Modularisering av lyftsax

Modularisering av lyftsax

Examensarbete

Modularisation of lifting tongs Bachelor thesis

Oliver Griip Söderström

Institutionen för ingenjörsvetenskap och fysik

Examensarbete för högskoleingenjörsprogrammet med maskinteknisk inriktning MSGC17/ 22,5 HP

Handledare: Lennart Bergkvist Examinator: Anders Biel Version: 3.24

2020-06-21

Sammanfattning

Modularisering av en produktfamilj av lyftsaxar genomförs på begäran av uppdragsgivare Falcken Forshaga som ett examinerande moment inom högskoleingenjörsprogrammet Maskinteknik på Karlstads universitet. Greppmoduler sammanfogas med en standardiserad ramkonstruktion med hjälp av en fästande detalj där en serie skruvförband ingår. Detta möjliggör att samma lyftsax kan lyfta ett flertal olika lyftobjekt med skiljande geometrier.

För att öka applicerbarheten för lyftsaxarna dimensioneras 2 stycken varianter där

skruvförband och övrig ramkonstruktion konstrueras utifrån en maximal lyftbelastning på 235 kg och 500 kg. Dessa varianter benämns som privat och industriell tillämpning i rapporten.

Beräkningar utförs med säkerhetsfaktor 2 där hänsyn tas till lyftsaxarnas egen vikt. Vid hållfasthetsberäkningarna för konstruktion har egenvikten för lyftsaxarna specificerats som 12 kg och 50 kg. Lyftsaxarnas greppvidd har under arbetet godtyckligt specificerats till 0,4 m.

Genom en konceptutvärderingsprocess som riktar in sig på framtagandet av

modulapplikationer genereras 4 stycken konceptuella greppmoduler. Dessa används för att påvisa några av de användningsområden som den generella modullösningen med fästande detalj och skruvförband kan användas till. Med hjälp av kund- och marknadsundersökningar kan koncepten utvecklas och flera tillkomma för att bättre passa kundbehov och öka

lönsamhet.

Med hjälp av CAD-programmet Inventor erhålls vikten för den konceptuella

ramkonstruktionen. Ramen väger 9,8 kg för privat tillämpning och 19,6 kg för industriell.

Vikten för en komplett lyftsax med ram och greppmodul varierar mellan 10,5kg – 11,7kg för privat tillämpning och 21,3kg – 26,8 kg för industriell tillämpning. Vikten beror på vilken av de konceptuella greppmodulerna som används. Greppmodulskonceptet blocklyft visar sig i det nuvarande utförandet vara för tung för användning i samband med lyftsaxen som är

dimensionerad för 247 kg. Detta då modulen medför att konstruktionens vikt överstiger 12 kg vilket medför att säkerhetsfaktor 2 inte kan utlovas samt att krav från

produktspecifikationen inte kan utlovas.

Abstract

A modularisation of a product family of lifting tongs is carried out as an examinatory moment for a bachelor level mechanical engineering degree at Karlstad university. Gripping modules are connected to a standardised frame construction by a part which include a series of screw joints. This allows the same lifting tong the possibility to lift several different objects with varying geometry.

Two dimensional variants are constructed to increase the products applicability. The two variants are constructed to handle 235 kg and 550 kg. The variant designed for lighter loads is intended for personal use and the variant designed for heavier loads is intended for industrial use.

The frame construction and screw joints are by calculatory means considered to be

functional with a load of 247 kg and 550 kg, this is calculated with a security factor of 2. The lifting tongs unloaded weights are specified as 12 and 50 kg which means that the lifting tongs are specified for a work load of 235 kg and 500 kg. The gripping width of the lifting tongs are specified as 0,4 m as a basis for calculations.

4 konceptual gripping modules are developed by an evaluatory process adapted for

development of modules . These concepts are used as examples to illustrate how the frame construction can be utilised in conjuction with different gripping tools. The concepts can be further developed with the assistance from a customer and market analysis, and by doing so increase the capabilities of economic yield. New concepts can also be added when more information is available.

The mass of the conceptual frame and gripping modules are calculated by the use of the CAD-program Inventor Professional 2019. The frame weighs 9,8 kg for the variant intended for private use and 19,6 kg for the variant intended for industrial use. The mass for a

completly assembled pair of lifting tongs varies between 10,5 kg -11,7 kg for the variant intended for personal use and 21,3 kg -26,8 kg for the variant intended for industrial use.

The mass depends upon what kind of gripping module is attached to the frame.

The gripping module ”block-lift” (translate from Swedish ”blocklyft”) weighs to much to be used in conjunction with the concept intended for private use and needs reworking for the concept to be able to satisfy the sequrity demands stemming from the product specification.

Ordlista

BAD: Förkortning från engelskans Brain Aided Design, innebär designarbete som utförs med det egna tänkandet som primärt arbetsverktyg. Tillfällen när BAD appliceras är vid

brainstorming och andra idégenererande aktiviteter.

PAD: Förkortning från engelskans Pen Aided Design, vilket innefattar designarbete som utförs med manuella hjälpmedel. Det vill säga utan datorstöd.

CAD: Förkortning från engelskans Computer Aided Design. Termen innefattar designarbete som utnyttjar programvara som exempelvis CREO, Inventor och AutoCAD.

QFD: Förkortning från engelskans Quality Function Deployment. QFD:n är ett verktyg som används för att omvandla kundönskemål till specialanpassade lösningar.

FMEA: Förkortning från engelskans Failure modes and effects analysis. FMEA används som ett säkerhetsupprätthållande verktyg där uppkomst av brister i konstruktionen behandlas.

Lifting tong: Den engelska motsvarigheten för det svenska ordet lyftsax.

Innehållsförteckning

Innehåll

1. Inledning ... 1

1.1 Bakgrund ... 1

1.2 Problemformulering ... 1

1.3 Frågeställning ... 2

1.4 Syfte ... 2

1.5 Mål ... 2

1.6 Avgränsningar ... 2

2. Metod ... 3

2.1 Processen ... 3

2.2 Planering ... 3

2.3 Specifikation ... 4

2.4 Koncept ... 4

2.5 Konstruktion ... 11

3. Resultat ... 12

3.1 Planering ... 12

3.2 Specifikation ... 14

3.3 Koncept ... 15

3.4 Konstruktion ... 25

4. Diskussion ... 49

4.1 Val av greppmoduler. ... 49

4.2 Utformning av leder för den allmänna ramkonstruktionen ... 51

4.3 Anpassning av skruvlängder ... 52

4.4 Handhavande av lyftsax ... 52

4.5 Underhåll ... 53

4.6 Uppfyllande av produktspecifikation ... 53

5. Slutsatser ... 54

6. Framtida arbete ... 55

Referenser... 56

Tackord ... 57

1

1. Inledning

1.1 Bakgrund

Projektet startas på uppdrag av konstruktionsföretaget Falcken Forshaga, med Daniel Falck som företagshandledare. Företaget inriktar sig på konstruktion av lyftverktyg.

Falcken Forshaga eftersöker en modulariserad produktfamilj av lyftsaxar med liknande utformning men anpassade för olika maxlaster. Med modulariseringen önskar de även ge produkterna förmåga att anpassas efter olika typer av lyftgeometrier. Exempel innefattar bland annat rör, murbruk, plankor, sten, motordelar (bil, båt) och

metallkomponenter.

Idag finns en prototyp som Falcken Forshaga använder sig av i marknadsföringssyfte, figur 1 illustrerar de huvudsakliga funktionerna som eftersöks i den nya konstruktionen.

1. Handtag/lyftögla: Beroende på kundgrupp är det önskvärt med olika typer av kapabilitet för olika fästanordningar.

2. Arm: Förbinder samtliga av konstruktionens moduler med varandra.

3. Låsningsmekanism: Låser lyftsaxen i det läge där den upptar minst plats vertikalt.

4. Greppande del: Här önskas möjlighet till byte av grepptyp.

5. Infästning för greppmodul: Fäster greppmodulen till den övriga konstruktionen.

Figur 1: Prototyp konstruerad av Falcken Forshaga.

1.2 Problemformulering

Den standardiserade utformningen på lyftsaxar innebär att det fordras

anpassningsarbete för att tillfredsställa olika kundgrupper. I förlängningen leder detta till en utökad mängd dokumentering och en mer komplicerad tillverkning.

