1
INSTITUTIONEN FÖR TEKNIK OCH BYGGD MILJÖ
Ny utformning av valsator
Tony Ståhl
2008-05-19
15hp, C-nivå
maskinteknik
Handledare: Matz Lenner, Högskolan i Gävle Niklas Ljung, Sandvik AB Examinator: Matz Lenner, Högskolan i Gävle
2
Förord
Den här rapporten är resultatet av ett examensarbete utfört på Sandvik AB, i Sandviken. Uppdragsgivare är Niklas Ljung, konstruktionsledare på Sandvik Materials Technology. Examensarbetet avslutar mina studier till Maskiningenjör vid Högskolan i Gävle. Arbetet har gett mig möjlighet att tillämpa teoretiska kunskaper inför arbetslivet som väntar. Jag har fått möjlighet att jobba självständigt samt ta egna beslut och initiativ. Arbetet har utförts från och med vecka 13 till vecka 22.
Jag vill härmed tacka Christer Malmesjö, Niklas Ljung och andra anställda på Sandvik AB som hjälpt mig med mitt arbete.
Slutligen vill jag även tacka Matz Lenner, handledare från Högskolan i Gävle.
Matz har hjälpt mig att komma igång ordentligt och inte bara skena iväg.
Gävle (år-mån.-dag) ________-____-____
____________________
Tony Ståhl
3
Abstract
Sandvik AB is a global industrial group with advanced products and world-leading positions in selected areas. In one of their factories, who is located in Sandviken they are making drill steel. The drill steel is produced in rolling-mill equipment that consists of one reversible duet rolling-mill, one trio rolling-mill and seven duet rolling-mill. To handle the very hot drill steel at the trio rolling-mill they use a construction called Valsator. This valsator is a construction that was made in the start of the 70´s, which make it out-of-date, when it comes to control and adjust it.
The equipment has now been in use for a very long time, which on latter years has resulted in increased costs of maintenance. This degree project describes the work to find a new method to handle the drill steel at the triorolling-mill.
Sammanfattning
Sandvik AB i Sandviken valsar på en av sina avdelningar borrstålsmaterial.
Valsverksuppsättningen består av ett reversibelt duovalsverk, ett triovalsverk och sju stycken duovalsverk. Vid triovalsverket förflyttas hetan mellan sticken med en så kallad valsator. Denna valsator är en konstruktion från början av 70-talet, vilket gör den omodern styrnings - och inställningsmässigt. Anläggningen har nu varit i drift under en lång tid och det har på senare år medfört en ökad underhållskostnad.
Denna uppsats redovisar arbetet med att finna en alternativ metod för att hantera (förflytta) hetan vid triovalsverket.
4
Innehållsförteckning
1 Inledning ... 7
1.1 Företaget ... 7
1.2 Borrstål ... 7
1.3 Tillverkningsprocessen ... 9
1.4 Syfte/Mål ... 10
2 Avgränsning ... 11
3 Teoretisk referensram... 12
3.1 Vetenskapsteori ... 12
3.2 Vetenskapliga synsätt ... 12
3.3 Vetenskapliga slutsatser ... 13
3.4 Datainsamlingar ... 13
3.5 Litteraturstudier ... 13
3.6 Intervjuer ... 13
3.7 Observationer ... 14
3.8 Produktutveckling ... 14
4 Metod ... 15
4.1 Planering och informationssamling ... 15
4.2 Flödesanalys ... 16
4.3 Sökning efter tänkbara lösningar ... 16
4.4 Vidareutveckling ... 16
4.5 Avslutningsvis ... 17
5 Valsenheter ... 18
5.1 Reversibelt duovalsverk ... 18
5.2 Triovalsverk ... 18
5.3 Duovalsverk ... 19
6 Valsatorn ... 20
6.1 Hur gör man vid andra Triovalsverk? ... 22
7 Problemställning ... 23
7.1 Inställningsmässigt ... 23
7.2 Vridning av hetan ... 23
8 Funktionslista ... 24
9 Kravspecifikation ... 25
9.1 Kravspecifikation för den nya lösningen ... 25
10 Flödesanalys ... 26
10.1 Sammanfattning av flödesanalysen ... 30
11 Lösningsförslag ... 31
5
11.1 Förslag 1 ... 32
11.2 Förslag 2 ... 33
11.3 Förslag 3 ... 34
11.4 Förslag 4 ... 35
12 Vidareutveckling ... 36
12.1 Cykeltiden ... 36
12.1.1 Förslag 1 ... 36
12.1.2 Förslag 2 ... 37
12.1.3 Förslag 3 ... 37
12.1.4 Förslag 4 ... 38
12.2 Relativ utvärdering ... 39
13 Resultat ... 41
13.1 Konstruktionen ... 41
13.2 Händelseförloppet ... 44
14 Slutsatser och diskussion ... 45
15 Förslag på fortsatt arbete ... 46
Referenser ... 48
Bilagor ... 49
Bilaga 1: begreppsdefinition ... 49
Bilaga 2: Funktionslista ... 50
Figurförteckning
Figur 1: Drill rig Sandvik DS410. ... 8Figur 2: Färdiga borrstänger. ... 8
Figur 3: Från skrot till borrstål ... 9
Figur 4: Reversibelt duovalsverk ... 18
Figur 5: Triovalsverk ... 18
Figur 6: duovalsverk ... 19
Figur 7: flödesschema för valsningen ... 26
Figur 8: Flödet genom Par 1 ... 28
Figur 9: Förslag 1 ... 32
Figur 10: Förslag 2 ... 33
Figur 11. Förslag 3 ... 34
Figur 12: Förslag 4. ... 35
Figur 13: Cykeltid för valsatorn. ... 36
Figur 14: Cykeltid för förslag 1. ... 37
6
Figur 15: Cykeltid för förslag 4. ... 38
Figur 16: Modell på förslag 1... 42
Figur 17: Domkrafter, gripklorna och cylindrar för dimensionsinställningen. ... 43
Figur 18: Hydraulcylindrar som sköter vridningen av axel till gripklo. ... 43
Figur 19: Skenorna som bottenplattan förflyttar sig på. ... 43
Figur 20: Flödet genom Par 2... 44
Figur 21: Flödet med valsator. ... 46
Figur 22: Flödet med två duovalsverk. ... 46
Figur 23: Skiss på hur det vanligtvis ser ut vid ett triovalsverk (se även figur 9). .. 47
7
1 Inledning
1.1 Företaget1
Sandvik AB är ett världsledande företag när det gäller materialbearbetning,
bergavverkning och materialteknik. Företaget bildades 1868 under namnet Sandvikens Jernverks AB (nuvarande namn från 1972). Initiativtagare var Göran Fredrik Göransson, som 1858 var först i världen med att framställa användbara göt efter bessemermetoden. I dag är Företaget indelat i tre affärsområden, Tooling, Mining and Construction samt Materials Technology. Antalet anställda uppgår till ca.47000st. Koncernen är verksam i 130 länder och omsätter cirka 86 miljarder kronor.
Affärsområdet Tooling består av två produktområden, Sandvik Coromant och Sandvik Hard Materials. Sandvik Coromants inriktning är att tillverka och utveckla verktyg i hårdmetall, keramik och kubisk bornitrid.
Verktygen används inom skärande bearbetning. Sandvik Hard Materials har som specialitet att ta fram verktyg och komponenter i hårdmetall till områden som t.ex. bil och flyg industrin.
Mining and Construction inriktar sig på utrustning, verktyg och service för gruv- och anläggningsindustrin.
Materials Technology tillverkar och utvecklar produkter i rosfritt stål, speciallegeringar och motståndsmaterial. Produkterna är bl.a. rör, band och stång.
