Examensarbete, 15 hp
Högskoleingenjörsprogrammet i maskinteknik, 180 hp
Vt 2019
PRODUKTUTVECKLING AV REPINFÄSTNING
TILL MARINA FÖRANKRINGAR
Product development of rope attachment for marine mooring
systems
Jonas Carlsson
i
Förord
Detta examensarbete på 15 hp har genomförts VT 2019 åt företaget Seaflex AB.
Jag vill tacka min handledare Martin Lantto på Seaflex AB för mycket bra vägledning, alltid snabb återkoppling och chansen att få vara med och bidra till ett av marknadens ledande företag. Jag vill också tacka min handledare Staffan Grundberg på Umeå Universitet, Institutionen för teknisk fysik och elektronik.
Jonas Carlsson, 21 maj 2019, Umeå.
ii
Sammanfattning
Detta examensarbete kallat ”Produktutveckling av repinfästning för marina förankringar” är utfört i samarbete med Seaflex AB. Det är en produktutveckling av en redan existerande komponent i företagets produktutbud. Företaget som riktar sig mot marina förankringar med flexibilitet och hållbarhet letar efter ett mer effektivt sätt att förankra repen i den flytande applikationen utan att kompromissa produktens tillförlitlighet.
I överenskommelse med handledare vid Seaflex AB bestämdes det att ta fram ett verktyg
applicerbart vid den nuvarande rep-infästningen efter att flera olika koncept lagts fram. Ritningar på ett verktygskoncept med hjälp av 3D CAD som skulle vara lätt att flytta mellan de olika rep- infästningarna. Verktyget var byggt på två klaffar som kan rotera på axlar stött av en ramkloss på vardera sida. För att kunna dimensionera klaffarna i verktyget utfördes i en dragprovsmaskin ett tryckprov över repet för att se hur repet uppförde sig när det blev utsatt av en viss last.
En prototyp på verktyget togs fram och tillverkades som en funktionsprotyp anpassad för en dragprovsmaskin för att verifiera att konceptet fungerar. Funktionsprototypen kunde på grund av material inte tåla lika stora belastningar som konceptets ordinarie konstruktion och fick därför köras med andra dimensioner. Dragprovet på funktionsprototypen kördes i flera test med olika dimensioner och resultaten indikerade att funktionen och konceptet fungerar och vid korrekt dimensioner klarar att uppfylla kraven ställda i kravspecifikationen. Under tiden som konceptet togs fram och testades gjordes förbättringar på konstruktionen vilket resulterade till ett andra koncept. Den största skillnaden är att istället för att använda två klaffar som låser repet används nu bara en för att förenkla arbetet ytterligare samt minska på antal lösa delar i verktyget.
Om detta koncept tas i bruk kommer man att spara arbetstid och få en effektivare installation och dessutom kunna sälja verktyget till kunder där kunden själv installerar produkterna. Jag skulle rekommendera att gå vidare med konceptet enkelklaff då denna har en stabilare
permanent rep-infästning, mindre lösa delar och förmodligen mer lättarbetat under installation.
iii
Abstract
This bachelor thesis called “Product development of rope attachment for marine mooring systems” is done in cooperation with Seaflex AB and is a product development of an already existing component in the company product range. The company who mainly targets mooring systems in marinas with flexibility and sustainability. They are looking for a more efficient way of attaching rope in the marina without compromising the products reliability.
In agreement with the project supervisor at Seaflex AB the decision after presenting different concepts went towards a development of a tool that applies to the rope attachment. A concept in Solid Works 3D was created along with blueprints for a tool that was going to be easy to move from different rope attachments. The tool consists of two flaps that can rotate on axles
supported by two frame blocks, one on each side of the rope attachment. To be able to get the dimensions necessary for blueprints of the wings a pressure test was done on the rope in a tensile testing machine. From this extracted data there is a coalition between force and how much the rope is pressed together.
