenvinkelhastighet߱på0,25varv/s.Dettaledertillattvifårenhastighetvenligtformel6 som är: vൌ ߱ ൈ ʹ ൈ ߨ ൈ ݎ ൌ Ͳǡʹͷ ൈ ʹ ൈ ߨ ൈ ͳ ൌ ͳǡͷ݉Ȁݏ [6]
Effektenܲ ൌ ݒ ൈ ܨൌ ͳǡͷ ൈ ʹͲͲ ൌ ͵ͳͶܹ [7]
Verkningsgradenförplanetväxlarnasomhartittatspåär0,7sådetkommerdåattbehövasentotal effektpåmotornpå449W,däreftertillkommerdetförlusterpåövrigakomponenterochmeddem kommerdetkrävasytterligareeffektifrånmotorn.
2.6.2 Beräkningarbromsning
Beräkningarna för bromsningen till skillnad från styrningen grundar sig enbart på uppmätta värden påbefintligkonstruktion.Mätningarnahargenomförtsmedhjälpavendynamometer.
2.6.2.1 Beräkningavkraftförattbromsa
Vajern kommer att röra sig 15 mm när en människa bromsar för hand på handbromsen. Den kraft mandåanvänderär230Ndåharviäven2styckenhävarmar,enpå155mmochenpå30mm.
Bild 5 är en principskiss över den befintliga handbromsen som sitter på fyrhjulingen. Fh är handkraften som chaufförer anbringar vid inbromsning och Fv är kraften som då uppstår i
bromsvajern som i sin tur verkar på trumbromsarna på framdäcken. Längderna är de längder hos hävarmen på handbromsen. Momenten i punkten M sätts till noll och då kan följande beräkningar användas,seformel8. ܨ௩ൌ ܨൈభ మൌ ሺଶଷൈଵହହሻ ଷ ൌ ͳͳܰ [8] Bild5.Kraftbroms Kraftenivajernblirdåcirka1200N.
2.7 Kravpåmöjlighetattuppgradera
Det finns inga krav på att styrenheten och bromsenheten ska kunna uppgraderas, men det är önskvärt. Eftersom uppgraderbarhet är ett önskemål kommer projektgruppen att sträva efter att göra styrenhet och bromsenhet så enkelt att uppgradera och reparera som möjligt. Detta kommer görasmöjligtgenomattförsökaskapastyrenhetenochbromsenhetentillmodulersomenkeltgåratt repareraochuppgradera.
2.8 Tillförlitlighet
Att styrning och broms i största allmänhet ska fungera är en självklarhet men att bromsen ska fungera även då systemet är strömlöst är ett krav. Anledningen till detta krav är att ModuLith:en kommerrörasigoberoendeavyttrepåverkanienhastighetavcirka60km/hvilketgördentillallmän
ʹͳʹͲͲͺ fara.Förattminskariskernavidkörningkommerbromseniförstahandgörassåpasstillförlitligatt denalltidskafungeraoavsettförhållandepåsystemetiövrigt.
2.9 Kravpåsäkerhet
Krav på säkerhet finns inte. Däremot kommer projektgruppen sträva efter att skapa överlastningsskyddförattskyddakomponenterochdessutomsetillattkomponenterärkompatibla medvarandrasåattskadorpåutrustningkanundvikasidenmåndetgår.
2.10 Leveranskravochdelleveranser
Vidmånadsskiftemars/april2008skavalavmotorförstyrenhetenpresenterasochdessutomskaen principskissvaraklar.Styrenhetochbromsenhetskavaraklara,levereradeochibruk4ejuni2008.2.11 Utbildning
Ingenutbildningförutom145genomfördahögskolepoängpåmaskiningenjörsutbildningkrävsföratt genomföradettaprojekt.
3
Projektplan
3.1 Arbetsplan
3.1.1 Föreprojektstart
Projektarbetetärettexamensarbetemotsvarande20veckorsarbete.Vilketkommerattdelasupppå två projektmedlemmar, Sebastian Attervall och Nichlas Gustafsson. Båda gruppmedlemmarna har gått igenom och godkänt kravspecifikationen och är därmed lika insatta i projektet. Gruppmedlemmarna har inte arbetat tillsammans tidigare med denna konstellation. Inga titlar har delatsutochdärmedärbäggemedlemmarnalikaansvarigaochharlikastordelaktighetiprojektets framgång. Före projektets påbörjande har en projektplan gjorts och godkänts av bägge gruppmedlemmarochexaminatorPeterHallberg.ProjektplanenhargjortsisamförståndmedJonas Nygårds.
3.1.2 Underprojektet
Projektetdelasuppsåattproblemetmedstyrningenprioriterasochslutförandetavdennakommeri första hand. För att arbetet inte ska vara för litet för två personer kommer även problemet med bromsning av ModuLith:en att tas om hand. Om det finns tid över efter att fullständiga lösningsförslaghartagitsframförstyrningenochbromsenkommerenDFAanalysochenoptimering avlösningarnaattgöras.Iförstahandskadockfungerandelösningarerhållas.
3.1.3 Efterprojektet
Efter att fullständiga lösningar har erhållits och godkänts av beställare kommer redovisning av arbetetattgöras.Redovisningenkommeriförstahandatthållasförexaminatorochopponenterav examensarbetet i form av denna rapport och en muntlig redovisning men även beundrare av projektgruppensminstsagtimponerandearbeteärvälkomnasomåhörare.