1.2 Borrstål
Inom affärsområdet Sandvik Materials Technology finns ett varmvalsverk
(Finvalsverk 73) som tillverkar borrstänger. Borrstängerna används till exempel vid arbete i gruvor (Fel! Hittar inte referenskälla.)2. Borrstängerna har en utvändig gänga i ena änden samt ett maskinfäste i den andra. Dessa stänger kan sen skarvas ihop med en speciell skarvhylsa till valfria längder. Med en borrkrona monterad på
1 http://www.sandvik.se
2 http://www.miningandconstruction.sandvik.com
8 gängan, och fästet till maskinen i den andra änden är borren komplett att användas (Figur 2)3. Borrstålet har även ett invändigt genomgående hål så att kylvatten ska kunna ta sig fram till borrkronan. När kylvattnet har nått borrkronan spolas det tillbaka ut genom det borrade hålet utanför borrstålet och tar då med sig resterna från berget. Borrstålen tillverkas med två olika tvärsnitt, cirkulära och hexagonala.
De cirkulära har ett dimensionsområde på 30-80mm i diameter medan de hexagonala har en nyckelvidd på 22-35mm. Längden är som mest 14m.
3 http://www.miningandconstruction.sandvik.com Figur 1: Drill rig Sandvik DS410.
Figur 2: Färdiga borrstänger.
9 1.3 Tillverkningsprocessen
Tillverkningen av borrstål (Figur 3) startar med att noga utvalt stålskrot smälts i en ljusbågsugn. Det smälta stålet transporteras sedan i en konverter till stränggjutningen. Där töms smältan i en gjutlåda som kontrollerar flödet in i den kylda kokillen. Smältan transporteras genom kokillen medan den stelnar och ut kommer kvadratiska strängar av stelnat stål. Dessa strängar kapas upp i längder om 4m som sedan går vidare till Götverket där de på nytt hettas upp för att sedan smidas till tunnare runda ämnen. Innan ämnena skalsvarvas och borras genomgår de en anlöpning, och när sedan ämnena når finvalsverk 73 stoppas en kärna in i hålet. Därefter värms ämnet återigen upp för att slutligen valsas till färdig dimension och form. När detta är gjort har ämnet blivit till ett borrstål. Efter valsningen tas kärnan bort och man har då det invändiga hål som är till för kylvattnet.
Efterbehandlingen består av riktning samt bearbetning av gänga och fäste.
Figur 3: Från skrot till borrstål
10 1.4 Syfte/Mål
Syftet med detta examensarbete blir att hitta en lämplig metod för att hantera hetan vid Finvalsverkets triovalsverk. Metoden ska kunna integreras i valsverkets befintliga styrsystem. Den ska även ta hänsyn till rådande omständigheter och eventuella situationer som uppkommer i valsverkets produktion.
Målet är att presentera en tekniskt fungerande lösning av modernt snitt.
11
2 Avgränsning
För att få fram ett väl genomtänkt förslag krävs att man ser till hela processen och inte bara till en litet individuellt moment. I detta examensjobb har det inte funnits tid till att ta med mer än själva valsanläggningen. Att avgränsningen inte bara blir hanteringen av hetan vid trioparet beror på att denna hantering är en del i
valsningen. Alla enskilda moment i valsningen är beroende av de övriga momenten. Eftersom det här handlar om ett kontinuerligt flöde genom hela valsningen kan man inte bortse från de övriga momenten i valsningen. Däremot kan en avgränsning göras till valsanläggningen då det finns mellanlager både före och efter den. Det har även bortsetts från stegbalksugnen precis före valsningen.
Den största delen av arbetet handlar om hanteringen av hetan vid triovalsverket, då det är huvuduppgiften i detta examensarbete.
12
3 Teoretisk referensram
Detta kapitel tar upp lite av vetenskapens grunder, samt andra teoretiska metoder som kan användas vid det fortsatta arbetet.
3.1 Vetenskapsteori
Vetenskapen är långtifrån enkel. Det finns alltid något som inte stämmer i den mest eleganta och förföriska teorin. Vetenskapen går ut på att ta reda på hur det förhåller sig i verkligheten. Med detta finns ett problem som kan sammanfattas i två
självklarheter:
1. Vetenskapen söker sanningen.
2. Vetenskapen går ständigt framåt.
Det vetenskapliga problem som då uppstår är att om vetenskapen alltid går framåt, kan vi ju inte veta något säkert. Torsten Thurén skriver i sin bok4 ”Om gårdagens sanningar är dagens osanningar, kan dagens sanningar vara morgondagens osanningar”. Den vetenskapliga sanningen är därmed provisorisk och med citatet får man ett litet begrepp om hur invecklad vetenskapsteorin kan vara.
3.2 Vetenskapliga synsätt
Det finns i huvudsak två viktiga vetenskapliga synsätt, positivism och hermeneutik.
Enligt positivismen finns endast två källor till kunskap, det vi kan iaktta med våra sinnen och det vi kan räkna ut med vår logik. Iakttagelser och påståenden ska granskas kritiskt och sedan analyseras logiskt för att kunna dra slutsatser5.
Hermeneutiken (tolkningsläran) grundar sig på tolkningar av vad människor sagt eller skrivit. Enligt Thurén6 är tolkningar av andra människors känslor och upplevelser, utifrån sina egna känslor och upplevelser, ganska osäkra eftersom de inte kan testas intersubjektivt. Å andra sidan kan tolkningen bli djupare och mer omfattande än vid den positivistiska kunskapen.
4 Thurén, T., 1992. (sid.11).
5 Thurén, T., 1992.
6 Ibid.
13 3.3 Vetenskapliga slutsatser
Inom vetenskapen finns två olika sätt att dra slutsatser, induktion och deduktion.
Induktion bygger på empiri, vilket innebär att man drar allmänna och generella slutsatser utifrån erfarenhetsmässiga fakta. Deduktion innebär att man drar en logisk slutsats som betraktas som giltig om den är logiskt sammanhängande. Dessa slutsatser behöver däremot inte vara sanna och överensstämma med verkligheten7.
3.4 Datainsamlingar
Datainsamlingen består i huvudsak av två typer av data, primärdata och sekundärdata. Primärdata är den data som samlas in av den eller de som utför arbetet. Detta sker vanligtvis under arbetets gång och omfattar intervjuer,
observationer och enkäter. Sekundärdata är data som redan finns insamlat av någon annan. Dessa data är oftast avsett för något annat ändamål och finns tillgänglig i exempelvis litteratur, statistik och vetenskapliga artiklar.
3.5 Litteraturstudier
Litteratur avser det som kan läsas i böcker, tidningar, tidsskrifter och broschyrer.
Genom att studera litteratur kan stora mängder data samlas in under en relativt kort tid. Litteratur är sekundärdata och det medför att den måsta ifrågasättas. Frågor att ta ställning till är om litteraturen är aktuell, om källan är betrodd och om den har någon vetenskaplig grund. Den vetenskapliga grunden finns bland annat i böcker som är skrivna av experter inom det specifika området samt vetenskapliga tidsskrifter och doktorsavhandlingar.
3.6 Intervjuer
Intervjuer kan ske vid direktkontakt, via telefon eller e-post. En intervju kan vara strukturerad semi-strukturerad eller ostrukturerad. Vid en strukturerad intervju är alla frågor klara på förhand och tas upp i en viss ordning. Vid en Semi-strukturerad intervju behöver bara ämnesområdena vara klara och frågorna formuleras löpande beroende på vilket svar som fås. Med en ostrukturerad intervju menas att det på förhand inte är klart med vilka frågor som ska ställas och intervjun liknar mer ett
7 Thurén, T. 1992
14 formellt samtal. Frågorna kommer då upp under intervjuns gång och det blir ofta många följdfrågor. Vid en ostrukturerad intervju bör det finnas kunskap om problemet redan innan intervjun.
3.7 Observationer
Observationer används när ett fenomen behöver studeras i sitt naturliga sammanhang. Observationer kan göras antingen öppet, när de observerade är medvetna om att de är observerade, eller dolt. Vid en dold observation är de observerade inte är medvetna om att de är objekt för undersökningen.
Observationer ger en klar bild av vad som sker och det kan skilja sig från vad olika personer säger sig ske.