A function prototype adapted for the tensile testing machine was made to verify that the concept would work. The function prototype had to be tested with different dimensions than the concept blueprints. The tensile testing on the function prototype was run in two different tests with different dimensions and showed results indicating that the function of the concept was working and with the correct dimensions could live up to the specifications set for the project. During the manufacturing and testing of the function prototype there was improvements being done and resulted in a second concept. The biggest difference to this new concept is that instead of using two wings to lock the rope there is only one, this to improve working with the concept tool and having fewer lose parts.
If one of these concepts is being put to work in the future, there will be improved installation time and more efficient installation on site. The product can also be sold to customers who choose to install the mooring systems themselves. I would recommend for further work on this project to proceed with the mono wing. This because of the more solid permanent rope attachment, less parts and probably easier to work with during installation.
iv
Innehållsförteckning
1. Inledning ... 1
1.1 Bakgrund med kortfattad presentation av företaget/organisationen... 1
1.2 Syfte och problemställning ... 1
1.3 Mål ... 2
1.4 Avgränsningar ... 2
2. Teori ... 3
2.1 Tidigare arbeten ... 3
2.2 Nuvarande komponent ... 3
2.3 Dragprovsmaskin ... 4
2.4 3D-CAD ... 4
2.5 Beräkningar för koncept ... 4
3. Metod ... 5
3.1 Nutidsanalys ... 5
3.2 Genomförande ... 5
3.3 Tillverkning av prototyp ... 5
3.4 Experiment ... 5
3.5 Design ... 6
4. Resultat ... 6
4.1 Koncept dubbelklaff (dual wing) ... 6
4.2 Koncept enkelklaff (mono wing) ... 7
4.3 Funktionsprototyp... 8
4.4 Resultat från dragprov ... 10
5. Diskussion ... 12
5.1 Arbetet ... 12
5.2 Koncept dubbelklaff ... 12
5.3 Koncept enkelklaff ... 12
5.4 Funktionsprototyp... 12
6. Slutsats och framtid ... 13
6.1. Slutsats ... 13
6.2 Framtida arbeten... 13
Referenser ... 14 Bilagor ... B1 Dual Wing Installation Manual ... B9 Mono Wing Installation Manual... B14
1
1. Inledning
Inledningen redogör för bakgrunden till arbetet, syftet med det och problemställningen man har gjort. Målen är beskrivna och tydliga avgränsningar för arbetet är satta.
1.1 Bakgrund med kortfattad presentation av företaget/organisationen
Seaflex AB jobbar med förankring av flytande applikationer. Förankringen består av en Seaflex enhet som hanterar vattenvariationer och horisontella krafter. För att koppla samman enheten till ankare och flytande struktur används rep, se figur 1. Vid montering av förankringen infästs repet från objektet med en bestämd förspänning med hjälp av en vinsch eller dylikt. För att säkra repet och enhetens förspänning använder Seaflex AB en rep-förankring (Rope Attachment), se figur 2. Modulen rep-förankring klämmer repet så att förspänningen i enheten bibehålles och repet kan slackas på ovansidan. För att försäkra sig om att repet inte ska kunna röra sig i modulen förs en splint genom repet och låser det.
1.2 Syfte och problemställning
Funktionen med nuvarande rep-infästning fungerar och har fungerat under lång tid men är vid stora belastningar svårjobbad och kan ibland ta mycket tid och arbete för att fungera. Ett stort problem är också att få rätt förspänning i enheten från början då det är en komplicerad process att hitta rätt position för den flytande applikationen som ska förankras givet att denna flyter på vatten och man installerar en enhet i taget. Detta gör att det kan bli en utdragen process på grund av att man kan behöva lossa, spänna om och säkra repet mer än en gång. I figur 3 kan man se hur den flytande applikationen spänns fast i botten enligt Seaflex AB modell. Syftet med projektet är att genom innovativa lösningar bidra till att Seaflex AB kan förbättra sin produkt och på så vis fortsätta mot sin vision om att bli det primära valet inom marina förankringar.
Figur 3, Seaflex-förankring konceptanimation sett från botten.
Figur 2, Rep-infästning (Rope Attachment).
Figur 1, Pontom med rep, repskydd (chafe guard) och repinfästning (Rope Attachment).
2
1.3 Mål
Arbeta fram en hållbar lösning för rep-infästning som förenklar och förkortar arbetstiden vid installation och kan säkerställa att förspänningen i enheterna förblir oförändrad.