3.2 Metodik
Vi kommer följa David G. Ullmans teorier vid utvecklingen av styrenheten och bromsenheten till ModuLith:en.ArbetsgångensombeskrivsavDavidG.Ullmanföljernedan,noteradockattordningen intestämmerochvissatilläggfinnsmedförattmetodikenpåbästasättskamatchaprojektgruppens arbete.Förklaringavdeolikadelarnafinnssenareirapportendärrespektivedelanvänds. Identifieringavproblem BlackBox QFDHus Befintligalösningar Brainstorming Konceptgenerering/Morfologiskmatris Basicdecisionmatrix 6Beräkningar Slutgiltigtkoncept 6 Beräkningarpåframtagnakonceptförattseattdeklararavkravensomställs
ʹͳʹͲͲͺ
3.3 Rapporteringsplan
Projektrapportenskainnehållaföljandepunkter: Kravspecifikation Projektplan Översiktligtidplan Projektresultat Efterstudie Diskussion Rapportenkommerattskrivasavsamtligagruppmedlemmarochinnehållaprojektgångochresultat. ProjektarbetetochrapportenkommerattvarabaseradepåprojektmodellenLipsversion1.3nivå1 avTomasSvensonochChristianKrysander.3.4 Mötesplan
Viharplaneratinatthamötemedvårhandledareochexaminatorpåtorsdagar.Iövrigtkommervi ha möten efter hand med Åke Wernersson, Jonas Nygårds och Peter Nordin. Möten kommer att hållasnärproblemuppstårochnärpersonalfinnstillhands.3.5 Resursplan
3.5.1 Personer
Projektgruppen består som tidigare sagt av Sebastian Attervall och Nichlas Gustafsson. Examinator ochhandledareharvaritPeterHallbergsomefterträttStigAlgstrand.BeställareavprojektetärJonas Nygårds som även har haft sista ordet vid beställningar och framtagna lösningsförslag. Övriga personersomharståtttillförfogandeärÅkeWernersson,UlfBengtsson,PeterNordin,SörenHoff, GregerBurmanochJohanForsberg.
3.5.2 Material
Allt material som kommer behövas för att lägga fram lösningsförslag till styrenhet och bromsenhet finns att tillgå i Ahuset på LiTH. ModuLith:en och datorer som behövs för att skapa CADmodeller och ritningar finns i Ahuset. Material som behövs för att genomföra lösningsförslagen kommer beställasviaochisamtyckemedJonasNygårds.
3.5.3 Lokaler
Ett särskilt arbetsrum i Ahuset har tilldelats gruppmedlemmarna för att arbetet smidigt ska kunna fortgå.Iövrigthartillträdetillspeciellautrymmensomkanbehövaanvändastillåtits.Datorsalarfinns äventillförfogande.
3.5.4 Ekonomi
Eftersom gruppmedlemmarnas enda uppgift är att lägga fram lösningsförslag på ett styrsystem och ett bromssystem så finns det ingen budget att arbeta med. Däremot kommer beställare eventuellt inhandlamaterialsomföreslagitsavprojektgruppenochdettamaterialskaavprojektgruppenhaen sålågkostnadsommöjligt.Meningengränsförvadföreslagetmaterialfårkostafinns.Alltmaterial somskainhandlasväljsisamförståndmedbeställare.
3.6 MilstolparochBeslutspunkter
3.6.1 Milstolpar
Milstolparna är gjorda av projektgruppen och följer till viss del David G. Ullmans teorier. Projektgruppsmedlemmarna studerade David G. Ullmans teorier i kursen TMMI08 – konstruktionsmetodikpåLiTHunderhösten2007.
3.6.1.1 Styrning
Nedanstående milstolpar har tagits fram i samförstånd medPeter Hallberg och efter förfrågan från JonasNygårds,setabell5. Nr Milstolpar Milstolparklara 1 Valavmotorklart 20080414 2 Valavgivareklart 20080424 3 Konstruktionklar 20080522 4 QFDhus 20080416 5 Brainstorming 20080416 6 Morfologiskmatris 20080416 7 Konceptgenerering 20080416 8 Basicdecisionmatrix 20080421 9 Konstruktionslösningklar 20080430 Tabell5.Milstolparstyrning 3.6.1.2 Broms
Nedanstående milstolpar har tagits fram i samförstånd medPeter Hallberg och efter förfrågan från JonasNygårds,setabell6. Nr Milstolpar Milstolparklara 1 Konstruktionklar 20080522 2 QFDhus 20080414 3 Brainstorming 20080414 4 Morfologiskmatris 20080415 5 Konceptgenerering 20080415 6 Basicdecisionmatrix 20080415 7 Konstruktionslösningklar 20080424 Tabell6.Milstolparbroms 3.6.1.3 Övrigamilstolpar
Nedanstående milstolpar har tagits fram i samförstånd medPeter Hallberg och efter förfrågan från JonasNygårds,setabell7. Nr Milstolpar Milstolparklara 1 Rapportklar 20080530 2 Presentation 20080606 3 Opponering 20080606 Tabell7.Övrigamilstolpar
3.7 Tidplan
Tidplanen består av fem delar, ”Planering”, ”Summering av tid”, ”Använd tid”, ”Tidsredovisning för Sebastian Attervall” och ”Tidsredovisning för Nichlas Gustafsson”. Planeringen kan ses i bilaga ”Planering” och den beskriver den planerade tiden projektgruppen har tänkt lägga ut på projektet.
ʹͳʹͲͲͺ Summeringavtidärdentidgruppentänktläggautpåprojektetochkansesibilaga”Summeringav tid”.Användtidärdentidsomgruppmedlemmarnaharlagtutunderprojektetsgångochkansesi bilaga ”Använd tid”. Tidsredovisning för Sebastian Attervall och tidsredovisning för Nichlas Gustafsson är respektive gruppmedlems nedlagda tid i arbetet och finns att ses i bilaga ”TidsredovisningförSebastianAttervall”respektivebilaga”TidsredovisningförNichlasGustafsson”.