3.8 Produktutveckling
Produktutveckling är ett stort begrepp där man har stor nytta av att arbeta systematiskt. När väl funktionerna har identifierats är det dags att hitta lösningar och idéer till funktionerna. Här följer en tänkbar arbetsmetod8 för att utveckla lösningar och utveckla dessa till bra koncept:
1. Gör en lista över funktionerna: Se till att få med alla funktioner. Detta kan göras på olika sätt t.ex. genom direkt lista, hierarkisk struktur eller funktionsstruktur.
2. Sök efter tänkbara lösningar till varje funktion: Görs med fördel genom litteratursökning, internet, gallerimetoden eller brainstorming.
3. Kombinera tänkbara lösningar: Här kan lösningarna ställas upp mot funktionerna i en morfologisk matris. Vid för många kombinationer kan en grovgallring eller utvärdering först göras.
4. Utvärdera och vidareutveckla till färdigt koncept: här finns bra metoder att tillgå t.ex. relativ eller absolut utvärdering.
Efter dessa steg är det förstås mycket kvar att göra innan man har en färdig produkt. Detta arbete kommer dock inte att sträcka sig längre än så.
8 Forsman, D. (2006).
15
4 Metod
Detta kapitel tar upp de metoder och det tillvägagångssätt som använts vid genomförandet av detta examensarbete.
4.1 Planering och informationssamling
Att ha en bra planering gör att arbetet blir strukturerat och lättare att genomföra.
Planeringen är något av det första som görs i ett projektarbete. I detta arbete har informationsinsamlingen och planeringen delvis gjorts parallellt. Vartefter information om vad som bör göras inkommit, har planeringen uppdaterats. När planeringen av de moment som behöver göras var klar kunde man relativt enkelt se vilka avgränsningar som krävdes för att hinna bli klar i tid.
Informationsinsamlingen har gjorts kontinuerligt genom hela arbetet. Den har bestått av både primärdata och sekundärdata. Insamling av primärdata har i huvudsak gjorts genom intervjuer med personer som på ett eller annat sätt har en inblick i produktionen på Finvalsverk-73. Intervjuer har även gjorts med personer som inte arbetar på Sandvik, men som har erfarenhet av att bygga och konstruera valsverk. Intervjuerna har varit semi-strukturerade och ostrukturerade. Ytterligare primärdata samlades in genom observationer vid Finvalsverk-73.
Insamling av sekundärdata har skett genom att studera ritningar på valsverket.
Ytterligare hjälp vid insamling av sekundärdata har varit litteraturstudier och sökningar på internet.
16 4.2 Flödesanalys
Under den inledande informationsinsamlingen framkom det att cykeltiden vid triovalsverket behöver minskas. Detta har lett till att en flödesanalys för
valsanläggningen har gjorts. Analysen har visat vid vilka moment det går att spara tid. Den har även gett en uppfattning om med hur mycket cykeltiden skulle kunna minskas.
Flödesanalysen har gjorts genom klockstudie och den så kallade
nollställningsmetoden9 har använts. Klockstudien har gjorts öppet, det vill säga alla operatörer var medvetna om att det utfördes en klockstudie. En mer ingående beskrivning av flödesanalysen finns i kapitel 10.
4.3 Sökning efter tänkbara lösningar
För att hitta tänkbara lösningar har det utgåtts från flödesanalysen och en
funktionslista. Funktionslistan är en lista som tagits fram där alla funktioner som krävs för att genomföra operationen finns med. Detta har legat till grund för att få fram fungerande lösningar. Egna idéer och idéer från Sandviks personal har varit mest givande, men även samtal med vänner och bekanta har lett fram till tänkbara lösningar.
4.4 Vidareutveckling
Med de tänkbara lösningarna har arbetet gått vidare genom att jämföra dessa mot varandra. Metoden kallas Relativ utvärdering eller Pugh10. Den har fått sitt namn efter professor Stuart Pugh. Idén med metoden är att det är enkelt att jämföra idéerna med varandra (relativt varandra) i förhållande till kraven och önskemålen.
Det har även förts en diskussion med handledaren på företaget om vilka lösningar som vore tänkbara.
En kort vidareutveckling av en lösning har gjorts för att uppdragsgivaren enkelt ska förstå hur det är tänkt att fungera. Detta gör eventuellt fortsatt arbete mindre omfattande.
9 L, Hågeryd. S, Björklund. M, Lenner. (2005).
10 Forsman, D. (2006).
17 4.5 Avslutningsvis
Slutligen kommer en diskussion om vad som har varit bra/dåligt och vad kunde ha gjorts annorlunda. Det finns också ett förslag på fortsatta studier som är resultatet av en idé som kommit fram under arbetets gång.
Genom hela arbetet har det funnits ett vetenskapligt synsätt som är riktat både mot det positivistiska och mot det hermeneutikiska synsätten. De båda synsätten har gått hand i hand och kompletterat varandra för att få en så bra slutsats som möjligt.
18
5 Valsenheter
Valsverksanläggningen som finns på finvalsverk 73 består av ett reversibelt duovalsverk, ett triovalsverk och sju stycken duovalsverk. Valsverksanläggningen hanterar varma ämnen som har en utgångsdiameter på cirka 100-180mm. För att öka förståelsen för dessa uttryck kommer här en förklaring på de ingående valsverken i valsverksanläggningen.
5.1 Reversibelt duovalsverk
Ett reversibelt duovalsverk (figur 4) är ett valsverk som består av två stycken valsar med reversibel valsriktning. Vid valsning av stänger betyder det att flera stick kan utföras vid samma enhet om valsarna har flera spår. Stängerna går då igenom valsarna i ett av spåren och förflyttas sedan ett steg vinkelrätt mot valsriktningen för att sedan gå tillbaka igenom valsarna i nästa spår.
5.2 Triovalsverk
Detta valsverk består av tre stycken valsar (figur 5).
Valsarna roterar endast i en riktning. En
riktningsförändring av hetan sker istället då den efter stick 1, som till exempel sker mellan den nedre och den mellersta valsen, förflyttas till stick 2. Stick 2 sker då mellan den övre och den mellersta valsen.
Figur 4: Reversibelt duovalsverk
Figur 5: Triovalsverk
19 5.3 Duovalsverk
Duovalsverk (Figur 6) har många gånger bara ett spår.
De kan används när man vill ha en kontinuerlig valssträcka, där valsenheter är placerade efter varandra och valsningen sker kontinuerligt genom dessa. På Finverk 73 handlar det om valsverk med två valsar som är utplacerade i en linje efter varandra. För att få till en bättre form på stängerna har vissa enheter horisontella valsar och vissa har vertikala valsar. Stängerna kan här vara i ingrepp vid flera enheter samtidigt, vilket betyder att hastigheten på de olika enheterna måste anpassas till förlängningen av stängerna.
Figur 6: duovalsverk
20
6 Valsatorn
Valsatorn är den del i valsverksanläggningen som förflyttar valsämnet mellan det första och andra sticket vid triovalsverket. Den nuvarande valsatorn är avancerad i sin konstruktion och därför förklaras funktionen endast grovt. Triovalsverket kallas par 2 och valsämnet som passerar igenom kallas hetan. Triovalsverkets valsar är utformad med 7 olika ingångsspår och 7 olika utgångsspår. Detta täcker upp för alla olika dimensioner plus att det finns fler spår för de dimensioner som det körs mycket av. Valsarnas spår är placerade så att förflyttningen blir densamma oavsett dimension och ingångsspår. Enligt ritningar på triovalsverkets valsar (Figur 7) handlar det om en förflyttning på ca.600mm i horisontalplanet och ca.450-500mm i vertikalplanet.
Figur 7: Måttskiss på valsarna vid triovalsverket.
När valsarnas spår blivit utslitna byter man ut den slitna mellanvalsen mot en ny.
Den har då blivit sliten i alla spåren (Figur 7). Den övre och undre valsen har däremot inte blivit sliten mer än på halva dess längd. Dessa två valsar byter man då plats på, vilket gör att slitningen kommer att ske på den andra halvan.
