FRAMTAGANDE AV KÄRLDEMONTERINGSMASKIN FÖR ATT KUNNA MATERIALÅTERVINNA AVFALLSKÄRL

(1)

FRAMTAGANDE AV KÄRLDEMONTERINGSMASKIN FÖR ATT KUNNA MATERIALÅTERVINNA AVFALLSKÄRL

ROBBIN ÅSBERG

Examensarbete Stockholm, Sverige 2015

(2)

FRAMTAGANDE AV

KÄRLDEMONTERINGSMASKIN FÖR ATT KUNNA MATERIALÅTERVINNA

AVFALLSKÄRL

Robbin Åsberg

Examensarbete MMK 2015:88 IDE 145 KTH Industriell teknik och management

(3)

(4)

Examensarbete MMK 2015:88 IDE 145

FRAMTAGANDE AV

KÄRLDEMONTERINGSMASKIN FÖR ATT KUNNA MATERIALÅTERVINNA AVFALLSKÄRL

Robbin Åsberg

Godkänt

20150828

Examinator

Claes Tisell

Handledare

Conrad P Luttropp

Uppdragsgivare

SÖRAB

Kontaktperson

Rickard Cervin

Sammanfattning

SÖRAB är ett kommunalt bolag som ägs av 10 kommuner (Stockholm, Danderyd, Järfälla, Lidingö, Sollentuna, Solna, Sundbyberg, Täby, Upplands Väsby och Vallentuna) i vilket omkring 90000 2hjuliga Avfallkärl finns utplacerade (ej Stockholm inräknad). Årligen måste uppskattningsvis 1 % av dessa kärl kasseras och återvinnas. Eftersom hjulaxel, hjul och kärl måste separeras från varandra innan återvinningsprocessen kan börja så har SÖRAB efterlyst en demonteringsmaskin som kan utföra detta. Målet med projektet var att ta fram en maskin som uppfyller följande kravspecifikation:

● Demonteringsprocessen får ej överstiga 2 min

● Lösningen skall passa avfallskärl i stl. 80370 liter

● Kärlen skall kunna staplas efter demontering

● Skaderisken vid användning skall vara låg

● Inlärningsprocessen för användning skall vara mindre än 5 min

● Lösningen skall vara lämpad för inomhusbruk

Inledningsvis så genomfördes en litterär studie där avfallskärlens tillverkningsprocess, sammansättning, utformning och användningsområde undersöktes. Därefter skapades ett Function means tree vars syfte var att reducera problemet till dem enklast möjliga funktioner som måste uppfyllas. Detta gav underlag för en brainstormingfas då ett flertal koncept togs fram. Koncepten utvärderades med hjälp av empiriska tester i verkstadsmiljö samt Harris Profilmetoden som underlättade valet av det mest lovande konceptet. Ett mer detaljerat slutkoncept togs fram och vitala delar dimensionerades i avseende på hållfastighetslära och mekanik.

Resultatet blev en komplett CADmodell skapad i Solid Edge. Ritningar togs fram på de komponenter som måste egentillverkas och en fullständig kostnadsanalys gjordes på det komponenter som måste köpas in samt material. Priset för att tillverka maskinen blev i slutändan drygt 70 000 kr.

De empiriska studierna visade att maskinen uppfyller de flesta kraven med god marginal.

(5)

för genom ordentlig genomgång av användning eller att områden där stålstrukturen rör sig i spärras av tydligt.

I nuläget saknas ett styrningsystem till maskinen. Det kommer bland annat krävas ett gränssnitt där operatören kan kommunicera vad för typ av kärl som är aktuellt för demonteras till maskinen. Detta kommer krävs viss programmering nåt som inte hanns med inom tidsramarna för det här projektet. Det är på författarens rekommendationer att SÖRAB går ut med exempelvis ett kandidatarbeteuppdrag där detta gränssnitt kan arbetas fram.