3.8 Förändringsplan
Omprojektetblirförsenatellerannatstörreproblemuppstårkallargruppmedlemmarnahandledare ochbeställaretillmöteförattsåenkeltochsmärtfrittsommöjligtförsökalösaproblemet.3.9 Kvalitetsplan
Eftersomprojektetendaststräckersigöveren10veckorsperiodochhuvudmåletförprojektetäratt finna teoretiska konstruktionslösningar kommer det vara ont om tid för testning för respektive lösning. Av den anledningen kan garantier för att respektive lösning kommer fungera inte att ges, däremotkommerteoretisktbeslutunderlagstärkachansernaförettlyckatresultat.3.10 Prioriteringar
I första hand ska styrningen prioriteras då en demonstration av ModuLith:en ska ske den 4e juni 2008. Men även funktionen nödbroms ska prioriteras för att inte risk för skador på utrustning och personalskaskevidtestkörning.
3.11 Projektavslut
Presentation av arbetet inför examinator, opponent och åhörare kommer ske den 2e juni 2008. Senast en vecka innan presentationen framförs ska en skriftlig rapport av projektet lämnas till examinator och opponent. När presentation och rapport har godkänts kan projektet klassas som avslutat.
4
Projektresultat
Som tidigare sagt har vi följt David G. Ullmans teorier vid problemlösning. Rubrikerna nedan är arbetsgångenförDavidG.Ullmansteoriermendetskanoterasattarbetsgångeninteföljerteorierna heltutanärmeranpassadeförprojektetsspecifikaproblem.EnkortbeskrivningavDavidG.Ullmans teorierkommerattgörasvidrespektivesteg.
4.1 Identifieringavproblem
EnligtDavidG.Ullmanfinnsdetsexenklastegmanbörföljanärmanskalösaettdesignproblem: 1. Förstmåstemanförståattdetfinnsettproblemsommåstelösas 2. Senmåstemanplanerahurmanskaangripaproblemet 3. Vidaremåstemansättasiginiproblemetgenomatttittapålösningarpåliknandeproblem 4. Sedanskamangenereralösningartillproblemet 5. Delösningarmanharkommitframtillviktarmansedanmotvarandra 6. Avslutningsvisbestämmermansigförvilkenlösningmanskaanvändasigav 4.1.1 Identifieringavproblem–styrningBeställare önskar att styrning på ModuLith:en görs kompatibel så pass att den kan styras av en kontrolldatorsomkommersittapåModuLith:en.
4.1.2 Identifieringavproblem–broms
Beställare önskar att en variabel broms med nödbromsfunktion fästes på ModuLith:en och görs så pass kompatibel att den kan styras av en kontrolldator som även den kommer att sitta på ModuLith:en.
4.2 Blackbox
Projektgruppen valde att använda sig av en blackbox. Blackbox är ett sätt att dela upp problemet i mindreproblemsåattmanfårenmeröverskådligbildavproblemet.Blackboxenshuvudfunktionär atttabortdenspecifikalösningenpåettspecifiktproblemochiställetfokuserarpåvadmanstoppar inochvadmandåfårut.
4.2.1 Styrning
Iblackboxförstyrningenärinkommandedelarinformationochenergi,däreftergårdessavidaretill regulatorn som ser till att energi omvandlas till ett moment. Vidare överförs momentet till kraftöverföringensomsedangårvidaretillaxeln.Frånaxelkommerhjulenattvridasig.Manmåste även ha en återkoppling till regulatorn så att man vet att hjulen har vridit sig. Alla dessa händelser kommer till stor del omvandlas till värme. Se bild 6 nedan för att få en mer överskådlig bild hur projektgruppenresonerade.
Bild6.Bla 4.2.2 B Tanken minska behövas på om m kraftsom somomv iformav Bild7.Bla
4.3 Q
Förattin sig av D använda vilka pro ställer u produkte betydels 15. I bå därefter betydels ckboxstyrning Broms medprojekt hastigheten sförattutför man vill min mkommera vandlarden vvärmeoch ckboxbromsQFDhus
nteläggaför David G. Ul andetavQFD oduktegensk pp kundöns egenskaper sekundönske åda fallen är summerarm seharprodu g tgruppensbl eller nödbr radetta.Reg ska hastighe ttbehövasf tilldeladekr detresulter rstorviktpå lmans teori Dhus.QFDs kaper man s kemålen oc som anses emålenharj r en 5:a hög manpoänge ktegenskape ackboxärat omsa. Samt gulatornstyr eten lite elle örattmotve raftentillen arienhastig oväsentliga er vid lösn stårförquali ka lägga stö h dessa ger ha betydel jämförtmed gst. Slutligen enlodrättoc enförprodu ʹͳ ttdeskickar idigt skickar rhurmycket er bromsa fö erkarörelsee bromsande ghetsminskn produktege ing av kons ityfunctiond örst vikt på man ett be se för prod djustdenpro n multiplicera hfårframe kten. rininformat r projektgrup tavenergins ör fullt. Kraf energinhosM effekthosfo ing.Sebild7 enskaperhar struktionspro deployment att ta fram. tyg mellan 1 dukten. Efteoduktegensk ar man de b ttresultat.D
tioniforma ppen in ene somskaskic ftrutan omva ModuLith:en ordonetoch 7. rprojektgrup oblem, dess ochdetäre Det funger 15. Därefte r detta titta kapenochsä båda betyge Destohögre vattdeant ergi som kom ckasvidare,b andlar energ n.Bromsenä utkommerd ppenvaltatt sa teorier in ettsättattta ar på så vis r ställer man ar man på ätterettbety en med vara
resultatdes
ʹͲͲͺ
ingenvill mmer att beroende gin till en ärdendel dåenergi använda nvolverar aredapå att man n upp de hur stor ygmellan ndra och stostörre
4.3.1 Styrning
Som synes av QFD analysenär det momentet, accelerationen och effekten som fokus i första hand bör läggas på vid framtagning av styrningen. Det vill säga att momentet ska vara tillräckligt för att orkavridaruntstyrstångenochatthastighetenskavaratillräckligtsnabbsåattviintebehövervänta förlängeförattstyra.Däremotproduktegenskapeneffektinnebärattdetintefårvaraalltförmycket förluster,detvillsägaattvibörväljakomponentermedsåhögverkningsgradsommöjligt.Setabell8 nedanförattsevadprojektgruppenfickförresultatiundersökningen. Viktning Vikt Pris Momen t
Acceleration Storlek Konst.Hasti
ghet
Livslängd Effekt Robust
5 Utställningstid<1s 5 5 3 3 Fåplats 1 2 5 1 Vägalite 5 1 3 1 5 Denskaorka400kg 5 2 3 4 3 Överlastningsskydd 1 2 1 Okänsligför"väder" 4 2 2 Lågtpris 5 4 4 Snabbacc. 4 5 3 4 Högtvridmomentpåallavarv 5 5 4 Resultat: 8 10 93 55 18 35 15 63 9 Tabell8.QFDhusförstyrning 4.3.2 Broms
Som synes av QFDhuset är tillförlitligheten den absolut viktigaste punkten vilket kanske inte är så konstigtmedtankepåattdetärenbroms.Attävenbromskraftenskaräckatillochattdenskakunna drivas med 48V/10A är inte heller helt överraskande. I tabell 9 nedanför kan resultatet för QFD:n skådas.