2

1.3 Frågeställning

Hur kan modularisering användas för att erhålla en produktfamilj lyftsaxar som kan anpassas för att tilltala kundgrupperna privatpersoner och industri, samt ges förmågan att lyfta olika geometrier?

1.4 Syfte

Genom modulariseringen kan arbetet kring dokumentation, lagerföring och tillverkning av produkten förenklas. Dessutom intresseras fler kundgrupper när antalet

lyftgeometrier utökas och ett längre lastspann kan erbjudas. Dessa faktorer bidrar till att öka produktens lönsamhet.

1.5 Mål

Projektets målsättningar summeras enligt nedanstående punktlista.

• Leverera en konstruktionslösning för modularisering av lyftsaxar till uppdragsgivaren Falcken Forshaga.

• Lyftsaxarna utformas för att klara av olika belastningar.

• Konstruktionen utformas så att lyftsaxarna kan anpassas för att lyfta laster av olika geometrier.

Projektet anses vara avslutat vid inlämning av slutrapporten 5/6-2020. Deadlines och delmål behandlas under rubriken ”projektmodell” i bilaga A.

1.6 Avgränsningar

Projektet begränsas till konstruktionen av en modulariseringslösning för projektfamiljen.

Då modulariseringen är i fokus så begränsas även arbetet kring de individuella produktanpassningarna. Modulerna anpassas för generella verklighetsförankrade exempel och bör ej tolkas som färdiga lösningar.

Projektet innefattar ej:

• Produktionsmetoder

• Materialval

• Tillverkning av fysisk prototyp

• Marknadsförande åtgärder

3

2. Metod

2.1 Processen

Arbetet delas upp i 4 faser, se figur 2. Faserna är baserade på rekommendationer som förekommer i böckerna Produktutveckling-effektiva metoder för konstruktion och design [1] och Handbok för mindre projekt [2]. Projektet anses avslutat när slutrapporten avlämnas och en slutpresentation med medföljande opponering genomförs. Faserna innehåller delaktiviteter som redovisas mer ingående.

Figur 2: Projektets fyra övergripande faser

2.2 Planering

Den första fasen för projektet är planeringsfasen. Projektplanen utformas, se bilaga A.

Projektplanen blir utgångspunkten för resterande arbete inom projektet och behandlar deadlines och gates (grindhål), organisation (kontaktuppgifter), resursfördelning, tidsplanering, dokument- och versionshantering, riskanalysering samt egna bilagor i form av Gantt- och Perthscheman. Projektplanen behandlas som ett dynamiskt

dokument och uppdateras löpande. Detaljer kring namngivning och versionshantering av dynamiska dokument finns nedtecknat i bilaga A.

För att underlätta uppföljning av tids- och resursplanering etableras en loggbok. I loggboken bokförs antalet arbetstimmar under aktuell arbetsdag och kortare kommentarer kring arbetet nedtecknas.

4

2.3 Specifikation

I specifikationsfasen framtas en produktspecifikation som resterande arbete inom projektet utgår ifrån, se bilaga B. Specifikationen utförs i samråd med uppdragsgivaren Falcken Forshaga samt tillverkaren Forshaga svets och smide. Produktspecifikationen framtas även med stöd av arbetsmiljöverkets föreskrifter AFS 2008:3 [3], och AFS 2012:2 [4], samt Europastandard SS-EN 13155 + A2:2009 [5]. Samtliga krav och önskemål utformas enligt rekommendationer på ett sådant sätt att de är mätbara, entydiga och är möjliga att följa upp [1]. En kriteriematris, se tabell 1, används som stöd vid specificeringen av krav och önskemål.

Tabell 1:

Livscykelfas Aspekter

Process Miljö Människa Ekonomi

Alstring (Utveckling, konstruktion)

1.1 1.2 1.3 1.4

Framställning (tillverkning, montering)

2.1 2.2 2.3 2.4

Avyttring (försäljning, distribution)

3.1 3.2 3.3 3.4

Brukning (installation, användning, underhåll)

4.1 4.2 4.3 4.4

Eliminering (borttransport, återvinning, förstöring)

5.1 5.2 5.3 5.4

2.4 Koncept

2.4.1 Modulindelning

Arbetet med modulindelningen baseras på de 5 steg som beskrivs ingående i boken Modulindela produkten [6]. Genom att använda sig av dessa metoder ges en ökad objektivitet och transparens i arbetet. De 5 stegen omnämns och förklaras nedan.

Steg 1

Avstämning av kundförväntningar och konkurrensläge för produkten med hjälp av en för ändamålet anpassad QFD, se tabell 2. Önskemålen ges ett viktat värde, inom

storleksordningen 1-5. Detta värde multipliceras sedan med ett av tre värden för samband, 1,3 och 9 enligt tabell 2. Modulindelningen och produktegenskapernas summerade värden noteras sedan längst ner i tabellen. Egenskap B erhåller i tabell 2 det totala värdet 7. Detta då egenskap B har sambandsvärde 3 för önskemål A, och önskemål A är viktat med värde 1, samt att egenskap B har sambandsvärde 1 för önskemål B, och önskemål B är viktat med värde 4. Summeras dessa två förhållanden erhålls (1 × 3) + (4 × 1) = 7.

5

Tabell 2: Anpassad QFD.

Steg 2

Upprättning av funktionsstruktur och framtagande av tekniska lösningar utifrån

uppställda tillverkningsmål. De tekniska lösningarna tas i det här projektet fram genom brainstorming följt av reducering genom användning av en elimineringsmatris.

Förutsättningarna för metoderna presenteras nedan.

Brainstorming utförs enligt de riktlinjer som rekommenderas i boken Produktutveckling- effektiva metoder för konstruktion och design [1]. För en kortare sammanfattning se nedanstående tabell.

▪ Ingen kritik

▪ Kvantitativ

▪ Ovanliga idéer uppmuntras

▪ Kombination av idéer

Då modulariseringen innebär att delar av produkten kan fungera i olika kombinationer av detaljer och konstruktionslösningar leder det till att brainstormingen delas upp i 4

separata tillfällen. Mängden tillfällen baseras på figur 3 och behandlar den generella lyftsaxens olika ingående detaljer som kan vara intressanta ur ett

modulariseringsperspektiv.

6

Brainstorm I

Sessionen behandlar handtag och fästpunkt för konstruktionen. Ergonomi och kompatibilitet med existerande standardhjälpmedel som används vid vertikalt förflyttningsarbete behandlas.

Brainstorm II

Sessionen behandlar låsmekanismen. Låsmekanismen är önskvärd för att förhindra oförutsägbara vertikala förflyttningar samt begränsa utrymmet lyftsaxen upptar då den inte är belastad.

Brainstorm III

Sessionen behandlar infästningen för greppmodulerna. En säker och smidig lösning eftersöks.

Brainstorm IV

Sessionen behandlar greppmodulerna. Lämpliga lösningar kan dimensioneras efter privatbruk och industriell tillämpning.

Figur 3: Sessionsfördelning, I = Brainstorm I, II = Brainstorm II o.s.v.

7

Elimineringsmatris

Genom att kritiskt analysera de lösningsalternativ som framkommer under

brainstormingen genomförs en första gallring. Syftet är att tidigt avlägsna alternativ som inte är realiserbara eller konkurrenskraftiga. Matrismallen, se tabell 3, är hämtad ur boken Produktutveckling-effektiva metoder för konstruktion och design [1]. Korta kommentarer motiverar besluten.

Tabell 3: Elimineringsmatris.

Steg 3

Användning av modulindikations-matris (MIM) för att identifiera och gradera de av elimineringsmatrisen godkända lösningarna. Tabell 4 visar ett utdrag ur en mall för modulindikations-matrisen. Lösningarna graderas enligt viktade värden 1,3 och 9 mot ett antal olika aspekter såsom ”styling”, ”Carry-over” och teknikutveckling. Samtliga

aspekter förklaras mer ingående i referenslitteraturen [6, 7].

Tabell 4: Utdrag av mall för modulindikations-matris (MIM).

8

Steg 4

Utvärdera modulkandidaterna med hjälp av en gränssnittsmatris, se figur 4, för att avgöra vilken monteringstyp som är mest lämplig. Gränssnittsmatrisen i figur 4 är ifylld för att förtydliga hur gränssnittsmatrisen hänvisar till de olika modulerna, romb AB visar sambandet mellan modul A och B, romb AC visar samband mellan modul A och C och så vidare. Förekommer tomma romber indikerar detta att de moduler som den tomma romben behandlar ej är beroende av varandra.