Stick2, 7st spår
Stick1, 7st spår Övre vals
mellanvals
Undre vals
21 När hetan går in i något av de 7 ingångsspåren vid triovalsverkets två nedre valsar hamnar den på en av valsatorns fyra rullbanor (figur 8). Två av rullbanorna används vid ovala hetor medan de andra två rullbanorna används till fyrkantiga hetor. Rullarna på rullbanan har en form som gör att hetan inte roterar. När hetan stannat på rullbanan vickar klaffar över hetan till ytterligare en rullbana, placerad intill den första, samtidigt som hetan roterar 90grader. De båda rullbanorna går sedan med hjälp av motorer, hydraulikcylindrar och länkarmar i en cirkelbåge upp till positionen för motsvarande utgångsspår. Där skickar rullbanan iväg hetan genom triovalsverkets två övre valsar. Innan proceduren kan upprepas måste valsatorn tillbaka till utgångsläget. Valsatorn har även en justering i horisontell ledd, för att kunna använda alla 7 spåren. Denna justering görs med hjälp av hydraulcylindrar.
Figur 8: En snittvy på valsatorn i det övre läget.
Rullbanerullar Täckplåt
Hydraulcylinder för dimensionsinställning
22 6.1 Hur gör man vid andra Triovalsverk?
I triovalsverk används normalt inte den här typen av utrustning för att hantera hetan. Det som gör det här fallet lite speciellt är den långa sidoförflyttningen.
Triovalsverk som byggs idag har oftast bara två spår och får då istället en sidoförflyttning på ca.100-150mm. Detta gör att det går att använda sig av en betydligt enklare konstruktion. Vid en kort sidoförflyttning används oftast en rullbana som har en fast men ledad punkt i den bortre änden av rullbanan (figur 9).
När hetan nått rullbanan vickas den precis som med valsatorn över till intilliggande rullbana. Sen skjuts den främre delen på rullbanan, närmast triovalsverket, rakt upp till det övre valsparet där hetan bara behöver matas in.
Figur 9: Skiss på hur det vanligtvis ser ut vid ett triovalsverk
Anledningen till att valsarna vid Sandviks triovalsverk har fått den utformningen som den har, är för att det ska gå att köra flera olika dimensioner utan att behöva byta valsar. Utformningen tillåter också fortsatt produktion även då vissa valsspår har blivit utslitna.
Hydraulcylinder för höjning av rullbana
Rullbanor
Ledat fäste till rullbana Triovalsverk
23
7 Problemställning
Den valsator som i dagsläget är i drift vid Finvalsverk 73 har använts under en mycket lång tid, vilket har medfört stora underhållskostnader. Valsatorn har även begränsningar när det gäller inställningarna. Vridningen av hetan har också sina brister.
Detta kapitel tar upp de problem som finns hos dagens valsator. Det alternativ till Valsatorn som slutligen presenteras ska därmed fungera bättre på dessa punkter.
7.1 Inställningsmässigt
Ett av de problem som finns idag är att förflyttningen av hetan i vertikal ledd varierar mellan 450-500mm. Variationen beror på att valsarna har en diameter på 500mm när de är nytillverkade och en diameter på 450mm när de inte kan användas mer. När valsarna slitits ut så monteras de bort och svarvas av för att återigen kunna användas. Därmed kommer diametern på valsarna att hela tiden minska till dess att de blir 450mm. Detta är idag ett problem då det på valsatorn inte finns någon inställning på hur lång den vertikala förflyttningen ska vara.
Valsatorn har en fast förflyttning på 500mm vilket resulterar i att hetan inte träffar spåret vid valsarna korrekt. Det finns dock en inställningsmöjlighet på själva valsvalsverket. Den innebär att man höjer eller sänker hela valsvalsverket. På så sätt halveras sträckan som hetan bommar spåret med. Trots detta bommar hetan spåret med cirka 25mm. En förbättring av detta skulle göra att det blev mindre störningar i driften. Idag krävs det att personal ibland får gå fram och styra in hetan manuellt.
7.2 Vridning av hetan
Vridningen av hetan sker idag med hjälp av klaffar som befinner sig i rullbanan.
Dessa klaffar har två uppgifter, den första är att flytta över hetan till intilliggande rullbana och den andra är att rotera hetan 90°. Att flytta över hetan till den andra rullbanan är inget problem, men däremot att samtidigt rotera hetan 90° ställer ibland till lite problem. Det är meningen att hetan ska glida av klaffarna när de börjar vicka och sedan nå den andra rullbanan när klaffarna vickat 90°. Det händer idag att hetan börjar rulla på klaffarna istället för att glida och det medför att vridningen av hetan inte blir 90°.
24
8 Funktionslista
För att den nya lösningen ska fungera krävs det att den innehåller de moment som måste ske. För att få det klart och tydligt har en funktionslista tagits fram. Den är gjord genom en så kallad direkt lista11. Det betyder att man från början till slut skriver ned vilka funktioner som måste ingå. Tar man det från början d.v.s. när hetan ska till att gå igenom stick 1 och fortsätter till dess att nästa heta kommer igenom stick 1, så ser funktionslistan ut på följande sätt:
1. En funktion som talar om vilken dimension och ingångsspår som är aktuell.
2. En inställningsmöjlighet så att rätt dimension och ingångsspår används.
3. Signal som talar om att det är klart att mata in hetan i stick 1.
4. Hetan ska matas in i stick 1.
5. När hetan kommer igenom stick 1 måste det finnas något som tar emot den.
6. Signal som talar om att hetan har gått igenom stick 1.
7. Hetan måste stanna när den gått igenom stick 1.
8. Signal på att hetan har stannat.
9. En vridning på 90° av hetan ska ske någon gång mellan stick 1 och stick 2.
10. Hetan ska förflyttas till stick 2.
11. Signal på att hetan nått position för stick 2.
12. Hetan ska matas in i stick 2.
13. Signal på att hetan har gått igenom stick 2.
11 Forsman, D. (2006)
25
9 Kravspecifikation
En kravspecifikation för den nya lösningen har tagits fram. Denna
kravspecifikation kommer att vara något av en mall som förslagen kan jämföras mot. Klarar förslagen det som angivits i kravspecifikationen så är de sannolikt värda en vidare utveckling. Kravspecifikationen bygger på samtal med personal på Finvalsverk 73, samt Sandviks handledare och konstruktionsansvarig Niklas Ljung.
Den bygger också på uppdragsbeskrivningen och problemställningen.
9.1 Kravspecifikation för den nya lösningen
Maximalt utrymme: längd 10m, bredd 5,5m, höjd 3m.
Inställning för olika dim: Horisontellt 451mm.
Vertikalt 50mm (om möjligt).
Förflyttning av heta: Horisontellt 600mm.
Vertikalt 450-500mm.
Vridning av heta: 90° i valfri riktning.
Längder: Klara hantering av längder på upp till 10m.
Lyftkraft: ca.500kg.
Cykeltid: En minskning med cirka 15 % gentemot nuvarande valsator.
Styrsystem: Integrerbart i befintligt valsverk.
26
10 Flödesanalys
Enligt uppgiftsbeskrivningen för detta ex-jobb är valsatorn även en flaskhals i valsverket. Detta finns det dock delade meningar om beroende på vilken person man pratar med och därför har en analys av materialflödet genomförts. Med tanke på känslig information om vissa detaljer i tillverkningen kan det dock inte
presenteras några tider på de olika momenten i valsningen. Nedan följer dock en förklaring på vad som gjorts och vilka slutsatser man kan dra av analysen.
Under samtal med personal vid valsverket har det framkommit att valsatorn upplevs som en flaskhals vid tillverkning av en viss dimension. Den dimension det handlar om har en längd av 10m efter stick 1 vid triovalsverket. Längden efter stick 2 vid triovalsverket är för denna dimension 15m. Eftersom detta är den längsta hetan som körs har den också den längsta ingreppstiden vid triovalsverket. Utifrån dessa fakta har tidsstudien gjorts på just denna dimension. Enligt figur 10 nedan kan borrstålets väg genom valsverket beskådas. Förkortningarna Rb1, Rb2 o.s.v.
betyder rullbana 1, rullbana 2 o.s.v. där det står Öf framför siffran betyder det att det är överföring 1, överföring 2 o.s.v. Par1 är det första valsverket som hetan passerar, sedan kommer par2 o.s.v.