Att kunna vidareutveckla befintlig produkt eller hitta en ny typ av lösning. Att kunna ta fram en modell med ritningar i 3D-CAD, en prototyp för test och utvärdering samt en enkel manual för installation.
1.4 Avgränsningar
Ta fram en ny eller utveckla befintlig komponent rep-infästning så att denna del av installationsprocessen blir mer effektiv och hanterbar. Konstruktionen ska hantera olika
dimensioner på rep samt ankarbrunnar. Konstruktionen ska även klara en belastning på 100 000 Newton då man inte vill överdimensionera och överbelasta seaflex-enhetens ”bypass” (den komponent i seaflex-enheten som skyddar mot överbelastning) som klarar belastningar 150 000 Newton. Lösningen ska vara ekonomiskt försvarbar. Underlag för den nya produkten i 3D-CAD med ritningar och en tillhörande prototyp som kan testas och utvärderas. En enkel
installationsguide ska tas fram. Figur 4 visar en gemensamt framtagen kravspecifikation från Seaflex AB.
Figur, 4 Kravspecifikation Rep-förankring.
3
2. Teori
Avsnittet teori behandlas tidigare vetskap inom området, vilka verktyg som använts och beräkningar som gjorts för att genomföra arbetet.
2.1 Tidigare arbeten
Det har gjorts ett tidigare arbete med en liknande typ av låsningsfunktion. Detta var ett test inom företaget som inte har rapporterats eller loggats några data att utgå från. Seaflex AB påstod att repet utsatts för högre påfrestningar än materialet i repet klarar och repet har därför påverkats negativt. Prototypen fanns att tillgå och var konstruerad med en roterande klaff där radien ökar exponentiellt tills att repet inte har något utrymme kvar.
2.2 Nuvarande komponent
Den nuvarande komponenten rep-infästning är designad utifrån att klara belastningarna genererat från seaflex-enheten inkluderat en förbikoppling (en komponent i enheten som motverkar överbelastning av fjädringsgummit). Vid installation av repinfästningen håller friktionen från u-balkarna tillsammans med trycket från skruvförbanden belastningen under en tid innan repet smiter igenom och större delen av lasten tas upp av splinten. Splinten är designad för att klara av att hålla belastningarna genererat i repet samt förbikopplingen. Skruvförband av modell M12, 8.8 som används i komponenten har sträckgräns vid en axiell kraft vid 53 900 Newton [1]. Seaflex-enheten har en kraft på 5000 Newton (se Bilaga B1-B6) med en förbikoppling som motverkar översträckning upp till en kraft av 150 000 Newton (se Bilaga B7). Repet som används vid denna typ av förtöjning är 32 mm i diameter och klarar en belastning av 180 000 Newton (se Bilaga B8).
Dom två skruvförbanden genererar tillsammans en kraft som u-balkarna pressas samman radiellt över repet vid åtdragning. Se figur 5.
𝐹𝐹 𝑥𝑥 2 = 𝐹𝐹𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 F = Kraft (Newton)
𝐹𝐹𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 = Total kraft (Newton)
Figur 5, nuvarande komponent med skruvförband åtdraget kring 32 mm rep.
(1)
4 U-balkarnas anläggningsyta över repet beräknas med repets diameter multiplicerat med u- balkarnas höjd.
𝑑𝑑 𝑥𝑥 ℎ𝑢𝑢−𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏= 𝐴𝐴𝑛𝑛𝑢𝑢 d = diameter på repet (mm)
ℎ𝑢𝑢−𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏 = höjden på u-balk (mm)
𝐴𝐴𝑛𝑛𝑢𝑢 = anläggningsarea mot rep (𝑚𝑚𝑚𝑚2)
Trycket över repet blir den totala kraften genererat av skruvförbanden delat på ytan där repet vidrör u-balkarna.