Vanligtvis används G för att hänvisa till ett geometriskt gränssnitt, exempelvis en detalj som skruvas fast på ett chassi och E för ett energiöverförande gränssnitt, exempelvis gränssnittet mellan en elmotor och en strömkabel. Andra typer av gränssnitt förekommer men G och E är de vanligaste. Det anses fördelaktigt att använda så få typer av

gränssnitt som möjligt [6].

Figur 4: Förtydligad Gränssnittsmatris.

Litteraturen [6, 7] hänvisar till så kallade hamburgarmontage eller montage på

basmodul. Figur 3 visar hur de olika typerna av montage uttrycker sig. Till vänster i figur 5 visas ett hamburgermontage där de ingående detaljernas förhållande till varandra (som även benämns som kopplingar) är av stor betydelse vilket leder till att monteringen måste ske sekventiellt.

Till höger i figur 5 illustreras ett montage på basmodul, här i form av en stol.

Basmodulen utgörs av sittdynan och övriga detaljer monteras på sittdynan. Denna monteringsform erbjuder större frihet i monteringsordningen och är ofta att föredra [6].

Figur 5: Montagetyper.

9

I figur 6 illustreras hur den ifyllda gränssnittsmatrisen tolkas. Den snett diagonala pilen följer modul A:s interaktioner med de övriga modulerna. Här påvisas att modul A har ett geometriskt gränssnitt mot samtliga moduler, varpå det är lämpligt att använda sig av modul A som en basenhet som samtliga andra moduler monteras på som tidigare är beskrivet i figur 5.

Den vertikalt nedåtgående pilen visar en alternativ gränssnittsanalys där modulerna B, C och D har gränssnitt mellan två moduler och modul A och E endast mellan en modul. I det här fallet är det mer lämpligt med ett hamburgermontage.

Figur 6: Tolkning av gränssnittsmatris.

Steg 5

De ovan förklarade steg 1-4 kan ej och bör ej ersätta klassiskt

konstruktionsanpassningsarbete, då det är viktigt att på detaljnivå utvärdera samtliga moduler. Tidigare steg bekräftar varför en modul kan anses nödvändig vilket ger förslag till vad konstruktionsarbetet måste ta i beaktning [6]. Således utförs nödvändiga

konstruktionsanpassningar för att förbättra modulerna innan framtida arbete utförs.

10

2.4.2 Riskanalys

Koncept som utvärderats under modulframtagningsprocessen analyseras ur perspektiv kopplade till användning och funktion. Analyseringen sker med bakgrund mot

Europastandard SS-EN 13155 + A2:2009 [5], Svensk standard SS – EN ISO

12100:2010 [8] samt arbetsmiljöverkets föreskrifter AFS 2008:3, [3] och AFS 2012:2 [4].

En utarbetad mall, se tabell 5, används.

Tabell 5: Mall för riskanalys.

2.4.3 FMEA

Det utvalda konceptet genomgår en konstruktions-FMEA, även benämnd

feleffektanalys, där ingående komponenter och sammanställningar granskas. FMEA:n används som ett kvalitetssäkrande verktyg. Detta görs genom att numerärt bedöma sannolikhet för att felet uppträder, allvarlighetsgraden av felet och sannolikheten för att ej upptäcka felet. Detta sker med en skala 1-10 där en 1:a representerar den lägsta sannolikhetsgraden och en 10:a den högsta. Dessa värden multipliceras sedan med varandra för att erhålla en riskpreferens. Jämförelse av riskpreferenserna ger en

fingervisning om vilka fel som är viktiga att åtgärda. FMEA:n är ett dynamiskt dokument [1]. Den slutgiltiga versionen av FMEA:n bifogas i Bilaga D.

11

2.5 Konstruktion

Kapacitet

Då inga önskemål angående maximal belastning för lyftsaxarna tillhandahålls från uppdragsgivaren används godtyckliga belastningar för att visa kritiska punkter och hur produktens utformning påverkas av olika belastningar.

Hållfasthet

Grundläggande hållfasthetsberäkningar utförs för att illustrera eventuellt svaga punkter inom konstruktionen och hur dessa kan förebyggas. Tanken är även att erbjuda en skalenlig mall vilket uppdragsgivaren kan använda sig av vid framtida produktutveckling.

Beräkningarna utförs för att säkerställa att produkten lever upp till de

säkerhetsrelaterade kraven från produktspecifikationen samt att konstruktionsrelaterade brister från FMEA:n adresseras. Beräkningsarbetet stödjer sig på etablerad

hållfasthetslära och lastfall från referenslitteratur [9, 10]. Datorstöd i form av programvaran Mathematica används vid behov.

PAD-modellering

Konceptfasens utvalda lösningar vidareutvecklas till enklare pappersritningar som används som underlag för 3D-modelleringen.

3D-modellering

Med utgångspunkt i de med PAD utvecklade lösningarna från konceptfasen utformas ett antal CAD-baserade modeller i programmet Autodesk Inventor Professional 2019.

Modelleringen underlättar detaljkonstruktion då lösningens rumsupptagning och funktion kan framföras på ett mer lättförståeligt vis. Modelleringen är sista steget i

BAD/PAD/CAD-kedjan och ger underlag för framtida ritningar och monteringsanvisningar.

Komponentlista

De ingående komponenter i konstruktionen som utgörs av standardiserade maskinelement och elektronikkomponenter samlas i en komponentlista. Valet av standardkomponenter utförs med ekonomi, tillgänglighet, funktion och säkerhet som prioriterade parametrar.

12

3. Resultat

3.1 Planering

Planeringsfasen resulterar i en projektplan. Projektplanen beskriver

problemuppställningen, uppdragsgivarens bakgrund och vad som förväntas av projektet.

Målsättningen för projektet är att i samarbete med uppdragsgivaren Falcken Forshaga modularisera en produktfamilj lyftsaxar samt utarbeta tillverkningsunderlag för dessa.

Utdrag ur projektplanen behandlas nedan. Projektplanen återfinns även i sin helhet i bilaga A

I syfte att underlätta jämförelser mellan budgeterad och slutgiltig tid för samtliga av projektets faser etableras en resursplanering, se tabell 6.

Tabell 6: Preliminär resursplanering.

Fas och totaltid Uppgifter och tidsbudgetering

Veckor, ex. vx-vy = vx och vy om inte annat anges.

Start, 60 h Projektplan 55 h, v.4 - v.5

Powerpoint Projektplan 5h, v.5 - v.5 Utförande 450 h Förstudie 100 h, v.6 - v.10

Kravspecifikation 100 h, v.11 - v.15 Koncept 100 h, v.16 - v.18

Konstruktion 150 h, v.18 - v.21

Avslut 100 h Presentationsunderlag 10 h, v.6 - v.22

Rapportskrivning 90 h, v.6 - v.23

Planerad totaltid: 610h

Aktuell totaltid:

168 h

13

För att erbjuda transparens mellan examinand, handledare och uppdragsgivare etableras en loggbok, där examinanden nedtecknar antalet arbetstimmar och korta kommentarer för samtliga utförda arbetsdagar inom projektet, se vänster del av tabell 7.

Timmarna summeras sedan i en total, se höger del av tabell 7.

Tabell 7: Utdrag ur tidslogg.

Risker som kan förknippas med projektet behandlas i en riskanalys, se tabell 8. Här står S för sannolikhet och K för konsekvens, S och K graderas på skalan 1-5 där 5 anses stå för högst sannolikhet respektive störst konsekvens. Den sammanlagda riskfaktorn erhålls genom att multiplicera S med K. De riskfaktorerna med högst produkt anses vara mest allvarliga. I tabell 8 kan risken ”för optimistisk projektplan” utskiljas som den på förhand största risken inom projektet. Riskerna behandlas genom förebyggande arbete, se kolumn 6 i tabell 8. En åtgärdsplan vid händelse finns även, se kolumn 7 längst till höger i tabell 8.

Tabell 8: Utdrag ur riskanalys.

Risk Konsekvens S K Riskfaktor

(S×K)

Förebyggande åtgärd

Åtgärdsplan vid händelse Konflikt med

uppdragsgivaren

Svårigheter att erhålla ett färdigställt arbete.