(6)

Master of Science ThesisMMK 2015:88 IDE 145

Development of a garbage bin disassembly machine for the facilitation of material recycling

Robbin Åsberg

Approved

20150828

Examiner

Claes Tisell

Supervisor

Conrad P Luttropp

Commissioner

SÖRAB

Contact person

Rickard Cervin

Abstract

SÖRAB is a company that is owned by 10 different municipals in parts north of Stockholm (Stockholm, Danderyd, Järfälla, Lidingö, Sollentuna, Solna, Sundbyberg, Täby, Upplands Väsby och Vallentuna). At the moment (20150826) there are roughly 90000 two wheel garbage bins deployed in these areas (excluding Stockholm). Annually, an estimate of about 1 % of these bins has to be scraped, grinded down and recycled. Before the bins can be recycled wheels, axletree and plastic components needs to be separated from each other and that is why SÖRAB calls for an automated machine which can perform this task. The final aim of the project was to develop a machine which fulfilled the following specification of requirements:

● Time for disassembly should not exceed 2 minutes

● The machine should be compatible with garbage bins in the size range of 80370 liters

● After disassembly, the bins should be stackable

● The risk of accidents and/or injury’s should be low when using the machine

● The learning curve should not be too steep, and finally

● The machine should be suitable for indoors usages

Initially a literature study was performed where the garbage bins production process, assembly, design and field of application were investigated. A function means tree was also created in order reduce the technical problem to the most rudimentary task the machine needed to perform.

This would later give a solid foundation to a brainstorming phase in which a number of different concept were developed. The concepts were evaluated using empirical testing in a workshop environment as well as the Harris Profilemethod, which facilitated the selection of the most promising concept. The selected Concept where then refined into the final concept and vital part were sized in regard to mechanics and solid mechanics.

The result was a complete CADmodel created in solid modeling software Solid Edge. Drawings were also created of the parts that need to be manufactured in order to build the machine, and a complete cost analysis was performed on the material and components that is necessary in the construction phase. The material cost for the entire machine was in the end calculated to about

(7)

The empirical testing’s shows that the machine will be able to achieve most of the demands from the specification of requirements. The time for disassembly was well under 2 minutes and the machine also has capabilities to transport and stack the bins afterwards. Some concerns could be raised regarding the safety of the machine. Due to the fact that the machine consist of a relatively heavy structure that travels in relatively high speeds it is not inconceivable to believe that someone could injure themselves if they get in the way. This has to be compensated for by providing clear instruction before use or making sure that the area where the structure travels is closed off.

Currently there is no control system developed to run the machine. For instance, in the future it will be necessary to add some sort of interface where the operator can communicate what sized garbage bin currently is up for disassembly to the machine. This will require some programming and was not achieved in the short time range of this project. It is recommended that SÖRAB advertises some sort of bachelor thesis assignment, or equivalent, where this can be worked out.

(8)

FÖRORD

Denna masteruppsats är skriven vid Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm under den sena våren och sommaren 2015. Jag vill börja med att tack min kontaktperson Rickard Cervin och de andra på SÖRAB som bidragit med information, idéer och stöd till detta arbete. Ett särskilt tack går ut till Eddie Idén, mekaniker på Hagby Återvinningsanläggning, som har varit oumbärlig i utvecklingen av de funktionsmodeller som tagits fram i projektet. Sist men inte minst vill jag tacka min handledare Conrad Luttropp för all värdefull information och synpunkter som han har bidragit med under projektets gång. Jag hoppas att detta arbete bidrar till att underlätta SÖRABs framtid inom hantering av uttjänta avfallskärl.