𝐹𝐹 𝐴𝐴𝑛𝑛𝑢𝑢= 𝑃𝑃 P = Tryck över repet (megapascal, MPa)
2.3 Dragprovsmaskin
Mekanisk låsning av repet är att använda kraften i repet genererat av seaflex-enheten för att mekaniskt låsa fast det. För att ta fram data på ett nytt koncept baserat på mekanisk låsning användes en dragprovsmaskin av modell Shimadzu AG-X Plus. Maskinen plottar grafer för dragprovet och vi kan olika dimensionering av prototypen se på hur mycket belastning komponenten klarar att låsa repet. Maskinen ägs av Umeå Universitet, Institutionen för Tillämpad Fysik och Elektronik. Den klarar belastningar upp till 100 000 Newton [1].
2.4 3D-CAD
Programmet som används för 3D-CAD ritningar är Solid Works och tillhandahålls av Umeå Universitet. I Solid Works görs 3D-modeller och 2D-ritningar för enskilda delar av modellerna.
Programmet har även en funktion där man kan simulera pålagda krafter på delarna i modellen.
2.5 Beräkningar för koncept
Konceptet bygger på samma sätt som nuvarande komponents sätt att hålla i repet. När en tillräcklig kraft applicerat radiellt över repet kombinerat med axiell friktion kan komponenten hålla repet tills att säkerhetssplinten förts genom för att skapa en permanent låsning. För att generera samma tryck över repet gjordes följande beräkningar med hjälp av beräkningar från nuvarande komponent.
Konceptets anläggningsyta mot repet beräknas på klaffarnas area på toppen.
ℎ𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑥𝑥 𝑑𝑑 = 𝐴𝐴𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑘𝑘𝑘𝑘 ℎ𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑘𝑘𝑘𝑘 = höjd på klaff (mm)
𝐴𝐴𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑘𝑘𝑘𝑘 = Area på klafftopp (𝑚𝑚𝑚𝑚2)
För att se vilken kraft över repet radiellt som genereras med konceptets anläggningsarea mot repet beräknas trycket multiplicerat med Arean för klafftoppen.
𝑃𝑃 𝑥𝑥 𝐴𝐴𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑘𝑘𝑘𝑘 = 𝐹𝐹𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑘𝑘𝑘𝑘
𝐹𝐹𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑘𝑘𝑘𝑘 = Kraften mot repet radiellt från klaffen (Newton)
Samtliga formler i teoriavsnittet återfinnes i Karl Björks formelsamling[2].
(2)
(3)
(4)
(5)
5
3. Metod
Detta avsnitt redogör för hur arbetet har planerats, hur det har genomförts och vad som genomförts.
3.1 Nutidsanalys
Projektet inleddes med en mindre förstudie som omfattades av att samla in information om hur företaget installerade denna specifika produkt. Vilka typer av produkter som konceptet skulle appliceras på, vilka restriktioner i fråga om dimensioner nya konceptmodellen var tvungen att anpassas till samt vilka metoder som inte var applicerbara på rep vid dessa krafter.
3.2 Genomförande
Projektet började med att skissa på idéer samtidigt som en nutidsanalys genomfördes för att förankra idéerna i realistiska avgränsningar och hitta ett hållbart koncept. Möten med
handledare från Seaflex AB skedde regelbundet för att hitta nya idéer och skrota dom som inte skulle fungera. Möten var också till för att se projektet fortgick samt hitta värdefull information om komponenter och förutsättningar. När en idé på ett koncept var etablerad togs några modeller fram i 3D-CAD med ritningar. En färdig modell var redo att sättas till test men på grund av kostsamt material bestämdes att en funktionsprototyp med samma dimensioner i enklare material skulle tillverkas för att testas och få data i dragprovsmaskinen. Testerna genomfördes och nödvändiga data kunde sparas. Under testernas gång kunde konceptet utvecklas. En manual för hur installation av konceptet skulle utföras etablerades. I figur 6 kan man se hur projektet var planerat att fortlöpa.
Figur 6, tidsplan för projektet rep-förtöjningen.