1 4 4 Upprätta och

bibehålla en öppen dialog med

uppdragsgivaren.

Kontakta Universitetet.

Medling.

Delmoment godkänns ej av Universitetet.

Ej godkänt resultat.

2 4 8 Instudering av

kursmålen.

God

kommunikation med KAU- handledare.

Korrigera om det är möjligt.

Ökade insatser för framtida delmoment.

Ej godkänd GATE

Arbetet blir försenat.

2 4 8 God

kommunikation med

uppdragsgivaren.

Lärande organisation.

Snabb korrigering enligt önskemål.

Väl utförd projektplan och kravspecifikation.

14

3.2 Specifikation

I samråd med representanter för uppdragsgivare Falcken Forshaga , tillverkare Forshaga svets och smide samt examinander inom liknande projekt utformas en kravspecifikation, se bilaga B. Nedan i tabell 9 följer ett utdrag ur kravspecifikationen.

Tabell 9: Utdrag ur kravspecifikationen.

1 1.1 Lyftverktygens konstruktion skall vara fri från vassa kanter, skarpa vinklar och ojämna ytor.

K B

2 1.1 Hållfasthetsberäkningar för statisk last skall utföras och med en säkerhetsfaktor som motsvarar 2 × maxlasten där lyftverktygen ej deformeras plastiskt.

K B

3 1.1 Konstruktionen av lyftverktygen skall ta transportsäkerheten i hänseende och med det minimera skador på produkter och omgivning vid transporter,

Ö B

4 1.1 Lyftverktygen skall behålla den

karaktäristiska självhämmande effekten för lyftsaxar vid modulariseringen.

K F

5 1.1 För lyftverktyg som använder

friktionsklämmor skall klämmekanismen säkerställa att klämkraften behålls även om lasten deformeras.

K F

15

3.3 Koncept

QFD

Den resulterande QFD:n illustreras i figur 7. Det framkommer att hållfastheten är viktigast följt av dimensioneringen för lyftsaxarna. Säkerhet, kostnad och

modulindelningen visar sig ha lika stor summerad vikt och positionerar sig på en delad 3:e plats efter dimensioneringen för lyftsaxarna.

Figur 7: QFD för framtagning av lyftsaxar.

16

Brainstorm I

Sessionen resulterar i koncept HF1-HF9 som listas i tabell 10 nedan. För fullständig beskrivning av koncepten se bilaga C.

Tabell 10: Koncept HF1-HF9.

HF1 Böjd rundstång HF2 Karbinhake HF3 Lyftschakel

HF4 Lyftschakel med plast-/gummiöverdrag HF5 Kedja med mutter, karbinhake och handtag HF6 Kedja med mutter och ”hinkhandtag”

HF7 Kabelhandtag HF8 Roddhandtag HF9 Plattjärnsögla

Brainstorm II

Sessionen resulterar i koncept L1-L7 som listas i tabell 11 nedan. För fullständig beskrivning av koncepten se bilaga C.

Tabell 11: Koncept L1-L7.

L1 Hydrauliska låskolvar

L2 Linjärmotordriven kolv och låsarm L3 Kasthake

L4 Plattjärnshasp L5 Excenterlås L6 Pinnhasp L7 Krokspak

Brainstorm III

Sessionen resulterar i koncept I1-I6 som listas i tabell 12 nedan. För fullständig beskrivning av koncepten se bilaga C.

Tabell 12: Koncept I1-I6.

I1 Skruvförband I2 Klämförband I3 Svetsförband I4 Fjäderpiggar

I5 Karbinkedja och öron

I6 Korsdragen karbinkedja och öron

17

Brainstorm IV

Sessionen resulterar i koncept G1-G9 som listas i tabell 13 nedan. För fullständig beskrivning av koncepten se bilaga C.

Tabell 13: Koncept G1-G9.

G1 Rörlyft G2 Konlyft

G3 Justerbar konlyft G4 Säcklyft

G5 Tunnlyft G6 Mönsterlyft G7 Pinnlyft G8 Canvaslyft

G9 Roterbar klosslyft

18

Elimineringsmatris

Elimineringen, se tabell 14, resulterar i att koncept HF2, HF9, L7, I1, G1, G2, G3, G4, G5, G8 och G9 godkänns för vidare utvärdering. Koncept HF2, HF9, L7 samt koncept I1 genomgår ej vidare utvärdering utan anses utgöra del av ramkonstruktionen.

Tabell 14: Elimineringsmatris för koncept HF1-G9.

19

Modulindikationsmatris

Greppmodulerna G1, G2, G5 och G9 godkänns för vidare utvärdering, se tabell 15.

Tabell 15: Modulindikationsmatris (MIM).

20

Gränssnittsmatris

Med hjälp av gränssnittsmatrisen, se figur 8, kan sambandet mellan ramen och greppmodulerna visas. Då det finns ett geometriskt samband till ramen för samtliga greppmoduler men inget samband mellan de olika greppmodulerna då de inte används samtidigt så visar gränssnittsmatrisen att ett montage på basenhet är mest lämpligt.

Basenheten utgör i det här fallet lyftsaxens ram.

Figur 8: Gränssnittsmatris.

Riskanalys

Se tabell 16-23 för riskanalyser för modulkoncept G1, G2, G5 och G9. Bokstäverna P och I som återfinns i produkternas artikelnummer indikerar kundgrupperna

privatpersoner och industri. Detta då dimensioneringen kan innebära att risker skiljer sig något mellan kundgrupperna.

Tabell 16: Riskanalys modulkoncept G1-P.

21

Tabell 17: Riskanalys modulkoncept G1-I.

Tabell 18: Riskanalys modulkoncept G2-P.

22

Tabell 19: Riskanalys modulkoncept G2-I.

Tabell 20: Riskanalys för modulkoncept G5-P

Tabell 21: Riskanalys för modulkoncept G5-I

23

Tabell 22: Riskanalys modulkoncept G9-P.

Tabell 23: Riskanalys modulkoncept G9-I.

24

FMEA

Utdrag ur FMEA för modulkoncept G1, G2, G5 och G9 presenteras i tabell 24-27. För kompletta feleffektanalyser se bilaga D. Feleffektanalysernas utformning innebär att både den privata och industriella tillämpningen (”P” och ”I”) analyseras. Detaljer ur ramkonstruktionen utvärderas även då de tillsammans med greppmodulerna

Tabell 24: Utdrag ur FMEA för modulkoncept G1.

Tabell 25: Utdrag ur FMEA för modulkoncept G2.

Tabell 26: Utdrag ur FMEA för modulkoncept G5.

Tabell 27: Utdrag ur FMEA för modulkoncept G9.

25

3.4 Konstruktion

3.4.1 Hållfasthet Kapacitet

För kundgruppen privat specificeras den maximala belastningen som används för beräkningsarbetet godtyckligt till 235 kg last + 12 kg konstruktion vilket ger den maximala belastningen 247 kg ur hållfasthetsperspektivet.

För kundgruppen industri specificeras den maximala belastningen som används för beräkningsarbetet godtyckligt till 500 kg last + 50 kg konstruktion vilket ger den maximala belastningen 550 kg ur hållfasthetsperspektivet.

Tvärsnitt och tyngdacceleration

För samtliga beräkningar förutsätts användandet av solida rektangulära tvärsnitt se figur 9. Värde för tröghetsmoment I och längdmått Z är tagna ur Karl Björks Formelsamling, sida 27, vänster tabell [9]. Tyngdaccelerationen specificeras till 9,82 m/s².

Figur 9: Rektangulärt tvärsnitt.

Allmänt lastfall för lyftsax

Friläggning enlig figur 10,11 och 12 visar förhållandet mellan lyftsaxens längd- (LFD, LDC, LCA) och höjdmått (HFD, HEC), lyftobjektets tjocklek (t) och vikt (m) samt den erhållna klämkraften (AN, BN) vid greppunkterna (A, B).

Figur 10: Friläggning del 1 av 3.

26

Lyftsaxens symmetriska form ger i figur 10 krafterna AF = BF. Då kraftresultanten i x-led anses vara 0 vid jämvikt (när föremålet är stilla eller i konstant rörelse) kan krafterna AF och BF lösas ut genom ekvation 1.1.