Viktning
Vikt
Pris Storlek Livslängd Robust
Tillförlitlig 48V,10A Bromskraft 5 Bromsa600kg 1 3 4 2 5 5 Trådlösbroms 5 5 Nödbroms(strömlös) 5 3 5 Bromsasteglöst 5 3 Fåplats 1 5 1 1 1 2 1 Vägalite 5 3 1 1 2 2 Billig 1 5 1 3 2 2 Komplexitet 4 2 1 2 Resultat 12 13 28 11 10 97 35 41 Tabell9.QFDhusförbroms
ʹͳʹͲͲͺ
4.4 Befintligalösningar
NågonspecifiklösningpåprojektetsspecifikaproblemmedstyrenhetochbromsenhetpåModuLith finns ej. Inte heller har projektgruppen lyckats hitta någon befintlig lösning för automatisk styrning ellerautomatiskbromsningförensådanfyrhjulingsomfungerarsomplattformförprojektet.
4.4.1 Befintligalösningarstyrning
Trots att något liknande i denna storlek inte har hittats av projektgruppen finns det liknande lösningarpåandrahåll.Inomflygetanvändstillexempel”flybywire”tekniksomkanliknasvidden kraftöverföringprojektgruppenkommersträvaefterattbyggaupp.Detvillsägaattiett”flybywire” system har piloten ingen mekanisk kontakt mellan reglage och planets rörliga delar. Flybywire”, (2008).
Liknandeteknikkommerprojektgruppensomsagtsträvaefterattbyggauppmeddenskillnadenatt påpilotensplatskommerdetsittaenförprogrammeradkontrolldator.
4.4.2 Befintligalösningarbroms
Precis som med styrningen har inte projektgruppen lyckats hitta några befintliga lösningar i den storleksklassen som kommer krävas för ModuLith:en. Däremot finns liknande lösningar med nödbromssystem,ävendärinomflyget.
Men en ännu bättre lösning som skulle kunna fungera är hissbromsar. Hissbromsarna är elektromagnetiskabromsarsombeståravtvådelar,delsenfjädrandedelochdelsenelektromagnet. Den fjädrande delen skapar hela tiden ett tryck på någon form av broms, exempelvis bromsoken tillsammansmedenskivbroms.Förattmotverkatrycketfråndenfjädrandedelensåattbromsenkan släppas lägger man på en ström till elektromagneten som drar tillbaka den fjädrande delen. Dessa bromsar skulle då enkelt kunna fästas på bromsskivor som sätts på bakhjulen och sedan kan man varieramellan20%100%bromseffekt.
4.5 Brainstorming
Brainstormingengårtillpåsåsättattgruppmedlemmarnasättersignerochskrivernerallatänkbara förslagpålösningarsomdekankommapå.Ingalösningarärsjälvklaraochingalösningaräridiotiska. Allalösningarskavärderaslikaochsammanställasiettfunktionsträd.Funktionsträdetförstyrningen finnsattskådaibilaga”Funktionsträdförstyrning”ochfunktionsträdetförbromsenfinnsattskådai bilaga”Funktionsträdförbroms”.Funktionsträdenfungerarpåsåsättattmangrupperarlösningarna ifrånbrainstormingenochgruppernasorterasisinturefterhurdehängersammanmedvarandra.4.6 Konceptgenerering/Morfologiskmatris
Enkonceptgenereringellermorfologiskmatrissomdetävenkallasäretthjälpmedelförattväljaut fullständigalösningartillsittproblem.Detgårtillpåsåsättattmantardedellösningarsomhittades under brainstormingen och grupperar dessa efter hur de hör ihop. Sedan plockar man ihop dellösningar ur grupperingarna så att de tillsammans skapar enhelhetslösning. Detta görs tills lämpligt antal kombinationer med dellösningar valts för att lösa helhetsproblemet. Senare kommer dessaolikakombinationeravdellösningarellerrättaresagtlösningskonceptattviktasmotvarandrai basic decision matrix. De koncept projektgruppen kom fram till och den morfologiska matrisen de arbetademedfinnsatthittaibilaga”Morfologiskmatrisavstyrningen”och”Morfologiskmatrisav bromsen”.4.7 Basicdecisionmatrix
Basic decision matrix är ett moment i David G. Ullmans metodik där man tar reda på vilket av de konceptmanvaltutsomärdetmestlämpadeföruppgiften.Detfungerarpåsåsättattmanställer upp produktkraven och ger dessa poäng efter deras betydelse i förhållande till varandra. Därefter ställer man upp de olika koncepten man har valt ut. Sedan väljer man ett koncept till datum som kommerattvaraenreferenssomdeövrigajämförsmot.Plusbetyderattdetproduktkravetärbättre än referensen, minus innebär att det är sämre än referensen och noll att det är likvärdigt med referensen. Den avslutande poängräkningen går till på så sätt att man för varje plus kan tillgodose valtkonceptdepoängendetplusetmotsvararhosproduktkraven.Högstpoängsummager(beroende påhurnoggrannutvärderingengjorts)detlämpligastekonceptet.