3.3 Tillverkning av prototyp
Prototypen tillverkades i maskinhallen på Umeå Universitet, Institutionen för Teknisk fysik och Elektronik som har funnits till förfogande under arbetet. Prototypen valdes att göras till en funktionsprototyp av enklare medel. Detta av den anledning att konceptet behövde
funktionstestas och resultaten utvärderas. Tillsammans med min handledare vid Seaflex AB ansåg vi att inköp av partier med material för relativt mycket pengar var obefogat innan
funktionaliteten hos konceptet visat på resultat. Funktionsprototypen bestod i grunden av 45 x 45 mm fyrkantsrör som kapades i rätt dimensioner, borrades och svetsades samman för att efterlikna ritningarna på konceptet dubbelklaff. Ytterligare delar svetsades på för att anpassa funktionsprototypen efter en dragprovsmaskin.
3.4 Experiment
Experimenten utfördes i dragprovsmaskin. Det första experimentet var att testa repets radiella motstånd mot deformation i ett tryckprov. Detta för att se vilken kraft som krävdes för att trycka ihop repet och se vilka dimensioner som krävdes av konceptmodellen för att generera samma tryck över repet som nuvarande komponent. Andra delen av experiment utfördes med hjälp av ett dragprov, i detta fall på funktionsprototypen som blivit tillverkad efter konceptmodellens dimensioner. Detta test utfördes för att kunna se hur den mekaniska låsningsfunktionen av
6 klaffarna klarade att hålla repets kraft axiellt genererat av dragprovsmaskinen. Detta test
genomfördes vid två tillfällen med olika dimensioner på klaffarna för att se skillnaden i kraft i låsfunktionen.
3.5 Design
Konceptdesignen utgick från funktionsskissen av den idé som valts. Dimensionerna av
konceptmodellen begränsades till minimala förändringar av nuvarande komponent och styrdes i hög grad från de krafter som påverkar delarna vid låst läge. Det var också viktigt att tänka på att konceptet skulle vara ekonomiskt försvarbart vilket innebär en låg tillverkningskostnad och väldigt minimalistisk design. Utöver det så skulle det vara en lätthanterlig produkt för snabb installation och för kunder som inte väljer att anlita Seaflex AB för installation. Viktigt för
låsningen av repet var att inte överbelasta repet och få negativa resultat på hållfastheten liksom i tidigare arbeten.
4. Resultat
Avsnittet resultat kommer behandla de resultat och data som arbetet har genererat för framtagning av nya koncept, funktionsprototypens slutgiltiga utformning och vilka data denna genererat med hjälp av test i dragprovsmaskin.
4.1 Koncept dubbelklaff (dual wing)
Det första konceptet som togs fram var en mekaniskt självlåsande konstruktion och ett verktyg för att låsa repet, se figur 7 och 8. Verktyget appliceras runt den nuvarande lösningen med u- balkarna och säkerhetssplinten med viss modifikation och dessa blir då den permanenta komponenten efter rätt förspänning i seaflex-enheten och position på marinan uppnåtts. Detta verktyg består av två låsklaffar med tillhörande axlar, två ramklossar, två klaffstoppsaxlar och två styrverktyg. När repet dras i nedåtgående riktning med hjälp av kraften i seaflex-enheten löper klaffarna med i nedåtgående riktning och på grund av dimensioner mellan klaffarna mindre än repets diameter uppstår ett tryck på repet och en axiell friktion. Klaffstoppsaxlarna verkar dels som styrpinnar för u-balkarna då skruvförbanden från den nuvarande lösningen ej kan installeras förrän efter verktyget avlägsnats. De verkar också som stopp för klaffarna när de uppnått
horisontal position och maximalt tryck över repet.
Figur 7, Imploderad vy av koncept dubbelklaff med permanent rep-infästning.
7
Figur 8, Exploderad vy av koncept dubbelklaff med permanent rep-infästning.
4.2 Koncept enkelklaff (mono wing)
Precis som konceptet för dubbelklaff är konceptet med enkelklaff ett verktyg som appliceras på en permanent rep-infästning. Vid detta koncept krävdes fler modifikationer på den permanenta rep-infästning då u-balkarna svetsas samman i en av gavlarna för att verka som sekundär trycksida om repet, se figur 9 och 10. Verktyget kräver istället endast en klaff med en
klaffstoppsaxel samt ett styrverktyg till skillnad från koncept dubbelklaff. Istället får man en del i komponenten som agerar motkloss för trycket som uppstår i klaffen och ramdelarna. Denna motkloss kan vid önskan bytas ut mot andra dimensioner för att verktyget ska passa fler dimensioner på rep.