Figur 7: flödesschema för valsningen
27 Vid en eventuell förkortning av cykeltiden för Par 2 (triovalsverket), kommer andra operationer att bli styrande för totala genomloppstiden. Det kommer med andra ord att uppstå nya flaskhalsar. Enligt samtal med Sandvik är det av stor vikt att ersätta den nuvarande valsator med något som är snabbare. Men den viktigaste delen är dock att hitta något som har en enklare konstruktion och som kan minska
underhållskostnaderna. Dagens valsator fungerar inte tillfredsställande och det går åt mycket tid när den krånglar med vridningen av ämnet.
Flödesschemat ovan visar alltså borrstålets väg genom valsningen. Det finns idag totalt tre ytterligare moment i valsanläggningen som har varit intressanta vid analysen. Dessa är par 1, Öf 1 och Öf 2. Övriga moment är inte aktuella för att bli en ny flaskhals.
Efter genomförandet av tidsstudien har beräkningar gjorts på cykeltiderna för de aktuella momenten. Tabell 1 visar vilka tider som ingår i respektive moment. Dessa tider har sedan adderats för att få fram cykeltiden. För att inte redovisa för mycket känslig information har Par 2:s cykeltid satts till att vara 1. De övriga cykeltiderna är antingen kortare (under 1) eller längre (över 1). Par 1:s ingående tider redovisas i tabell 2.
Par 2 Cykeltid: 1
Överföring 1 Cykeltid: 0,869
Överföring 2 Cykeltid: 0,914
Tid för Rb4 Tid för Rb 8 Tid för Rb10
Ingreppstid för par2,
stick1 väntetid före Öf 1 väntetid före Öf 2
Tid för Rb5 Tid för Öf 1 Tid för Öf 2
Väntetid innan
valsatorn startar väntetid efter Öf 1 väntetid efter Öf 2 Tid på valsatorns
rörelse Tid för Rb9 Tid för Rb11
Väntetid innan Rb6 Ingrepp Par2, stick2 Tid för valsatorn att gå
tillbaka
Tabell 1: Tider som ingår i cykeltiden för valsator och efterliggande moment
28 Tabell 1visar att Öf 1 och Öf 2 går snabbare än valsatorn. Detta medför att
cykeltiden för par 2 kan minskas med 8,6 % innan det blir Öf 2 som blir styrande för processen. Par 1 ligger före valsatorn i flödet genom valsanläggningen. I figur 11 visas flödet genom par 1.
Figur 8: Flödet genom Par 1
29 Mellan varje stick vänds hetan över till nästa rullbana genom ett klaffsystem.
Vändtiden är helt beroende på vilken operatör som kör valsverket. Några av operatörerna är väldigt snabba medan andra tar lite längre tid på sig. Vid maximal körning hanteras tre ämnen samtidigt i par1. När heta nr.1 har nått fram till Rb stick 6 läggs heta nr.2 på vid Rb 2. När heta nr.2 har nått fram till Rb stick 6 läggs heta nr.3 på vid stick2. Innan man kör igenom heta nr.2 och 3 genom stick 2 och 6 låter man heta nr.1 som då ligger vid Rb stick 9 gå igenom. Därmed tillkommer väntetiden före stick 6. Ingående tider för par 1framgår av tabell 2. Vändtiden inkluderar tiden för rullbanan.
Par 2 Cykeltid: 1
Par 1
Cykeltid: från 0,883 till 1,063 beroende på operatör
Tid för Rb4 Ingreppstid stick 2
Ingreppstid för par2, stick1 Vändtid mellan stick 2 och 3
Tid för Rb5 Ingreppstid stick 3
Väntetid innan valsatorn startar Vändtid mellan stick 3 och 4 Tid på valsatorns rörelse Ingreppstid stick 4
Väntetid innan Rb6 Vändtid mellan stick 4 och 5
Tid för Rb6 Ingreppstid stick 5
Ingrepp Par2, stick2 Vändtid mellan stick 5 och 6 Tid för valsatorn att gå tillbaka Väntetid före stick 6
Tabell 2: tider som ingår i cykeltiden för par 2 och par 1.
Eftersom nu par 1 ligger före valsatorn i flödet så framgår det av tabell 2 att vissa operatörer har en kortare cykeltid för Par 1 än de har för Par 2. För att en flaskhals inte ska uppstå krävs att alla delmoment från start till slut har samma cykeltid, eller att cykeltiderna för varje moment hela tiden minskar utefter flödet.
Ser man till den totala tiden genom hela valsverksanläggningen så står valsatorn för cirka 12,5 % av den tiden. Öf 1 står för 10,6 %, Öf 2 står för 11,2 % och Par 1 för 10,8-13 % av den totala tiden.
30 10.1 Sammanfattning av flödesanalysen
Om cykeltiden för Par 2 minskas med 8,6 % innebär det att processen blir mer jämn. För de operatörer som är väldigt snabba skulle det fortfarande kunna bli ett litet stopp vid Par 2. Minskas cykeltiden ytterligare innebär det att det blir Överföringen Öf 2 som blir den nya flaskhalsen för de absolut snabbaste
operatörerna. Det kan dock konstateras att om ingenting ska göras åt cykeltiderna för par 1, så räcker det att minska cykeltiderna för Par 2 med 8,6 %. Med tanke på att det i framtiden ska göras ytterligare förbättringar i valsverksanläggningen så vore det önskvärt om cykeltiden för valsatorn kunde kortas med ungefär 15 %.
Detta är en rimlig siffra om man ser till vad som skulle kunna göras i de övriga momenten.
31
11 Lösningsförslag
Med utgångspunkt från att den nya lösningen ska minska cykeltiden, har tiderna från flödesanalysen studerats. Varje litet moment har kontrollerats för att om möjligt minska tiden. Det har visat sig att det inte kommer att få den effekt som önskas genom att minska tiderna för dessa moment. Däremot kan vissa moment köras parallellt. Genom att granska dessa tider har det visat sig att den största tidsvinsten görs genom att låta heta nr.2 gå i ingrepp i par2, stick 1 samtidigt som heta nr.1 går i ingrepp i par2, stick 2. För att detta ska fungera krävs det att det finns fler rullbanor. Lösningsförslagen grundar sig därför på att det vid Par 2 hela tiden finns en rullbana på plats vid stick 1. Förslagen har i detta skede inte tänkts igenom in i minsta detalj. Istället har det tagits fram mer grova modeller på vad som skulle kunna fungera. Dessa lösningar ska sen analyseras och vägas mot varandra för att hitta det förslag som är det bästa att gå vidare med. Här nedan presenteras principen för de olika förslagen.
32 11.1 Förslag 1
Figur 9: Förslag 1
Detta förslag utnyttjar två rullbanor som är ihopkopplade (Figur 9). Rullbanorna är fastsatta på en bottenplatta som i sin tur sitter på skenor. Hydraulcylindrar är fastsatta i bottenplattan och i fundamentet, vilket möjliggör inställning i sidled för olika dimensioner.
När hetan kommer in på den nedre rullbanan och har stannat förflyttar gripklorna den till den övre rullbanan. Gripklorna är fastsatta på en axel som ligger under den övre rullbanan. En sådan cirkulär rörelse skulle göra att den vridning av hetan på 90°, som önskas automatiskt uppkommer. Hetan matas sedan in i stick 2 samtidigt som nästa heta går igenom stick 1. När den första hetan gått igenom stick 2 har den andra hetan placerat sig på den nedre rullbanan, redo för att förflyttas av gripklon.