4.7.1 Styrning
I tabell 9 går det att se att projektgruppen kom fram till att koncept 1 är det koncept gruppen ska använda sig av. Det innehåller en DC motor som ger upphov till ett moment. Därefter används en planetväxel för att öka momentet. För att överföra momentet till styrstången kommer en kuggrem att användas och slutligen för att mäta hjulvinkeln används en roterande givare. Se bilaga ”morfologiskmatrismatrisavstyrningen”förattsevaddeövrigakoncepteninnehåller.
Produktkrav Poäng Koncept1 Koncept2 Koncept3 Koncept4
Utställningstid 15 + Datum + Moment 25 Datum + Mätningavhjulvinkel 10 + Datum 0 + Användabefintligenergikälla 20 0 Datum 0 0 Storlek 10 + Datum + Vikt 2 0 Datum 0 0 Komplexitet 6 + Datum 0 Robust 3 Datum + Överlastningsskydd 9 + Datum + Summa 100 22 0 12 16 Tabell10.Morfologiskmatrisförstyrning Koncept1 Koncept3 A4 B3 C5 D2 A1 B4 C3 D3 Koncept2 Koncept4 A2 B5 C6 D3 A4 B5 C5 D2
Varför just dessa 4 koncept valdes att gå vidare med berodde på att de var relativt enkla att genomföra och att de alla kan drivas med elektricitet. Därav anledningen att hydraulisk och pneumatiskasystemenintekommed.
4.7.2 Broms
Gruppen kom fram till att koncept 4 är det lämpligaste alternativet att använda sig av. Koncept 4 innehåller trumbromsar, vajer för överföring av kraft, en linjärmotor för att erhålla en kraft och elektromagnet för pålitlig nödbroms. Men efter att ha diskuterat med Jonas Nygårds har gruppen
ʹͳʹͲͲͺ kommitframtillattanvändasigavbådekoncept4ochkoncept1.Främstförattdetärönskvärtatt ha bromskraft på alla 4 hjulen och att det inte finns någon broms på bakhjulen. Därför kommer de bakrebromsarnaattbyggasfrångrunden.Överhuvudtagetansågsdetlämpligastattanvändasigav koncept 1 då de elektromagnetiska bromsarna både är pålitliga och har en snabb responstid. Vid diskussionen kom det även fram att koncept 4 ska prioriteras på grund av att det är det minst komplexakonceptet.Koncept1kommeriandrahandochkommertroligeninteattlämnaritbordet utanenbartutvärderas.Itabell10finnsresultatetefterbeslutet.Seävenbilaga”Morfologiskmatris förbromsen”förattsevadkoncepteninnehåller.
Produktkrav Poäng Koncept1 Koncept2 Koncept3 Koncept4
Vikt 5 0 0 0 Datum Pris 10 0 Datum Storlek 10 0 0 Datum Livslängd 5 0 0 0 Datum Robust 15 0 0 Datum Tillförlitlighet 30 + 0 Datum 48V,10A 5 + + 0 Datum Bromskraft 10 0 Datum Komplexitet 10 Datum Summa 100 5 70 10 0 Tabell11.Morfologiskmatrisförbroms Koncept1 Koncept3 A8 D1 A6 B3 C3 D1 Koncept2 Koncept4 A9 C5 A7 B3 C3 D2 Dessa4konceptibromsensfallvaldesförattdeverkademestlämpliga.Projektgruppenvaldebort hydraulbromsarpågrundavattviktenblirförstor.ModuLith:enärävenbyggdförattenkeltkunna byggasommedmodulerochdetskulledåbliföromständigtattanvändasigavhydraulik.Avsamma anledning valdes pneumatiska bromsar bort. De övriga förslagen ansågs inte pålitliga eller utgjorde tillochmedriskerochansågskunnaskadaModuLith:en.
4.8 Önskvärtkoncept
4.8.1 Styrning
Konstruktionen som kan ses i bild 8 är den lösning projektgruppen har funnit för styrningen. Bild 9 visarde ingående delar projektgruppen har utvecklat. Delarna som inte ska köpas in utan tillverkas påLiTH:smaskinverkstadfinnsdetritningarpåibilaga”Ritningarförstyrning”.