Figur 9, koncept enkelklaff i imploderad vy med permanent rep-infästning.
8
Figur 10, koncept enkelklaff exploderad vy med permanent rep-infästning.
4.3 Funktionsprototyp
Funktionsprototypen tillverkades med dimensioner enligt ritningarna från koncept dubbelklaff, se figur 11. Materialet bestod av fyrkantsrör i stål och M12 bultar som agerar axlar. Materialet i funktionsprototypen har inte samma hållfasthet som konceptmodellen och därför
dimensionerades klaffarna med större spel. Dimensionen var 14 mm spel mellan klaffarna vid horisontellt läge i första testet. Inför dragprovstest modifierades prototypen för att kunna monteras i maskinen, se figur 12. Vid det första testet svetsades klaffstoppen fast på ovansidan av klaffarna för att förenkla funktionsprototypen. Klaffstoppen var svaga och gav vika, nya klaffstopp svetsades dit för vidare test. Andra testet med nya klaffstopp höll för belastningen.
Testet i dragproven kördes med en hastighet på 5 mm/minut och funktionsprototypen klarade att låsa repet upp till en belastning av 4500 newton med 14 mm spel. Vid tredje testet svetsades material på över klafftopparna för att minska spelet i horisontalt läge till 12 mm och öka trycket radiellt över repet. Tredje testet kördes med samma hastighet som tidigare test och klarade att låsa repet till en belastning av 14 500 newton. I grafen (se Figur 14) kan man se när varje klaff kommer i horisontalt läge och ökar kraften axiellt i repet. Trycket över repet vid 14 mm och 12 mm spel mellan klaffarna beräknas till 8,6 MPa respektive 21,5 MPa. Dessa resultat motsvarar ca 20,4 % respektive 51 % av trycket genererat från två M12 skruvförband i nuvarande komponent som beräknas till 42,1 MPa. Sammanställning av resultat och beräkningar (se Tabell 1) visas i avsnitt testdata. Repet visade efter avslutade tester inga tecken på stora skador.
9
Figur 11, Funktionsprototyp utan anpassning för dragprovmaskin samt utan klafftoppsgrepp. Konceptverktyget omsluter den aktuella permanenta rep-infästningen.
Figur 12, funktionsprototyp anpassad och installerad i dragprovmaskin. Konstruktionen i botten är tillverkad för att hålla fast repet och skapa motstånd för funktionsprototypen. Funktionsprototypen har här installerade klafftoppsgrepp.
10
4.4 Resultat från dragprov
Första dragprovstestet var ett trycktest över de 32 mm rep som används vid installation. Repet placerades mellan de två u-balkar från nuvarande komponent och trycktes sedan ihop med hjälp av dragprovsmaskinen. Startvärdet 0 i grafen är 16 mm spel mellan u-balkarna i testanordningen och spelet minskar sedan enligt x-axelns värde i grafen. Detta test visar hur repets dimension, utformning och material reagerar på en last radiellt över repet enligt figur 13.
Figur 13, Trycktest av rep diameter 32 mm. Startvärde 0 i grafen var 16 mm i spel i komponenten.
Första dragprovstestet (se figur 14) av funktionsprototypen vid 14 mm spel mellan klaffarna vilket enligt tabell 1 motsvarar 20,4 % av maxtryck över rep i nuvarande komponent.
Figur 14, Genomkörning av 14 mm klaffspel i en hastighet av 5 mm per minut. Max låsning uppgick till 4500 newton.
11 Andra dragprovstestet vid 12 mm spel mellan klaffarna vilket enligt tabell 1 motsvarar 51 % av maxtryck över rep i nuvarande komponent.
Figur 15, genomkörning av 12 mm klaffspel i en hastighet av 5 mm per minut. Max låsning uppgick till 14 500 newton.
Data från det första testet visar att vid 12 mm spel mellan klaffarna motsvarar en kraft radiellt över repet med 55 000 newton i nuvarande komponent. Det värdet läses av i graf (se Figur 13).