∑ 𝐹

= 0 → −𝑚𝑔 + 2𝐴

= 0 → 𝐴

= 𝑚𝑔 2

Figur 11: Friläggning del 2 av 3, förstoring av området innanför den röda cirkeln till höger.

Symmetrin för lyftsaxen ger enligt figur 11 ett förhållande av krafter där DF = EF. Då kraftresultanten i x-led anses vara 0 vid jämvikt (när föremålet är stilla eller i konstant rörelse) kan DF och EF beräknas enligt ekvation 1.2.

∑ 𝐹

= 0 → −𝑚𝑔 + ( 𝐸

+ 𝐷

) cos(𝑎) = 0 → 𝐸

= 𝐷

= 𝑚𝑔

2 cos(𝑎)

Ekv.1.2

27

Figur 12: Friläggning del 3 av 3, förstoring av området innanför den röda rektangeln till höger .

Då det resulterande momentet kring punkten C i figur 12 kan betraktas som 0 för ett system i jämvikt kan det frilagda systemets krafter definieras enligt ekvation 1.3 och då önskad klämkraft och greppvidd är känd då lyftobjektens vikt och dimensioner i regel är kända kan en av konstruktionslängderna LEC, LCA och HEC lösas ut eller kontrolleras med hjälp av ekvation 1.4.

Krafterna i punkt C är intressant då det är en kritisk punkt i konstruktionen och måste hålla för de tänkta belastningarna. Genom att betrakta kraftresultanterna i x- respektive

y-led som 0 kan krafterna CX och CY lösas ut enligt ekvation 1.5 och ekvation 1.6. Att notera är att kraften Cx = 0 varpå punkten C endast upplever påverkan från kraften CY.

∑ 𝑀

= 0 → 𝐿

𝐴

+ 𝐿

𝐴

− 𝑡 2 ( 𝑚𝑔

2 ) − 𝐻

( 𝑚𝑔 2 ) = 0 Ekv.1.3

𝐴

𝑚𝑔( 𝑡

2 + 𝐻

) 2(𝐿

+ 𝐿

Ekv.1.4

∑ 𝐹

= 0 → −𝐶

− 𝐸

cos(𝑎) + 𝐴

= 0 → 𝐶

= −𝐸

cos(𝑎) + 𝐴

= 0

∑ 𝐹

= 0 → −𝐶

+ 𝐸

Sin(𝑎) + 𝐴

= 0 → 𝐶

= 𝐸

Sin(𝑎) + 𝐴

28

Kontroll mot existerande prototyp

Genom att sätta in uppmätta värden från den tillhandahållna existerande prototypen, se figur 13, testas ekvationerna ovan mot ett verkligt exempel. När lyftobjektets tjocklek, t, är känd, maxlasten, m, given, längderna, LEC, HEC och LCA uppmätt och vinkeln a är beräknad kan ekvation 1.1, 1.2 och 1.4 användas för att beräkna klämkraften. Se tabell 28 för uppmätta mått.

Figur 13: Uppdragsgivares prototyp.

Tabell 28: Mått från prototyp.

Variabel mått

T 0,28 meter

LEC 0,05 meter

HEC 0,25 meter

LCA 0,16 meter

a 82 °

Maxlast (m) 30 kg

29

Med måtten från tabell 28 erhålls en klämkraft på 456 N vilket motsvarar en

säkerhetsfaktor på 1.5 ggr maxlasten 30 kg. Vid inmatning av de önskade vikterna 247 och 550 kg erhålls samma säkerhetsfaktor vilket enligt ekvation 1.4 innebär att

längderna LEC och HEC måste förlängas i förhållande till längd LCA för att erhålla önskad säkerhetsfaktor 2.

Bestämning av vinkel i kritisk punkt F

Punkten F, se figur 14, kommer att utsättas för en ökad påverkan från

kraftkomposanterna DFY och DFX desto större vinkel a blir. Krafterna DFX + DFY motsvarar enligt förutsättningen av jämvikt kraften mg som motsvarar lyftobjektets och

saxkonstruktionens totala vikt. De kommer således inte att förändras med ökat gradantal till skillnad från krafterna i y-led. Detta måste beaktas vid dimensioneringen.

Med utgångspunkt i prototypen med vinkeln 82 ° och lasterna 247 och 550 kg erhålls värdet för krafterna i y-led med hjälp av trigonometriska samband enligt ekvation 1.7.

𝐷_𝐹𝑌 = 𝐸_𝐹𝑌, 𝐷_𝐹𝑋+ 𝐸_𝐹𝑋= 𝑚𝑔, 𝐷_𝐹𝑌 = tan(𝑎)𝑚𝑔 Ekv.1.7

För 247 kg blir belastningen i y-led 17300 N, vilket motsvarar 1800 kg. För 550 kg blir belastningen i y-led 38500 N, vilket motsvarar 4000 kg. Det är med andra ord lämpligt att justera längderna för ramkonstruktionen så att vinkeln a minskas. Vid 60 ° blir motsvarande belastningar i y-led ca 4000 N eller 410 kg för belastningen 235 kg och ca 9400 N eller 960 kg för belastningen 550 kg. Detta medför en belastningsminskning med 400 %.

Figur 14: Spänningar i punkten F, förstorning av området innanför den röda cirkeln till höger.

30

Skjuvning av skruv i punkten F, dimensionering av skruvförband.

Ingen av konstruktionens skruvar utsätts för mer belastning än den i punkt F, se figur 15, därför utförs endast hållfasthetsberäkningar kopplade till denna skruv. Skjuvspänningen för skruven räknas ut enligt ekvation 1.8, där m är den sammanlagda lasten för lyftsax och lyftobjekt. Sträckgränsen för skruven, 𝜎_𝑠, beräknas enligt ekvation 1.9. Enligt ekvation 1.10 skall sträckgränsen för skruven överstiga lastfallets maximala belastning , 𝜎_𝑚𝑎𝑥.

Genom att använda sig av ekvation 1.8-1.10 påvisas att en M8 skruv med sträckgränsen 640 MPa räcker för att motstå deformation då lasten 247 kg, och lasten 550 kg används.

Detta då ekvation 1.10 med maxlasten 550 kg och säkerhetsfaktor 2 ger en minimal skruvdiameter, ds, som motsvarar 6,2 mm.

𝜏 =𝑇

𝐴, 𝑇 = 2𝑚𝑔, 𝐴 = 𝑆𝑘𝑟𝑢𝑣𝑎𝑟𝑒𝑎 Ekv 1.8

𝜎_𝑠 = 800 × 0,8 × 10⁶ Ekv 1. 9

𝜎𝑠 ≥ 𝜎𝑚𝑎𝑥 = √𝜎²+ 3𝜏²=√3𝜏 𝐴 =4√3

𝜋 𝑇

𝑑_𝑠 → 𝑑𝑠 ≥ √4√3 𝜋

𝑇 𝜎_𝑠 Ekv 1.10

Figur 15: Lastfall för skruv i punkten A.

31

Spänningar i arm EC, bestämning av plåtbredd, h för plåtände C.

Figur 16: Lastfall för dragning av plåt med anvisning i form av ett hål.

Genom att använda det i figur 16-17 presenterade lastfallet beräknas vilken nödvändig bredd, h, armen EC måste ha där skruvhålet förbinder punkt E och punkt C.

Figur 17 baserad på ett statiskt böjningslastfall visar att det maximala momentet MMax

återfinns i punkt C. Momentet för punkt C, se figur 18, motsvarar kraftkomposanten FESin(a) som verkar med hävarmen LEC.

Figur 17: Momentfördelning, till höger illustreras området för beräkning med utgångspunkt i det allmänna lastfallet.

Figur 18: Friläggning av punkt C och punkt E.

32

Med hjälp av ekvation 1.11 och ingående värden beräknas plåtbredden, h. Värde för skruvhål, d, sätts till 9 mm vilket motsvarar ett M8-hål, vilket följer lastfallet skjuvning av skruv i föregående avsnitt. Tjockleken på plåten, b, bestäms till 5 och 10 mm för det privata respektive industriella utförandet.

Sträckgränsen för plåten, 𝜎_𝑠𝑝, hämtas från konstruktionsplåt S690 och är således specificerad som 690 MPa. Värdet för formfaktor Kt erhålls med hjälp av en tabell för dragning av plåt som återfinns på sida 36 i Karl Björks formelsamling [9]. Vinkeln a bestäms till 60 ° i enlighet med tidigare beräkningar. En säkerhetsfaktor på 2 används.