Bild8.7Översiktsbildstyrning,Re75/GP81A 7 InnehållerstyrenhetenmedomkringliggandestrukturfrånModuLith:en,motorpåbildenärmaxonRe75och växelärmaxonGP81A
ʹͳʹͲͲͺ
Bild9.8Styrning,Re75/GP81A
4.8.1.1 Beskrivningavproduktensfunktion
Motorn är kopplad till en planetväxel som i sin tur är kopplad till en slirkoppling. Slirkopplingen är kopplad till ett kedjehjul som överför kraften till styrstången. Slirkopplingen agerar som överlastskydd för att planetväxeln inte ska gå sönder. Styrningen styrs av en controllerenhet och övervakas av två sensorer, en encoder som sitter direkt på motorn och en givare som sitter på styrstången. Givaren på styrstången är en absolutgivare som gör att en nollpunkt alltid kan hittas. Anledningentillatttvågivareanvändsärföratttaborteventuellaglapppåvägenmellanmotortill styrstång. Men användandet av två givare gör även att man kan se om slirkopplingen slirar. Controllerenhetenanvändssomtolkförattdatornskakunnastyraelmotorn. 4.8.1.2 Ingåendedetaljer x Motor–MaxonRe75,databladsebilaga”RE75” x Växel–MaxonGP81A,databladsebilaga”PlanetaryGearheadGP81A” x Encoder–MaxonEncHEDL5540,databladsebilaga”EncoderHEDL5540” x Slirkoppling–Mönninghoff581.21.1.1,databladsebilaga”LamellenRutschkupplung” x Kullager–SKF6004Explorerbearing,databladsebilaga”SKF” x Kedjehjul–15/D455,databladsebilaga”Kedjehjulduplex” x Kedjehjul–46/D455,databladsebilaga”Kedjehjulduplex” x Kedja–WippermannD45506B2,databladsebilaga”Rullkedjorduplex,triplex” x Controllerenhet–Epos70/10,databladsewww.maxonmotor.com 4.8.2 Broms
Bild 10 visar en överskådlig bild av den lösning som projektgruppen fann för problemet med bromsen.Vissadetaljernasomfinnsmedibild10ochalladetaljersomfinnsmedibild11finnsdet
ritningarpåibilagorna”Ritningarförbroms”.Dedetaljersomskatillverkaskommeratttillverkaspå LiTH:smaskinverkstad. Bild10.9Bromsmedställdon Bild11.10Bromsandedel 4.8.2.1 Beskrivningavproduktensfunktion Bromsenbeståravtvåseparatadelar,delsendelsomverkarpåframhjulensbefintligatrumbromsar ochdelsendelsomverkarpåbakdelensnavmotorer. Denfrämredelenbestårisinturavtvådelar,endelsomagerarsomvariabelbromsochendelsom agerarsomnödbroms.Nödbromsenbeståravenförspändfjädersomalltidverkarpåbromsvajern. Bromsvajern i sin tur är kopplad till de främre trumbromsarna. En elektromagnet är kopplad till fjädern och när den matas med ström är fjädern åtdragen ytterligare utöver förspänningen, detta medför att bromsvajern slackar och bromsning av framhjulen upphör. Bryts strömmen släpper elektromagnetenochbromsenbromsar,dettaärnödbromsfunktionen.Enlinjärmotorärkoppladtill elektromagneten och gör att fjädern kan ställas in efter hur man vill bromsa, detta är den variabla bromsen.
Den bakre delen består av bromsskivor som sitter direkt på navmotorerna. Elektromagnetiska bromsokförseddamedfjädrarsättspåbromsskivorna.Iavslagetlägepressarbromsoketsfjädrarpå bromsskivornaochnärelektromagnetenaktiverassläppsbromsningenheltellerstyrsvariabelt. 9 Bildeninnehållerfrånvänster:Linjärtställdon,elektromagnet,”bromsandedel” 10 Detsomfattasibildenärbromsvajernifråntrumbromsarnasomskafästasifjädernsvänstraände
ʹͳʹͲͲͺ 4.8.2.2 Ingåendedetaljer Främrebroms x Linjärmotor,LinakLA36,databladsebilaga”LINAK” x Fjäder,Bimex2000R26089,databladsebilaga”Verktygsfjädrar” x Elektromagnet,IslikerGT100,databladsebilaga”ISLIKERMAGNETE” Bakrebroms x Bromsskivor(avsaknadavvalförklarasi”Beräkningaravönskvärtkoncept”) x Elektromagnetetiskbromsok(avsaknadavvalförklarasi”Beräkningaravönskvärtkoncept”) x Styrenhet,elektromagnetiskabromsok(avsaknadavvalförklarasi”Beräkningaravönskvärt koncept”)
4.9 Beräkningaravönskvärtkoncept
4.9.1 StyrningProdukt Kravpåprodukt Vadproduktlevererar
Motor–MaxonRe75 Leverera 200 Nm efter
allaväxlar 120 Nm kontinuerligt, 360 Nm intermittent Växel–MaxonGP81A Tålakrafternafrånmotor Tålkrafterfrånmotor Kullager–SKF6004Explorerbearing 4500N 9950N Kedja–WippermannD45506B2 4500N Brottvid17400N Slirkoppling–Mönninghoff581.21.1.1 Sliravidca70Nm Slirarmellan0100Nm Tabell12.Jämförelsestyrning Kedjehjulentasinteuppidennakalkylpågrundavattdeklararavalltsomkedjanskaklaraav.Som synesitabell12klararallaprodukteravdekravsomställs.Kravenochproduktinformationhartagits framgenomkonsultationmedsäljareavrespektiveproduktochgenomberäkningar.Pågrundavatt beräkningarnaärrelativtsimplaväljerprojektgruppeninteattvisadessautanendastvisaresultatet. 4.9.2 Broms
Produkt Kravpåprodukt Vadproduktlevererar
Linjärmotor–LinakLA36 3000N Cirka4500N Elektromagnet–IslikerGT100 3000N 3300N Fjäder–Bimex2000R26089 Cirka100N/mm 89N/mm Tabell13.Jämförelsebroms
Kraven och produktinformation har tagits fram genom konsultation med säljare av respektive produktoch genom tester.Somsynesitabell13klararallaprodukteravkraven.Vadgällerfjädern skadenmaximaltklaraavenkraftpå3000Nvilketdenocksågör.
Vadgällerdebakrebromsarnahardetvisatsiggenomatttittaiproduktkatalogenattdebromsskivor som verkar lämpligast för respektive bromsok kommer vara i samma dimension som bakdäcken själva.Dettaärinterimligtochdärförharprojektgruppenvaltattskrotaidénmedelektromagnetiska bromsarbak.
4.10 Efterkonsultationvaltkoncept
4.10.1 StyrningRe40
Bild12och13visarlösningenefterkonsultationmedbeställare.Bildernaskiljersigifrånbild8och9 så tillvida att en annan motor och en annan planetväxel används. Infästningen för den nya planetväxelnärocksåannorlunda.Ritningarförföljandekonceptfinnsatthittaibilaga”Ritningarför styrning”. Bild12.11Översiktsbildstyrning,Re40/GP52C 11 Skillnadenjämförtmedönskvärtkonceptärdenmindremotorn,maxonRe40ochdenmindreväxellådan, maxonGP52C.Detsomfattaspåbildenärattrappensomskavaraiställetförslirkopplingen,denfinnsattskåda ibilaga”Ritningarförstyrning”
ʹͳʹͲͲͺ
Bild13.Styrenhet,Re40/GP52C
4.10.1.1 Beskrivningavproduktensfunktion
På grund avleveransproblem medslirkopplingen och motor Re75 medväxelGP81A såkommer ett preliminärt koncept med en mindre motor, maxon Re40 med växel GP52C att beställas i samband medbeställningavmotorRe75.Provisoriskt,iställetförenslirkoppling,kommerenstelattrappatt fästas mellan planetväxel och kedjehjul. I övrigt kommer styrenheten fungera på samma sätt som tidigarekoncept.