Förslaget har dock sina nackdelar i att det måste finnas fritt utrymme för gripklorna att passera mellan rullarna på rullbanan. Dessutom måste gripklorna göra en vertikal nedåtgående rörelse vid den övre rullbanan för att lägga ifrån sig hetan. När gripklorna sedan ska hämta nästa heta så ska den redan ligga på den nedre rullbanan, vilket gör att gripklornas rörelse på något sätt måste komma underifrån.
hydraulcylinder Gripklo
Par 2
Skena Rullbanor
Fundament
Bottenplatta
33 11.2 Förslag 2
Figur 10: Förslag 2
Förslag 2 (figur 10) har ett stativ som de båda rullbanorna sitter fast på.
Inställningen för olika dimensioner sker via hydraulcylindrar som är fästa mellan stativet och fundamentet. Stativet kan då röra sig vinkelrätt mot valsriktningen på de skenor som sitter på fundamentet. Förslaget har två rullbanor, där den första är fast monterad på stativet. Den andra rullbanan är rörlig via skenor som sitter fast på stativet. Rörelsen sköts av hydraulcylindrar som sitter fast mellan stativet och den rörliga rullbanan.
Förloppet börjar med att hetan kommer in på den nedre fasta rullbanan. Där vickas hetan över till den andra rörliga rullbanan som då befinner sig i sitt nedre läge, horisontellt med den fasta rullbanan. När hetan vickas över till den rörliga
rullbanan sker även en vridning på 90° av hetan. Rullarna på rullbanorna ska vara utformade så att det inte förekommer någon vridning av hetan vid transporten i rullbanan. Efter att hetan vickats över till den rörliga rullbanan förflyttar den sig upp till det övre läget med hjälp av hydraulcylindrarna. Med den rörliga rullbanan i sitt övre läge matas hetan in i stick 2 samtidigt som nästa heta kommer in i stick 1.
När den första hetan har lämnat den rörliga rullbanan har nästa heta kommit på plats vid den fasta rullbanan. Den rörliga rullbanan går då ned till sitt nedre läge och proceduren kan upprepas.
hydraulcylindrar
Stativ
Par 2 Rörlig
rullbana
Fundament
Skenor Fast rullbana
34 11.3 Förslag 3
Figur 11. Förslag 3
I förslag 3 (figur 11) sitter den nedre rullbanan fast monterad på den rörliga bottenplattan. Den övre rullbanan stå på skenor för att kunna röra sig i sidled. Den har även ett teleskopiskt stativ för att kunna röra sig vertikalt. Rörelserna sker via hydraulcylindrar.
När hetan gått igenom stick1 stannar den på den nedre rullbanan. Där vickas hetan, med hjälp av klaffar, över till den övre rullbanan som då befinner sig i sitt nedre läge precis intill den nedre rullbanan. Samtidigt som hetan vickas över, roteras den 90°. Hetan förflyttas sen till sitt övre läge genom att hydraulcylindrarna skjuter stativet horisontellt samtidigt som stativet skjuts ut. Vid det övre läget startar rullbanorna och skickar den första hetan in i stick2 och nästa heta in genom stick1.
När den första hetan har passerat stick2 har nästa heta lagt sig tillrätta på den nedre rullbanan och den övre rullbanan kan förflytta sig till det nedre läget. Härifrån kan sedan proceduren upprepas.
Bottenplatta
hydraulcylindrar Par 2
Skenor Övre rullbana
Nedre Rullbana Teleskopiskt
stativ
35 11.4 Förslag 4
Figur 12: Förslag 4.
I förslag 4 (figur 12) finns två rullbanor som genom ett stativ sitter fast på en bottenplatta. Hela bottenplattan är justerbar horisontellt via hydraulcylindrar och skenor för att olika dimensioner ska kunna köras. Mellan rullbanorna finns en ämnestransportör. Ämnestransportören består av exempelvis sex stycken
motordrivna vinkeljärn. Vinkeljärnen ska fånga upp hetan vid den nedre rullbanan och transportera den till den övre rullbanan.
När hetan som i de övriga förslagen har stannat på den nedre rullbanan kommer transportörens vinkeljärn att ta tag i hetan. Hetan kommer sedan att transporteras upp till den övre rullbanan där den läggs av. Tanken är att det ska gå att utforma vinkeljärnen samt transportören, så att rotationen på 90° sker automatiskt vid förflyttningen. När hetan lagts ifrån på den övre rullbanan har nästa heta placerats sig på den nedre rullbanan. Transportören fortsätter då att gå och vinkeljärnen går vidare till den nedre rullbanan fast då på undersidan av transportören. Detta sker samtidigt som den första hetan går igenom stick 2. När vinkeljärnen är vid den nedre rullbanan kommer de att ta tag i nästa heta underifrån.
Rullbanor
Skena stativ
Transportör
hydraulcylinder Par 2 Vinkeljärn
Bottenplatta
36
12 Vidareutveckling
Detta kapitel tar upp de områden som har varit av betydelse för vilket förslag som anses fungera bäst.
12.1 Cykeltiden
För det första gjordes en jämförelse för att se hur de olika förslagen skulle klara en minskning av cykeltiden. Cykeltiden för den nuvarande valsatorn var referensen och den sattes till 1. Delmomenten är delar av 1, d.v.s. om något delmoment tar halva den totala cykeltiden så blir det 0,5. Figur 13 visar de ingående delmomenten och dess del av den totala cykeltiden för valsatorn.
Figur 13: Cykeltid för valsatorn.
12.1.1 Förslag 1
I detta förslag är det tänkt att momenten delas upp i tre parallella sekvenser som kan köras samtidigt. Utifrån tiderna på valsatorns delmoment kommer tiden för de olika sekvenserna att vara:
Sekvens 1: Rb 4, ingrepp stick 1, Rb 5 och väntan före förflyttning.
Tid: 0,397
Sekvens 2: Gripklons rörelse uppåt.
Tid: 0,117
Sekvens 3: Väntan efter förflyttning, Rb 6 och ingrepp stick 2.
Tid: 0,375
Sekvens 4: Gripklons rörelse nedåt.
Tid: 0,117
0 0,5 1
Valsator
Rb 4.
stick 1.
Rb 5.
Väntan före förflyttning Valsatorns rörelse Väntan efter förflyttning Rb 6
37 Enligt figur 14 kommer cykeltiden för detta förslag att bli 0,397. Det ska dock påpekas att det kommer att tillkomma tid som gripklon behöver för att ta tag i och lägga ifrån sig hetan. Denna tidsstorlek är beroende av vilken lösning det blir på gripklon.
Figur 14: Cykeltid för förslag 1.
12.1.2 Förslag 2
Detta förslag har ett annat upplägg för vilka moment som kan köras parallellt.
Uppdelningen av sekvenserna och dess ingående moment blir i den här lösningen:
Sekvens 1: Rb 4, ingrepp stick 1, Rb 5 och väntan före förflyttning.
Tid: 0,397
Sekvens 2: Förflyttning uppåt av rörlig rullbana, väntan efter förflyttning, Rb 6, ingrepp stick 2 och Förflyttning nedåt av rörlig rullbana.
Tid: 0,609
Sekvens 1 och 2 kan köras parallellt så fort sekvens 2 är klar startar både sekvens 1 och 2 om samtidigt. Cykeltiden blir då 0,609.
12.1.3 Förslag 3
I förslag 3 är både sekvenserna och cykeltiden lika som i förslag 2. Cykeltiden är därmed 0,609 för förslag 3.
38
12.1.4 Förslag 4
Cykeltiden för detta förslag (figur 15) blir lika som cykeltiden i förslag 1 d.v.s.
0,397. Detta är med utgångspunkt från att de ingående delmomenten tar lika lång tid i detta förslag, som med förslag 1. Det kan dock tänkas transportören i detta förslag inte har lika lång tid på sig att ta tag i och lämna ifrån sig hetan, som gripklon i förslag 1 har. Så här ser det ut:
Sekvens 1: Rb 4, ingrepp stick 1, Rb 5 och väntan före förflyttning.
Tid: 0,397
Sekvens 2: Transportörens rörelse uppåt.
Tid: 0,117
Sekvens 3: Väntan efter förflyttning, Rb 6 och ingrepp stick 2.