𝜎_𝑠𝑝 ≥ 𝜎_𝑚𝑎𝑥= 𝑀𝑍

𝐼 + 𝐾_𝑡( 𝑁

(ℎ − 𝑑)𝑏) = 6𝐹_𝐸𝑆𝑖𝑛(60°)

𝑏ℎ² + 𝐾_𝑡(𝐹_𝐸𝐶𝑜𝑠(60°) (ℎ − 𝑑)𝑏 ) Ekv.1.11

Plåtbredden, h, beräknas till 87 mm för den privata och 92 mm för den industriella tillämpningen.

33

Spänningar i punkt F, bestämning av plåtbredd, h, för plåtände E och F.

Med ett lastfall som beskrivs av figur 19 beräknas plåtbredden enligt ekvation 1.12.

Massan m korresponderar till de olika tillämpningarna 247 kg och 550 kg. Tjockleken b är som tidigare 5 mm och 10 mm beroende på tillämpning . Sträckgränsen 𝜎_𝑠𝑝 är specificerad till 690 MPa. Formfaktor Kt sätts till 2.2. Säkerhetsfaktor 2 används.

Figur 19: Lastfall för bestämning av plåtbredd, h, i punkt F illustreras i den översta delen av figuren. Det behandlade området illustreras i den nedersta delen av figuren markerad med en röd rektangel.

𝜎_𝑠𝑝 ≥ 𝜎_𝑚𝑎𝑥= 𝐾_𝑡( 𝑁

(𝑏 − 𝑑)ℎ) , 𝑁 = 𝑚𝑔 Ekv. 1.12

Plåtbredden, h, beräknas till 13 mm för både den privata den industriella tillämpningen.

34

Spänningar i fäste för greppmodul, bestämning av plåtbredd, h för fäste.

Lastfall enligt figur 20, där de motverkande krafterna AF och BN inverkar med respektive hävarm för att generera moment MH1.

Figur 20: Lastfall ,friläggning för fäste till greppmodul samt områdesbeskrivning (nederst till höger, området markerad med en röd cirkel).

Utvärdering med hjälp av ekvation. 1.11 och figur 20 ger den önskade plåtbredden, h, för fästet. Med värden enligt tabell 29 beräknas den nödvändiga plåtbredden för privat och industriell tillämpning till 40 respektive 42 mm.

Tabell 29: Värden för beräkning av plåtbredd för fäste till greppmoduler.

Variabel Värde privat Värde industri

m 494 kg, faktor 2 1100 kg, faktor 2

K

2.2 2.2

N = mg/2 2430 N 5400 N

M = 𝐴

× 𝑟

− 𝐴

× 𝑟

850 Nm 1900 Nm

A

= 2mg 9700 N 21 600 N

A

= mg/2 2430 N 5400 N

r

0,15 m 0,15 m

r

0,25 m 0,25 m

Vinkel a 115 ° 115 °

35

Beräkning av a-mått och längd för svetsfogar

Lastfall enligt figur 21 beräknas med hjälp av ekvation 1.13 och 1.14. Med värden givna enligt tabell 30 erhålls minimal nödvändig svetslängd för privat och industriell tillämpning som 2,1 respektive 2,3 mm. Vilket innebär att en säker svetsfog kan upprättas även om utrymmet skulle vara begränsat.

Figur 21: Lastfall för svetsfog som sammanbinder greppmodul med ramkonstruktion.

𝐴 = 2𝑎𝐿, 𝑎 = 0,7 × 𝑡𝑚𝑖𝑛

Ekv.1.13 𝜏 = 𝐹

𝐴, 𝐹 = 𝑚𝑔, 𝜏_𝑚𝑎𝑥 = 𝜎_𝑚𝑎𝑥

2 , 𝜎_𝑚𝑎𝑥 = 𝜎_𝑠𝑝 𝑛_𝑠 Ekv.1.14

Tabell 30: Värden för längdberäkning av svetsfog.

Variabel Värde privat Värde industri

tmin 5 mm 10 mm

𝜎_𝑠𝑝 690 MPa 690 MPa

ns 2 2

m 494 kg, faktor 2 1100 kg, faktor 2

g 9,82 m/s² 9,82 m/s²

36

Sammanfattning av beräknade minimi och -maximimått

Mått i tabell 31 används som utgångspunkt för fortsatt konstruktionsarbete med PAD och CAD. Måttens placering i konstruktionen illustreras i figur 22.

Tabell 31: Beräknade mått.

Del Mått (privat) Mått (industri)

Plåttjocklek 5 mm 10 mm

Skruv M8 M8

Last 247 kg 550 kg

Vinkel, a, mellan punkt F och arm EF

60° 60°

Plåtvariant S690 S690

Plåtände vid punkt C

87 mm 92 mm

Plåtände vid punkt F

13 mm 13 mm

Plåtände modulfäste

40 mm 42 mm

a-mått (svets) 3,5 mm 7 mm

Svetslängd 2,1 mm 2, 3 mm

Greppvidd, t. 40 mm 40 mm

Längd HEC 360 mm 360 mm

Längd LEC 50 mm 50 mm

Längd LCA 230 mm 230 mm

Figur 22: Lyftsaxens grundkonstruktion.

37

3.4.2 Modellering

PAD-modellering

Pappersritningar där Ramkonstruktionen, se figur 23-26, och greppmodulerna G1, G2, G5 och G9, se figur 27-31, presenteras i ett mer utvecklat utförande än under

konceptfasen.

Figur 23: Fästjärn.

Figur 24: Ramjärn A.

38

Figur 25: Ramjärn B.

Figur 26: Låsjärnet som ingår i låsmekanismen.

39

Figur 27: Greppmodul G1. A och B visar vänster respektive höger fästpunkt till ramkonstruktionen

Figur 28: Greppmodul G2. A och B visar vänster respektive höger fästpunkt till ramkonstruktionen

Figur 29: Greppmodul G5, A och B visar vänster respektive höger fästpunkt till ramkonstruktionen

40

Figur 30: Greppmodul G9. Låsmekanism för det horisontala läget presenteras.

Figur 31: Greppmodul G9 visas i vertikalt och horisontalt läge. A och B visar vänster respektive höger fästpunkt till ramkonstruktionen.

41

Observera att fästpunkterna som illustreras i figurerna ovan endast visar hål för en skruv, skruvförbandet utgörs dock av tre skruvar varpå modulfästet får en böjd profil, se figur 32. Detta i syfte att öka konstruktionens rigiditet.

Figur 32: Modulfäste, GM = Greppmodul.

42

CAD-Modellering

Figur 33-43 genereras med föregående PAD- och hållfasthetsavsnitt som utgångspunkt.

Figur 33 illustrerar den konceptuella ramkonstruktionen med förklaringar där

förbättringar från prototyp har utförts. Figur 34-43 visar greppmoduler som i följande exempel svetsas fast på fästmodulerna, möjligheter för andra typer av passningar finns.

För fler bilder på enskilda komponenter se bilaga E, CAD-Konstruktion.

Figur 33: Ramkonstruktion, frontvy.

43

Figur 34 och figur 35 illustrerar greppmodul blocklyft i sitt horisontella utförande. En spärr finns på vardera sida på plattjärnet som blocken är fästa vid för att undvika horisontal förflyttning. Dessa spärrar ses med fördel i bilaga E.

Figur 34: Blocklyft i horisontalt läge, frontvy.

Figur 35: Blocklyft i horisontalt läge, sned ovanvy.

44

Figur 36 och figur 37 illustrerar greppmodul blocklyft i sitt vertikala utförande. De rektangulära blocken kan kläs med ett högfriktionsmaterial som gummi. De tre

skruvförbandens inverkan på greppytan minskas genom försänkningar och minimering av skruvdiameter.

Figur 36: Blocklyft i vertikalt läge, frontvy.

Figur 37: Blocklyft i vertikalt läge, sned ovanvy.

45

Figur 38 och figur 39 illustrerar greppmodul konlyft. I detta koncept kan koner lyftas ”upp- och-ned” det vill säga att den mindre diametern placeras i de lägre cirkulära plattjärnen. Ett omvänt koncept är också möjligt med samma ramkonstruktion som bas.