Re40 motorn kommer leverera cirka12300W periodvis och cirka 150W kontinuerligt. Detta är inte teoretiskt tillräckligt för att kunna köra i terräng men det kommer förhoppningsvis räcka för att kunnagenomförademonstrationen,somärprioritetett. 4.10.1.2 Ingåendedetaljer x Motor–MaxonRe40,databladsebilaga”RE40” x Växel–MaxonGP52C,databladsebilaga”PlanetaryGearheadGP52C” x Encoder–MaxonEncHEDL5540,databladsebilaga”EncoderHEDL5540” x Kullager–SKF6004Explorerbearing,databladsebilaga”SKF” x Kedjehjul–15/D455,databladsebilaga”Kedjehjulduplex” x Kedjehjul–46/D455,databladsebilaga”Kedjehjulduplex” x Kedja–WippermannD45506B2,databladsebilaga”Rullkedjorduplex,triplex” x Controllerenhet–Epos70/10,databladsewww.maxonmotor.com 4.10.2 StyrningRe75 Förbilderse”Önskvärtkoncept” 12
4.10.2.1 Beskrivningavproduktensfunktion
Efterhand som delarna kommer hem kommer konceptet med den större Re75 motorn med GP81A växelattanvändasiställetfördetpreliminärakonceptet.
Iövrigtgällersammasakerfördethärkonceptetsomfördetönskvärdakonceptetmedskillnadenatt enattrappkommerattanvändasiställetförslirkopplingen. Ritningarförattrappenfinns attskåda i bilaga”Ritningarförstyrningen” 4.10.2.2 Ingåendedetaljer Se”Önskvärtkoncept” 4.10.3 Broms Bild14.13Nödbroms Bild15.14Bromsandedel 4.10.3.1 Beskrivningavproduktensfunktion
Som det beskrevs i beräkningarna kommer konceptet för de bakre bromsarna inte att byggas. På grund av problem med långa leveranstider för linjärmotorn kommer ett koncept utan en sådan att göras för frambromsarna. Det fungerar i princip på samma sätt som konceptet med linjärmotorn
13 Kortarebottenplattajämförtmedönskvärtkonceptkommeranvändas 14 Sammabromsandedelsomiönskvärtkonceptmenenskruvkommersättastillhögervilketgörattfjädern kanspännas
ʹͳʹͲͲͺ meddenskillnadenattelektromagnetenkommerattdästasdärlinjärmotornannarshadesuttit,och låsasipositionmedenegenställning.Påsåsättkommerennödbromsfunktionfortfarandeuppnås. Ritningarföringåendedetaljerfinnsattskådaibilaga”Ritningarförbroms” 4.10.3.2 Ingåendedetaljer x Fjäder,Bimex2000R26089,databladsebilaga”Verktygsfjädrar” x Elektromagnet,IslikerGT100,databladsebilaga”ISLIKERMAGNETE”
5
Efterstudie
5.1 Tidsåtgång
Projektet har pågått under en 10 veckors period. Projektgruppen har planerat att de första två veckorna ska gå till planering, Blackbox och QFD. Sedan ska vecka 34 användas för att ta fram koncept.Vecka56användstillatttaframritningarförverkstaden.Vecka78ärtänktattverkstan ska använda för att tillverka de olika detaljerna och då ska projektgruppen kunna assistera vid eventuella frågor. Vecka 910 är planerat att använda till rapportskrivning. I det stora hela har planeringen följts med skillnaden att under vecka 78 har projektgruppen ägnat sig åt rapportskrivning.
5.1.1 Arbetsfördelning
Arbetsfördelningenitimmarblevtillslutungefärlikavilketvarmålet.Störstaansvaretavmotorntog Sebastian hand om vilket var bäst eftersom Nichlas kom in en vecka senare i projektarbetet. EftersomvivissteattleveranstidenpåmotornvarlångsåskeddedetmomentetibörjandåNichlas inte var med. Annars så har fördelningen varit jämn, Nichlas tog största ansvaret för ritningarna medansSebastianansvaradeförkontaktenmeddeutomståendeparterna.Iövrigtkanfördelningen ses i bilaga ”tidsredovisning för Nichlas Gustafsson” och bilaga ”tidsredovisning för Sebastian Attervall”. 5.1.2 Tidsåtgång Projektgruppenharplaneratarbetetenligttidsplanenibilaga”planering”ochinedanståendetabell 14kanmansehurplaneradtidochanvändtidärfördeladmellanvarandra.Detimmarsomfinnsi tabellenärbådagruppmedlemmarstimmar.Ifasenföresermanattgruppenharlagtutmindretid änvadsomvarplaneratvilketkanberopåattgruppenharfåttbrariktlinjerpåvadsomskagöras. Underfasen anser projektgruppen att den har varit bra planerad. Varför efterfasen ser ut som den gör beror till största del att projektgruppen har dokumenterat lite för dåligt vilket leder till att gruppen har fått gå tillbaka och undersökt vad de har gjort tidigare sedan har projektgruppen underskattathurmycketsombehövergöras.