På grund av den mindre angreppsarean i koncepten skulle den teoretiska kraften i
funktionsprototypen uppgå till 27 500 newton. Trycket över repet är densamma men på grund av den mindre arean minskar kraften i komponenten. Mindre anläggningsarea resulterar även i mindre axiell friktion i repet.
Tabell 1, beräkningar och testdata för koncept.
12
5. Diskussion
Diskussionen redogör för vad man lärt sig av arbetet och vilka förändringar man skulle kunna ha gjort. Även om vilka för och nackdelar de olika koncepten man tagit fram har och hur det gick med testerna av funktionsprototypen.
5.1 Arbetet
Jag skulle vilja säga att arbetet har gått bra även om det tog lite tid att komma igång med projektet. Det är svårt att påbörja ett moment i projektplanen innan man kommit på en idé som sannolikt skulle fungera och är hållbar. Samarbetet med handledare på Seaflex AB har fungerat mycket bra och jag har fått den vägledning och information som har behövts. Jag kunde ha strukturerat upp arbetet något bättre och haft lite mer framförhållning och kontrollerat till exempel materialinköp i tidigare skede och på så vis kanske haft möjlighet att tillverka en fullskalig prototyp. I övrigt känner jag att jag har gjort det jag kan efter mina förutsättningar, jag känner mig nöjd med min insats och att jag har kunnat leverera koncept som i framtiden kan bli av stort värde för Seaflex AB.
5.2 Koncept dubbelklaff
Konceptet dubbelklaff (dual wing) var från början grunden i detta projekt med att ta fram ett verktyg för rep-infästning. Under tiden då funktionsprototypen var under tillverkning hade jag och min handledare på Seaflex AB ett avstämningsmöte där vi kom på en vidareutveckling som jag kom att kalla enkelklaff (mono wing). Detta på grund av att vi såg att konceptet med dubbelklaff skulle betyda många lösa delar vid installation av rep-infästning och ett eventuellt problem med att klaffarna inte skulle synkronisera i rörelse mot horisontal position och fullt tryck mot repet. Detta var även något som man kan se tendenser till i tredje dragprovet med 12 mm spel mellan klaffarna (se Figur 15). Förmodligen tenderar detta eventuella problemet till att bli större ju mindre spel man har mellan klaffarna och trycket mot repet ökar för mycket i för tidigt skede (för stor vinkel) av klaffens nedgång. Ett annat problem kan vara att när första rep-
förtöjningen med verktyget gjorts innan man färdigställt den flytande applikationens förankring, då tar låssplinten upp hela belastningen från repets kraft kan det finnas risk att u-balkarna viker sig inåt av kraften. Detta kan förstås göras åtgärder med en annan typ av lösning på klaffstoppen som agerar styrpinnar. Materialet är aluminium avsett för bearbetning. Detta gör verktyget relativt lätt och har ett korrosionsmotstånd.
5.3 Koncept enkelklaff
Konceptet utvecklades under tillverkning av funktionsprototypen som bygger på dubbelklaff och testades därför inte i dragprovsmaskin. Med konceptet enkelklaff kommer man undan många problem som man har med dubbelklaff med färre delar och en stabilare permanent rep-
förtöjning. Man får även möjligheten att kunna använda verktyget till fler dimensioner på rep då man enkelt kan byta ut motklossen (den delen av verktyget motverkar kraften genererat från klaffen till verktygsramen). Detta för att ändra spelet mellan klaffen och den motverkande greppväggen i permanenta rep-förtöjningen. Vidare utveckling på motklossen skulle kunna vara en justerbar del för olika dimensioner på rep. Det finnas en möjlighet att låsningsfunktionen i konceptet enkelklaff inte verkar på samma sätt som med dubbelklaff. Materialet är aluminium avsett för bearbetning. Detta gör verktyget relativt lätt och har ett korrosionsmotstånd.