Figur 38: Konlyft, frontvy.

Figur 39: Konlyft, sned vy.

46

Figur 40 och figur 41 illustrerar greppmodul tunnlyft. Hakarna dimensioneras för att på bästa sätt passa kanten på standardtunnor. Bredden på hakarna bestäms utifrån säkring av last samt för att förhindra deformation av lyftobjektets kant.

Figur 40: Tunnlyft, frontvy.

Figur 41: Tunnlyft, snedvy.

47

Figur 42 och figur 43 illustrerar greppmodul rörlyft. Lyftobjekt med rörgeometri kan lyftas med hjälp av en kombination av klämkraft och geometrisk passning. Diametern för rörlyften kan anpassas efter kundbehov.

Figur 42: Rörlyft, frontvy.

Figur 43: Rörklyft, sned ovanvy.

48

Viktkalkyl för ramkonstruktion samt greppmoduler.

Genom att använda det inbyggda masskalkyleringsverktyget i programmet Autodesk Inventor Professional 2019 beräknas konstruktionernas vikter, se tabell 32. Grunden för vikterna utgörs av programmets förvalda viktvärde för stål som är 8000 kg per

kubikmeter, samt programmets uppskattning av volym för varje konstruktion. Då koncepten saknar ritningsunderlag ger de kalkylerade vikterna endast en fingervisning kring hur tunga de olika greppmodulerna är i förhållande till varandra.

Tabell 32: Uppskattade vikter.

Konstruktion Vikt (privat tillämpning) Vikt (industriell tillämpning)

Ram 9,8 kg 19,5 kg

Tunngrepp 0,6 kg 1,2 kg

Blockgrepp 3,6 kg 7,2 kg

Rörgrepp 1,8 kg 3,6 kg

Kongrepp 0,9 kg 1,9 kg

49

4. Diskussion

4.1 Val av greppmoduler.

De greppmoduler som tillsammans med ramkonstruktionen genomgick

modulutvecklingsprocessen motiveras med hänsyn till att de är varianter på dagens vanligaste tillämpningar. Det kan diskuteras huruvida de är de bästa att utnyttja ramkonstruktionens flexibilitet. Då arbetet begränsades till att inte inkludera

marknadsundersökningar och materialval finns det därför mer aspekter att ta hänsyn till vid val av greppmoduler för den färdiga produkten. Figur 44 ur katalogen ”Application basics for lifting tongs technical paper” visar en mängd olika greppmöjligheter som kan användas tillsammans med ramkonstruktionen som presenteras i denna rapport [11]. Då ramkonstruktionen är beräknad för applikationer där en klämkraft motsvarande dubbla vikten för lyftobjektet är den passande även för applikationer där en så hög klämkraft inte fordras.

Figur 44: Utdrag ur Bushmans katalog för lyftsaxar.

50

Ovanstående innebär att då det generellt finns 3 typer av principiella lyftsaxlösningar, se figur 45 som återfinns på sida 5 i bushmans katalog [11], så kan den presenterade ramkonstruktionen tillämpas för alla 3 typer av lösningar. Modifikationer kan givetvis utföras för att exempelvis spara material, ändra greppvidder och öka funktionaliteten.

Figur 45: De tre typerna av lyftsaxar, från vänster till höger: Stödjande, geometrisk anpassning och klämmande konstruktion.

51

4.2 Utformning av leder för den allmänna ramkonstruktionen

Det presenterade konceptet för ramkonstruktionen behandlar ej hur lederna, se figur 46, utformas. Det är av hög vikt att konstruktionen säkras samtidigt som skruvförbanden ej får dras åt så att ledernas rörelse hindras. CAD-konstruktionen har utformats där brickor fyller ut utrymmet mellan ramens armar. Hur skruvförbandet säkras diskuteras dock inte.

Möjliga lösningar för säkring av konstruktionens låsmuttrar inkluderar bland annat, nitning, limning och svetsning.

Figur 46: Ramkonstruktionens rörliga leder markerade med röda ringar.

Alternativt kan en distanshylsa, se figur 47, användas tillsammans med brickorna.

Distanshylsan dras åt med ett förutbestämt moment. Distanshylsorna stabiliserar armarna och styr glidningen till ytan mellan hylsa och konstruktionens mellanliggande arm. En nackdel med konstruktionslösningen är att det leder till att det uppstår en skillnad i hålstorlek mellan ramkonstruktionens yttre och inre armar vilket gör tillverkningen mer komplicerad och därför mer ekonomiskt belastande.

Figur 47: Konstruktionslösning för användning av distanshylsor.

52

4.3 Anpassning av skruvlängder

Det är ej önskvärt att skruvarnas längd sticker ut längre än nödvändigt från ramkonstruktionen. Samtidigt är det högst önskvärt att skruvarna finns att tillgå i lämpliga längder med en ogängad längd, se figur 48, som kan utnyttjas som ledtapp.

Det vill säga stå emot pålagd belastning samtidigt som den möjliggör rörelse i leden.

För att optimera skruvlängden återstår frågan om inte en lämplig kombination av dimension, skruvlängd och gängad längd återfinns för skruvförbanden, skall skruven kapas före eller efter montering. Lämpligt är att genomföra en montering med en pilotmodell för att på ett definitivt sätt avgöra hur stora modifikationer i skruvlängd som måste utföras för att uppnå önskat resultat.

Figur 48: Övre skruv = helgängad, undre skruv = halvgängad.

4.4 Handhavande av lyftsax

Ramens konstruktion är baserad på en användning där lyftobjektens tyngdpunkt ligger i mitten av lyftgapet, se figur 49. Detta är en begränsning som är viktig att poängtera då lyft av objekt vars tyngdpunkt ligger utanför denna punkt medför stora böjspänningar på ramens armar, böjspänning av detta slag tas det ej hänsyn till i arbetets

hållfasthetsberäkningar och dimensionering.

Figur 49: Greppmodulens verkanspunkt för korrekt handhavande. Pricken visar var greppmodulen skall grepp för korrekt användning, de vanligaste formerna, rör och låda används.

53

4.5 Underhåll

Modulariseringen av lyftsaxarna har ej bidragit till ett ökat behov av underhåll vid jämförelse av dagens standardlyftsaxar. Beroende på hur ofta greppmodulerna byts ut kan det eventuellt finnas grund för att utrusta hålen i skruvförbanden, se figur 50, med ett utbytbart slitageskydd.

Figur 50: Skruvförband för greppfäste.

4.6 Uppfyllande av produktspecifikation

Samtliga mål från produktspecifikationen går att uppfylla med den presenterade

lösningen. Detta förutsätter dock en viss mängd arbete som måste utföras utanför detta projekt. Dessa behandlas under rubrik 6. ”Framtida arbete”.

54

5. Slutsatser

Modularisering av lyftsaxar kan möjliggöras med hjälp av en ramkonstruktion anpassad efter ett skruvförband som tillåter byte av greppmoduler. Två utföranden av

ramkonstruktion som väger 10 kg respektive 20 kg och har greppvidden 400 mm tillåter laster på 235 kg respektive 500 kg med säkerhetsfaktor 2. 4 stycken konceptuella greppmoduler anses vara kompatibla med de resulterande konceptuella

ramkonstruktionerna.

För att på bästa sätt utnyttja möjligheten med byte av greppmoduler och därmed generera bäst lönsamhet bör marknadsundersökningar utföras för att säkerställa vilka typer av greppmoduler som är mest eftertraktade hos kundgrupperna.

55

6. Framtida arbete

För att förbereda presenterad konceptuell konstruktionslösning för vidare utvärdering och eventuell implementation i verksamheten bör följande arbete utföras.

Nedanstående punkter redovisas ej enligt en kronologisk ordning då flertalet av aktiviteterna bör utföras parallellt. Det presenterade återstående arbetet som ej

innefattas av examensarbetets begränsningar utfördes ej då det hade tagit för mycket tid i anspråk.

6.1 Marknadsundersökning

Marknadsundersökningar ingick enligt projektets begränsningar ej i planerat arbete och har således ej utförts. En marknadsundersökning är nödvändig för att identifiera vilka greppmoduler som är lönsamma.