Fas Planeradtid(h) Användtid(h)
Före 78 28 Under 376 335 Efter 186 223 Tabell14.Tidsåtgång
5.2 Analysavarbeteochproblem
Projektarbetetharfungeratrelativtlindrigt.Ettproblemsomvargemensamtbådeförstyrningenoch för bromsen var att projektgruppen dokumenterade alldeles för dåligt. Detta ledde till att antal timmarsomvartänktattläggasnerpårapportskrivningenökade.Varfördettahändekanberopåatt projektgruppenharhaftförlitekunskapomhurviktigtdetärattdokumentera. 5.2.1 Styrning DeproblemförstyrningensomprojektgruppenstöttepåvarutrymmesproblemförDCmotornoch planetväxel.Problemetuppstodpågrundavattprojektgruppenunderskattadehurstormotornoch planetväxelnblev.DettakundehaundgåttsomprojektgruppenhademättochritatuppmiljöniCAD frånstart.Andraproblemsomuppkomförstyrningenvarmomentöverföringen.Tankenfrånbörjan ʹͳʹͲͲͺ varattanvändakuggremsdriftmenefterattprojektgruppenhaderäknatpåkrafternavisadedetsig att krafterna i remmen blev för stora så att remmen hade blivit för bred (100 mm). Istället valdes kedjasomöverföringavkraften.Tackvaredettavalblirmonteringendessutomenklareförattman intebehöverefterspännaochattkedjelängdenärenkelattanpassa.
5.2.2 Broms
Störstaproblemetmedbromsensomprojektgruppenstöttepåvarleveranstiderna.Dettaproblemär svårt att undvika för att examensarbetet bara sträcker sig över en 10 veckors period. Ett annat problem var hur man skulle konstruera en bakbroms på det begränsade utrymmet. Det projektgruppen helst ville använda sig av var elektromagnetiska bromsar men efter att projektgruppen utrett det konceptet visade det sig att de flesta elektromagnetiska bromsar bygger på att det är en axel som ska bromsas och i det här fallet är denna axel stum eftersom det är navmotorerpåModuLith:en.Sedanfannprojektgruppenattmankundeanvändasigavskivbromsar medelektromagnetiskabromsokmendeskivbromsarnaskullevaraminst300mmidiametervilketär alldelesförstort.
5.3 Måluppfyllelse
Sekravspecifikationenförattsevilkakravsomställdespåprojektet. Deflestamålenfrånkravspecifikationenharuppfyllts,desomdockinteharlyckatsattuppnåsäratt konstruktionenskatålaväta.Pågrundavtidsbristharprojektgruppenintehunnittaframettkoncept där konstruktionen är skyddad från väder och vind. Ytterligare ett krav som inte har uppnåtts eller snararekandiskuterasomdetharuppnåttsärkravetattkonstruktionenskavaraenkel.Givetviskan enbådeenklareochbättrekonstruktionalltidhittasmenhuvudmåletvaratthittaenlösningochdet harvilyckatsmed.5.3.1 Vadsomuppnåtts
Teoretiskt underlag för en styrenhet och en broms har tagits fram precis som önskat. På grund av leveransproblem och kravet att en demonstration ska genomföras den 4e juni 2008 har alternativa lösningar även tagits fram som kan levereras lagom till demonstrationen. Projektgruppen är nöjd med resultatet som har levererats men önskar ändå att tid hade funnits för att få fullfölja de önskvärdakoncepten.
6
Diskussion
Viharuppfylltdekravsomharställtsifrånbeställareochärnöjdamedresultatet.Mertidhadedock varitönskvärtsåatttesterochen15DFManalyshadefåttgenomföras.Ävenommångaproblemhar stöttspåundertidenhardeflestalyckatslösasrelativtenkelt.IannatfallharpersonalpåLiTHoch säljarevarithjälpsamma.Viharävenfåttutnyttjadekunskapervianammatunderdehärtreårenpå maskiningenjörsutbildningenpåLiTH.Arbetsuppdelningen har fungerat mycket bra och vi har båda varit lika delaktiga i alla delar. Den uppdelningsomharvaritdockärattNichlasharjobbatlitemermedCADritningarochägnatmycket mertidpåplaneringochtidsredovisningmedanSebastianharhaftlitemerkontaktmedsäljare.Som teamharvikompletteratvarandramycketbra,vivetvartviharvarandrahelatidenochdetharvarit mångapositivakonfliktersomharletttillbättrelösningar.Helaprojektarbetetharvaritenfröjdatt fågenomföra.
6.1 Detreviktigasteerfarenheterna
x Läggnermycketförarbeteinnankontakttasmedsäljare x Görennoggrannplaneringochföljden x GodakunskaperiCADäroumbärligt6.2 Godarådtilldesomskautföraettliknandeprojekt
x Varvälplaneradeochorganiserade x Läggnermyckettidpåatthittalösningarpåliknandeproblem x Setillattvaravälinskoladomproblemetinnanutomståendehjälpinkallas x Dubbelkollaallaresultat x Hittaförstenlösningochletasedanoptimeradlösning x UtnyttjaCADsåmycketdetbaragår x Dokumenteranoggrantunderprojektetsgång6.3 Förbättringar
Produkternasomvihartagitframärlångtfrånoptimerade.Detfinnsmångaställendärbådeenklare och billigare lösningar kan göras. Till vårt försvar får vi säga att tiden var knapp för att finna optimeradelösningar.Mensomdetstårikravspecifikationenvardetiförstahandlösningarviskulle finna och inte optimerade lösningar. Men de främsta förbättringarna som kan göras är att dels minska antalet delar till bromsenheten och även minska storleken på den variabla delen av bromsenheten.Ävennågotsominteärendirektförbättringpådebefintligalösningarnaärattdetvoreönskvärtatt finna en lösning som inte använder de befintliga trumbromsarna. Utan en helt ny lösning där den bromsande effekten är direktverkande på bromsen så man slipper problemet med förluster i till exempelbromsvajernsomivårtfallgerenvissfördröjningpåbromsningen.
15
DFMstårförDesignForManufacturingochinnebärattmanförsökerminskaantaletingåendekomponenter tillminimaltantalmöjliga
ʹͳʹͲͲͺ