5.4 Funktionsprototyp
Funktionsprototypen bygger på konceptet dubbelklaff som är det första konceptet som togs fram. Hade jag haft mer tid hade det varit intressant att testa även detta koncept i
dragprovsmaskin och jämföra resultaten mot konceptet dubbelklaff. För att få bättre data på krafter inom de områden som koncepten skulle verka får man göra ytterligare tester med en riktig prototyp. Detta för att dimensionera spelet mellan greppytorna för att klara av en kraft på 50 000 Newton vilket är den kraft som genereras av 10 parallellkopplade seaflex-enheter.
13 Testerna med funktionsprototypen nådde nästan upp till 15 000 newton vilket skulle motsvara tre parallellkopplade seaflex-enheter. Repet visade inte heller på några större skador vilket var ett gott tecken då det är ett orosmoment när man låser repet med stora krafter.
6. Slutsats och framtid
Avsnittet behandlar en slutsats för arbetet, koncept och resultat. Vilken väg rekommenderas att ta vid fortsatta tester och framtida arbeten.
6.1. Slutsats
Koncepten skulle fungera väl och spara mycket arbetstid samt effektivisera installation av Seaflex AB produkter. Kostnaden för att tillverka dom permanenta rep-infästningarna skulle bli minimalt förändrad mot nuvarande komponent oavsett koncept i detta projekt och verktyget bli ännu en produkt att sälja till kund. Funktionsprototypen har visat tydliga data på att låsningen fungerar och vid rätt dimensionering även ha möjlighet att fungera vid 10-kopplade seaflex-enheter.
Dimensionerna av konceptet är något förändrad mot nuvarande komponent men bedöms klara ankarbrunnarnas dimensioner.
6.2 Framtida arbeten
Koncepten kommer att behöva mer arbete för att en fullskalig prototyp ska kunna testas helt enligt ritningar och material. Först då kan man helt fastställa att verktygen uppfyller dom krav som ställts på komponenten. Det kommer även behövas göras mer ingående ritningar anpassade för tillverkning vid dom leverantörer man planerar att beställa delarna av. Jag skulle
rekommendera att man gick vidare med konceptet enkelklaff då denna enligt min bedömning har större potential att behandla de krafter som kommer att genereras av 10-kopplade seaflex- enheter. Konceptet enkelklaff har också färre delar som hanteras vid installation och dessa skulle vid framtida arbete kunna utvecklas så fler komponenter är sammanfogade via till exempel låsskruvar eller liknande.
14
Referenser
[1] https://www.ssi.shimadzu.com/products/universal-tensile-testing/ag-x-plus- specifications.html (2019-05-28)
[2] Karl Björk, Formler och Tabeller för mekanisk konstruktion, 8e upplagan.
B1
Bilagor
B2
B3
B4
B5
B6
B7
B8
B9
Dual Wing Installation Manual
Step 1.
Place the U-beams facing each other and install the wing stop axles in the lower holes around the rope.
B10 Step 2.
Place both wings facing each other and install the wing axles as shown in the picture.
Step 3.
Install both tool frames.
B11 Step 4.
The tool lock parts are installed on both sides making sure the tool will have safe installation.
Step 5.
The rope is slowly released, and the wings will create a lock.
B12 Step 6.
When the rope is slacked the lock pin will be installed through the rope.
Step 7.
The rope is then pulled up and the wings will be released from tension.
B13 Step 8.
The tool parts are then removed, and the wing stop axles is left in position.
Step 9.
The rope is winched down and lock pin put in position. When full installation of marina is completed, installment of M12 bolts with nuts is making sure the component will keep its ability
to lock the rope. If necessary, installation of M12 bolts can be done between preload adjustments.
B14
Mono Wing Installation Manual
Step 1.
Place the U-beam enclosing the rope all the way in and install the wing stop axles.
B15 Step 2.
Place the wing and the install the wing axles as shown in the picture.
Step 3.
Install both tool frames.
B16 Step 4.
The tool lock part is installed making sure the tool will have safe installation.
Step 5.
The rope is slowly released, and the wing will create a lock.
B17 Step 6.
When the rope is slacked the lock pin will be installed through the rope.
Step 7.
The rope is then pulled up and the wing will be released from tension.
B18 Step 8.
The tool parts are then removed.
Step 9.
The rope is winched down and lock pin put in position.