Tid: 0,375
Sekvens 4: Transportörens rörelse nedåt.
Tid: 0,117
Figur 15: Cykeltid för förslag 4.
39 12.2 Relativ utvärdering
Här jämförs de fyra förslagen på några punkter som har att göra med konstruktion, användning, krav o.s.v. Ett av förslagen har utsetts till referens och de andra ska bedömas relativt referensen. I det här fallet har förslag 2 utsetts som referens p.g.a.
att detta förslag har en stabil och enkel konstruktion. Kriterierna grundar sig på krav och önskemål som har kommit fram under arbetets gång. De viktigaste kriterierna kommer längst upp. S betyder att förslaget är lika bra som referensen, - betyder sämre och + betyder bättre än referensen.
Kriterier Förslag 1 Förslag 2 Förslag 3 Förslag 4
Minskad cykeltid + R S +
Vridning av hetan + E S -
Inställningar S F S -
Lyftkraft - E S -
Förflyttningen S R S S
Längder S E S S
Styrsystemet S N S S
Stadighet S S - S
Driftsäker S S S
Enkel konstruktion - - -
Prisvänlig S R S S
Klarar en tuff miljö S E S S
Underhållsvänlig S F S -
Enkel montering - E - -
Lång livslängd - R S -
Litet utrymme S E S S
N
Summa - 4 S 3 7
Summa + 2 0 1
Summa S 10 13 8
Tabell 3: Relativ utvärdering.
40 Kommentarer till utvärderingen:
Förslag 1 är mycket intressant, den har stora fördelar gentemot referensen vid de viktigaste kriterierna. Lyftkraften anses som något sämre än referensen men den kommer att klara av kravet utan några som helst problem. Konstruktionen och monteringen är något mer komplicerad än referensen. Det betyder dock inte att det inte går att lösa. Livslängden är ett ganska osäkert påstående i detta skede, det som talar till sin nackdel är lite fler rörliga delar än referensen. Förslaget har dock en enklare lösning med färre rörliga delar än dagens valsator, vilket är positivt.
Förslag 1 är därmed aktuell för vidare utredning.
Förslag 2 har varit referens och den kommer att fungera bra. Dess stora nackdel är att vridningen av hetan sker på samma sätt som den gör vid valsatorn idag. Denna metod att vrida hetan är okontrollerad och kan ge driftstörningar. Det kan tänkas att man på något sätt kan förbättra vridningen av hetan så att det fungerar på snarlika sätt som i förslag 1. Om nu detta skulle ske kommer det troligtvis att påverka cykeltiden negativt och det finns det inte utrymme för. En annan nackdel är att cykeltiden är längre än förslag 1. Den kommer dock att klara kravet som var satt, men vad händer om det kommer ännu hårdare krav i framtiden? Förslaget kommer inte att vidareutvecklas i detta arbete men det kan vara intressant att titta lite mer på just vridningen av hetan.
Förslag 3 har inga fördelar gentemot referensen. På grund av den till synes ostadiga konstruktionen så kommer detta förslag inte att gå vidare. Kan man inte göra något åt det då? Jovisst kan man det, men eftersom den i princip fungerar exakt som förslag 2 så bör man hellre välja det förslaget.
Förslag 4 är det inte så mycket att säga om, förutom att det inte behöver läggas ner mer tid på att fundera om det skulle fungera eller inte. Förslaget kommer inte att kunna klara av vridningen av hetan på ett bra sätt. Det blir en alltför avancerad historia för att få den att fungera.
41
13 Resultat
Resultatet av detta examensarbete blir att lösningsförslag 1, är det förslag som bäst kommer att klara av uppgiften att hantera hetan vid triovalsverket. Den sista lilla tid som fanns kvar av examensarbetet har används till att göra en liten
vidareutveckling av förslag 1. I detta kapitel finns lite mer information om hur förslaget ska kunna användas. Beskrivningen av konstruktionen blir lite tydligare om man samtidigt tittar hur modellen ser ut. Modellen visas i figur 16-19.
13.1 Konstruktionen
Styrsystemet får sin information via signaler från olika typer av givare och
sensorer. Alla inställningar ska göras från manöverpulpeten där operatören befinner sig. När inställningarna väl är gjorda ska valsverket gå automatiskt. Skulle det mot förmodan bli något fel så kommer det snabbt att uppstå köer framför den felande länken. Dessa köer kan operatören inte undgå att uppmärksamma och kan då stoppa körningen för att avhjälpa felet.
Inställningsmöjligheterna har utökats gentemot valsatorn. De kommer nu att innefatta inställning av vilken dimension hetan har, vilket ingångsspår som ska användas och vilken valsdiameter som används. Inställning av vilket ingångsspår som ska användas har alltid funnits. Det kommer att fungera på samma sätt även med detta förslag. Hela stativet kommer att stå på en bottenplatta som kan justeras i valsarnas axiella riktning. Detta kommer att göras med hjälp av hydraulcylindrar, för att få en rörelse som är jämn och kraftig. Bottenplattan kommer att stå på ett fundament och däremellan finns skenstyrningar12 som ska möjliggöra rörelsen.
Inställningar i vertikal ledd har tidigare inte funnits, förutom den lilla justering triovalsverket kan göra i vertikal ledd. Nu kommer de båda rullbanorna att sitta fast i ett varsitt stativ. Den övre rullbanan är justerbar i vertikal ledd, och justeringen görs med automatiska domkrafter13(Figur 17). Den nedre rullbanan är inte justerbar i vertikal ledd. Justeringen som finns på triovalsverket ersätter denna.
12 www.arotron.se (16 maj 2008)
13 Ibid.
42 Rullarna på rullbanorna kommer att vara drivna av elmotorer, viket möjliggör förflyttning av hetan på själva rullbanorna. Rullarnas utformning kommer att vara lika som på valsatorn. Utformningen gör att hetan inte roterar vid transport på rullbanan. Det finns fyra rullbanor, två för fyrkantiga hetor och två för ovala hetor.
De är placerade parvis så att en för fyrkant och en för oval sitter tillsammans.
Förflyttningen av hetan är ett moment som kräver mer vidareutveckling då det handlar om komponentval. Hetans förflyttning kommer här att skötas av en gripklo. Låt dock inte benämningen, gripklo, få dig att tro att den griper tag om hetan, för det gör den inte. Gripklon är utformad ungefär som en hand är när man ska gripa tag i något. Utformningen av gripklon gör att hetan ligger kvar under förflyttningen och ingen rotation av hetan kommer att ske. Gripklon sitter fast på en arm som kan teleskopera gripklon ut och in. Teleskoperingen sköts av
pneumatikcylindrar. Armen i sin tur sitter fast i en axel som kan rotera cirka 90°.
Vridningen sker här med en hydraulcylinder. Med tanke på att det kommer att finnas två rullbanor bredvid varandra där hetan ska läggas av, kommer det att finnas inställning på hur många grader som vridningen ska ske.
Förslaget ska även förses med täckplåtar. Täckplåtarna ska sitta fast i kanten på utsidorna av rullbanorna och gå snett nedåt mot golvet. Täckplåtar ska även monteras mellan rullbanorna. Täckplåtarna har två uppgifter. De ska skydda maskineriet mot smuts och glödskalsrester. Och de ska även fungera som avkastningsplats för hetorna om något skulle gå fel.
Figur 16: Modell på förslag 1.
43 Figur 17: Domkrafter, gripklorna och cylindrar för dimensionsinställningen.
Figur 18: Hydraulcylindrar som sköter vridningen av axel till gripklo.
Figur 19: Skenorna som bottenplattan förflyttar sig på.
44 13.2 Händelseförloppet
En allmän beskrivning av händelseförloppet är att det först ställs in vilket ingångsspår och dimension som ska användas, detta görs från styrpulpeten vid operatörsplatsen. Därefter körs valsverksanläggningen igång och när den första hetan gått igenom stick 1 vid par 2, stannar hetan på Rb 5 (Figur 20). För att systemet ska veta när Rb 5 ska stanna
har en givare blivit, först påverkad och sedan opåverkad av hetan. Här får styrsystemet en signal att Rb 5
(Pulsgivare på rullarna) står still och att gripklon kan förflytta hetan till Rb 6.