6.2 Materialval

Materialval ingick enligt projektets begränsningar ej i planerat arbete och har således ej utförts. Falcken Forshaga och samarbetspartnern Forshaga svets och smide har material och leverantörer som de föredrar i dagsläget. Den enda begränsningen för materialvalet som måste tas i beaktning är att samtliga beräkningar för ståldetaljer är utförda med en antagen sträckgräns på 690 MPa.

6.3 Ritningsunderlag

Då det ej är klart vilka typer av greppmoduler som blir aktuella för produkten har

ritningsunderlag ej producerats. CAD-programmet har använts enbart som ett illustrativt verktyg för att visa hur modulariseringen kan användas vid produktframtagningen.

6.4 Beräkningsarbete baserat greppmoduler och materialval

Med resonemang hämtat från rubrik 6.1 och rubrik 6.2 måste det utföras ytterligare beräkningsarbete när valet av greppmoduler och material är färdigställt. Detta för att möjliggöra CE-märkning.

6.5 Säkerhetstestning med pilotmodell(er)

Då tillverkningen av fysisk prototyp ej ingick i det planerade arbetet enligt projektets begränsningar har säkerhetstestning ej utförts. Detta måste tillsammans med

beräkningsarbetet från rubrik 6.4 utföras för att säkerställa att produkten ej har brister som leder till säkerhetsrisker vid användning.

6.6 Konstruktionslösning för ramkonstruktionens leder

Hur lederna säkras utan att låsa dessa och därmed omöjliggöra rörelse av lederna måste bestämmas. Exempel på lösningar framgår i diskussionsdelen av denna rapport.

6.7 Val av standardkomponenter

Vilka komponenter som önskas användas samt leverantör för dessa behövs för att möjliggöra konstruktion av arbetets olika koncept samt framtida koncept. Endast exempel har behandlats i rapporten för att erbjuda uppdragsgivaren större valmöjligheter.

56

Referenser

1: Johannesson, H., Persson, J-G.& Pettersson, D. 2013. Produktutveckling-effektiva metoder för konstruktion och design.2.uppl. Stockholm: Liber AB.

2: Eriksson, M och Lilliesköld, J. 2013. Handbok för mindre projekt. Stockholm: Liber AB.

3: Arbetsmiljöverket. AFS 2008:3 Maskiner, Arbetsmiljöverkets föreskrifter om maskiner samt allmänna råd om tillämpningen av föreskrifterna. Stockholm: Arbetsmiljöverket; 2016- 12-13.

4: Arbetsmiljöverket. AFS 2012:2 Belastningsergonomi, Arbetsmiljöverkets föreskrifter och allmänna råd om belastningsergonomi. Stockholm: Arbetsmiljöverket; 2019-04-09.

5: Svenska Institutet för Standarder. Svensk standard SS – EN 13155+A2:2009, Lyftkranar – Säkerhet – Lösa lyftredskap. Stockholm: Svenska Institutet för Standarder; 2009-04-02.

6: Erlandsson, A., Erixon, G., von Yxkull, A., & Östergren, B.1994. Modulindela produkten – halverade ledtider och offensiv marknadsorientering. Stockholm: Sveriges

verkstadsindustrier.

7: Erixon, G. Fredriksson, J., Romson, L., & von Yxkull, A.1996. Modulindelning i praktiken.

Stockholm: Sveriges verkstadsindustrier.

8: Svenska Institutet för Standarder. Svensk standard SS – EN ISO 12100:2010,

Maskinsäkerhet - Allmänna konstruktionsprinciper – Riskbedömning och riskreducering (ISO 12100:2010). Stockholm: Svenska Institutet för Standarder; 2010-11-22.

9: Björk, K. 2017. Formler och tabeller för mekanisk konstruktion. 8. uppl. Spånga: Karl Björks förlag HB.

10: Sundström, B. 2005. Handbok och formelsamling i hållfasthetslära. 9. uppl. Södertälje.

Fingraf AB.

11: Bushman equipment inc. Technical papers [internet]. Menomonee falls: Bushman equipment inc; u.å [citerad 2020-05-17]. Hämtad från https://www.bushman.com/resources/.

57

Tackord

Examinand Oliver Griip Söderström riktar speciell uppskattning till följande personer och grupper för deras engagemang i projektet.

• Lennart Bergkvist har varit ovärderlig för feedback och idégenerering. Genom en stor erfarenhetsbas och hög kontaktbarhet har Lennart hanterat ansvaret som handledare på bästa tänkbara sätt.

• Daniel Falck har genom sitt förtroende för examinanden erbjudit denne en chans att visa prov på sin ingenjörsmässiga förmåga. Under arbetet har Daniel även varit anträffbar och svarat på frågor angående projektrelaterade beslut på ett tillfredställande sätt.

• Samtliga anställda på Falcken Forshaga samt Forshaga svets och smide har under examinationsperioden agerat på ett välkomnande sätt och även haft lokalerna öppna för examinanden under rådande pandemiska kris. För det fina bemötandet och förtroendet riktas speciell tacksamhet.

• Medexaminander inom handledargruppen har varit ovärderliga för att hålla motivationen uppe och ständigt blicka framåt under arbetets gång. Utstickande ur denna grupp är medexaminand Mats Larsson som har agerat som ett ovärderligt bollplank och framförallt en god vän under denna tid.

A1

Appendix

Bilaga A: Projektplan

Bakgrund

Projektet startas på uppdrag av Falcken Forshaga som är ett konstruktionsföretag som inriktar sig på konstruktion av lyftverktyg. Falcken Forshaga eftersöker en modularisering av en produktfamilj beståendes av lyftsaxar med liknande utformning men anpassade för olika maxlaster. Med modulariseringen önskar de även ge produkterna förmåga att anpassas efter vilket typ av objekt som är tänkt att lyftas. Exempel innefattar bland annat rör, murbruk, plankor, sten, motordelar (bil, båt) och metallkomponenter.

Idag finns en prototyp som Falcken Forshaga använder sig av i marknadsföringssyfte, figur 1 illustrerar de huvudsakliga funktionerna som eftersöks i den nya konstruktionen.

6. Handtag/lyftögla: Beroende på kundgrupp är det önskvärt med olika typer av kapabilitet för olika fästanordningar.

7. Arm: Förbinder samtliga av konstruktionens moduler med varandra.

8. Låsningsmekanism: Låser lyftsaxen i det läge där den upptar minst plats vertikalt.

9. Greppande del: Här önskas möjlighet till byte av grepptyp.

10. Infästning för greppmodul: Fäster greppmodulen till den övriga konstruktionen.

Figur 1: Lyftsaxprototyp konstruerad och tillverkad av Falcken Forshaga.

A2

Syftet med de olika lastkapaciteterna är att tillfredsställa kundgrupper inom både industri och detaljhandeln. Specificeringen av maxlasterna för lyftsaxarna kommer därför att

senareläggas till dess att de med hjälp av någon form av kundundersökning kan motiveras.

Ett övergripande syfte är dessutom att förenkla dokumentationen och lagerhållningen kring produkterna samt förenkla produktionen av lyftverktygen och därmed öka förtjänsterna vid försäljning.

Mål

Projektets målsättningar summeras enligt nedanstående punktlista.

• Leverera en konstruktionslösning för modularisering av lyftsaxar till uppdragsgivaren Falcken Forshaga.

• Lyftsaxarna utformas för att klara av olika belastningar.

• Konstruktionen utformas så att lyftsaxarna kan anpassas för att lyfta laster av olika geometrier.

• Dokumentera arbetet i en rapport som skall godkännas av och muntligt presenteras för Karlstads universitet.

Projektet anses vara avslutat vid inlämning av slutrapporten 5/6-2020. Deadlines och delmål behandlas under rubriken ”projektmodell”.

Avgränsningar

Projektet begränsas till konstruktionen av en modulariseringslösning för projektfamiljen.

Projektet innefattar ej:

• Produktionsmetoder

• Materialval

• Tillverkning av fysisk prototyp

• Marknadsförande åtgärder

Fördjupningsområden

Förenkling och modularisering av produktfamiljen får anses vara de områden inom projektet som leder till ett fördjupat arbete. För modulariseringen innebär det bland annat utökade kunskaper kring tillverkningsmetoder, användning av standardkomponenter samt

lagerläggningen av tidskritiska detaljer. För att upprätthålla rådande säkerhetsföreskrifter kommer även information gällande, lyftverktyg, maskindirektivet och eventuellt CE-märkning