Samtidigt som gripklon startar sin
rörelse med hetan går en signal till styrsystemet som talar om att Rb 4 och Rb 5 kan starta och mata in nästa heta. Gripklons rörelsemönster har en utgångspunkt vid Rb 5. Rörelsen startar sen med att gripklon teleskoperar ut till hetan som befinner sig på Rb 5. Därefter roterar den med hetan i en cirkelbåge upp till en position ovanför Rb 6. Rotationen sker via axeln som gripklon och dess arm är fäst vid. Väl på plats ovanför Rb 6 teleskoperas gripklon in och lägger ifrån sig hetan på Rb 6. I detta läge startar Rb 6 och matar då in hetan i stick 2. Rb 6 stannar återigen när hetan gått igenom stick 2. Samtidigt som Rb 6 startar går gripklon ned till sitt utgångsläge vid Rb 5. Där finns nästa heta på plats och rörelsemönstret kan upprepas.
Figur 20: Flödet genom Par 2.
45
14 Slutsatser och diskussion
Detta examensarbete har lett fram till ett lösningsförslag som kan ersätta den nuvarande valsatorn. Förslaget kommer att klara de krav som var satta och man får en säkrare vridning av hetan. Det är dock mycket arbete kvar innan lösningen är helt färdigutvecklad. Principen för förslaget är klar och det är nu upp till
uppdragsgivaren att bestämma hur man går vidare med förslaget. Det kan tänkas att vissa saker måste ändras lite för att det ska fungera ännu bättre.
Att ha tio veckor på sig för att slutföra detta arbete har varit i det kortaste laget. Det finns några saker som det borde ha arbetats lite mer med. Dessa saker är först och främst en vidareutveckling av förslag 2. Detta förslag har en mycket enkel och robust konstruktion, och borde nog inte ha förkastats så tidigt som det gjorde. Att ha med sig flera förslag i en vidareutveckling gör att man får ett bredare synsätt på vilka dellösningar och komponenter som är mest lämpliga. De olika förslagen kan då ge tips till varandra. Valet av komponenter ligger nu lite öppet och de
komponenter som använts i förslag 1 är kanske inte de bästa alternativen. Den korta vidareutvecklingen av förslag 1 gjorde det lite lättare att förstå hur det skulle fungera. När uppdraget tilldelades kunde man ganska klart se att det innebar mycket arbete och i efterhand kan man också bekräfta att så var fallet. Vid arbeten av denna omfattning är det bättre om man är fler än en person. Arbetet har dock gått bra och det har gett en bra vägledning om hur man kan lösa problemen med valsatorn.
46
15 Förslag på fortsatt arbete
Under tiden som detta arbete har pågått har många idéer kommit och gått. Det finns fortfarande några idéer som ligger kvar och gror. Dessa kommer i sin enkelhet att medges här, som en avslutning på ett intressant arbete.
En av idéerna kom upp under en rundvandring på Finvalsverk 73 med Christer Malmesjö. Christer arbetar med förbättringar i produktionen och hade en idé om att helt och hållet ta bort triovalsverket och valsatorn. Detta skulle istället ersättas med två duovalsverk placerade efter Par 1(Jämför figur 21 och figur 22). Om ett av duovalsverken försågs med vertikala valsar och det andra med horisontala valsar kunde vridningen av hetan uteslutas.
Figur 21: Flödet med valsator.
Figur 22: Flödet med två duovalsverk.
47 En annan idé var att utforma valsarna så att utgångsspåret för stick 2 ligger precis bredvid ingångspåret i stick 1. Detta skulle göra att sidoförflyttningen blir mycket mindre. Då kanske det skulle kunna gå
att använda sig av den lösning som vanligtvis används vid triovalsverk (Figur 23). Denna idé kräver att man tittar på hur man löser en inställning för val av ingångsspår, som kommer att ligga på cirka 1050mm istället för idag på 450mm. Det kanske går att göra inställningen på så sätt att det är
triovalsverket som förskjuts i sidledd? Figur 23: Skiss på hur det vanligtvis ser ut vid ett triovalsverk (se även figur 9).
48
Referenser
Forsman, D. (2006). Konstruera med Pro/Engineer. Lund: Studentlitteratur.
Hågeryd, L., Björklund, S., & Lenner, M. (2005). Modern produktionsteknik 1.
Lund: Studentlitteratur.
Hågeryd, L., Björklund, S., & Lenner, M. (2005). Modern produktionsteknik 2.
Lund: Studentlitteratur.
Internet : www.aratron.se (2008-05-16).
www.sandvik.se (2008-04-26).
www.miningandcastruction.sandvik.com (2008-04-26).
Ljung, N. (2008) Muntlig kommunikation.
Malmesjö, C (2008) Muntlig kommunikation.
Mattsson, S-A. & Jonsson, P. (2007) Produktionslogistik. Lund: Studentlitteratur
Pahl, G. & Beitz, W. (2003) Engineering Design. Berlin, Heidelberg, New York:
Springer-Verlag.
Thurén, T. (1992) Vetenskapsteori för nybörjare. Stockholm: Runa förlag.
49
Bilagor
Bilaga 1: begreppsdefinition
Valsator
Benämningen på den maskin som idag hanterar hetan vid trioparet i Finvalsverk- 73:s valsanläggning.
Heta
Vid varmvalsning kallas det varma ämnet för heta.
Triovalsverk
Ett valsverk som består av tre stycken valsar.
Reversibelt duovalsverk
Ett valsverk som består av två stycken valsar. Valsriktningen kan ändras dvs. man kan köra hetan fram och tillbaka.
Duovalsverk
Ett valsverk som består av två stycken valsar.
Kontinuerlig valssträcka
En sträcka bestående av flera duovalsverk efter varandra. Hetan matas, utan att stanna, kontinuerligt genom dessa enheter.
Stick
Ett stick är när hetan går igenom ett valspar. För att en stor reduktion av tvärsnittsarean på ett valsämne ska vara möjlig, krävs att valsningen sker i flera steg. Varje steg kallas då stick.
Cykeltid
Den tid det tar mellan två identiska händelser.
Flaskhals
Produktionsresurs(er) som har mindre kapacitet än behovet och på så sätt begränsar flödet.
50 Bilaga 2: Funktionslista
Funktion Lösningsförslag
En funktion som talar om vilken dimension och ingångsspår som är aktuell.
Styrs från operatören. Pulpeten visar vad som är inställt.
En inställningsmöjlighet så att rätt dimension och ingångsspår används.
Konstruktionen flyttas på skenor eller hjul med hjälp av cylindrar eller elmotorer.
Signal som talar om att det är klart att mata in hetan i stick 1.
Givare på Rb 5. Känner av om det finns heta i vägen.
Hetan ska matas in i stick 1. Givare Rb 5 är opåverkad. Signal om att Rb4 ska starta.
När hetan kommer igenom stick 1 måste det finnas något som tar emot den.
Rullbana, Ränna eller förflyttningsarmar.
Signal som talar om att hetan har gått igenom stick 1.
Givare på Rb5 blir påverkad.
Hetan måste förflyttas lite till efter att den gått igenom stick 1.
Driven rullbana eller cylindrar som trycker iväg den.
Hetan måste stanna när den gått igenom stick 1.
Givare påverkad/opåverkad stoppar rörelse.
Signal på att hetan har stannat. Givare av något slag.
En vridning på 90° av hetan ska ske någon gång mellan stick 1 och stick 2.
Klaffar eller en gripklo av något slag.
Hetan ska förflyttas till stick 2. Gripklo eller transportör, Signal på att hetan nått position för stick 2. Sköts via givare.
Hetan ska matas in i stick 2. Driven rullbana eller cylindrar som trycker iväg den.
Signal på att hetan har gått igenom stick 2. Sköts via givare.