Robbin Åsberg Stockholm, 2015-08-12

(9)

NOMENKLATUR

Beteckningar

Symbol Beskrivning

P Effekt (W)

m Massa (kg) / Standardmodul (mm)

µ Friktionskoefficient

v Hastighet (m/s)

g Gravitationskonstant (N⋅m²/kg²)

η Verkningsgrad

t Tid (s)

n Varvtal (r/min)

d Diameter/delningsdiameter (m)

ω Vinkelhastighet (rad/s)

z Kuggantal

L Längd (m)

F Kraft (N)

A Area (m²)

P Tryck (Pa)

Förkortningar

CAD Computer Aided Design

FEM Finita Elementmetoden

HP Harris Profil

HAR Hans Andersson Recycling

HDPE High-density polyethylene

FMT Function Means Tree

CM COMSOL Multiphysics

CC Cable carrier

(10)

INNEHÅLLSFÖRTECKNING

1 INTRODUKTION 1

1.1 Bakgrund 1

1.2 Avgränsningar 1

1.3 Syfte 2

1.4 Metodik 2

2 ANALYS AV AVFALLSKÄRL 5

2.1 Tillverkning och kassering av avfallskärl 5

2.2 Sammansättning av avfallskärl 5

2.3 Storlekar 6

2.4 Användningsområde 7

2.5 Nuvarande demontering 7

3 IDÊGENERERING OCH KONCEPTUTVECKLING 8

3.1 Function means tree 8

3.2 Brainstorming 8

3.3 Koncept 9

4 EMPIRISKA VERKSTADSTESTER 13

4.1 Konceptutvärdering – Harris Profilen 15

5 SLUTKONCEPT 16

5.1 Dimensionering 18

6 RESULTAT 27

6.1 Tillägg 27

6.2 Konstruktion 28

6.3 Demontering 30

6.4 Kostnadsanalys 33

7 DISKUSSION OCH FRAMTIDA ARBETE 35

7.1 Diskussion 35

7.2 Framtida arbete 35

(11)

BILAGOR 38

A Bilaga: Undersökning – kärl 38

B Bilaga: Basic Design Cycle 44

C Bilaga: Offert EIE Maskin 46

D Bilaga: Ritningar 47

(12)

1 INTRODUKTION

I detta kapitel beskrivs upplägget för ett examensarbete som utförs på skolan för Industriell Teknik och Management vid Kungliga Tekniska Högskolan, Stockholm. Arbetet kommer att utföras på återvinningsföretaget SÖRABs huvudkontor i Vallentuna. Nedan beskrivs bakgrunden till det aktuella problemet, vad syftet med arbetet är samt de avgränsningar och metoder som kommer användas.

1.1 Bakgrund

SÖRAB är ett kommunalt bolag som ägs av 10 kommuner (Stockholm, Danderyd, Järfälla, Lidingö, Sollentuna, Solna, Sundbyberg, Täby, Upplands Väsby och Vallentuna) i vilket omkring 90000 2-hjuliga Avfallkärl finns utplacerade (ej Stockholm inräknad), se Bilaga A.

Årligen måste uppskattningsvis 1 % av dessa kärl kasseras och återvinnas. Kärlen rymmer 80- 370 liter och består av Hjul (gummi/plastblandning), hjulaxlar (metall) samt lock och kärl (plast), se Figur 1. SÖRAB vill att dessa kärl ska kunna demonteras och materialåtervinnas på ett effektivt och miljöriktigt sätt. Manuell demontering är tidkrävande och sänker nivån på arbetsmiljön och SÖRAB efterlyser därför en alternativ lösning. SÖRAB har även uttryckt önskemål om att inkorporera en kärltvätt som rengör kärlen under demontering.

Figur 1. Avfallskärl 80-1000 liter.

1.2 Avgränsning

Efter inledande arbete så har beslut om tre större avgränsningar gjorts i samtycke med SÖRAB:

1. Inga modifikation av avfallskärlen kommer att genomföras. P.g.a. att SÖRAB ej har någon egen produktion samt det stora antal redan befintliga avfallskärl så anses det mer lämpligt att utveckla en lösning som kan demontera dessa. Även om utvecklingen av nya typer av avfallskärl potentiellt skulle innebär en underlättad vid återanvändning och/eller demontering så skull det leda till för stora kostnader att byta ut de redan befintliga kärlen i dagsläget.

2. Fokus kommer att helt ligga på de avfallskärl som har två hjul, d.v.s. 80–370-literskärl.

(13)

att kvantiteten av dessa är större och därför också den ekonomiska och arbetsmiljömässiga vinningen.

3. Utveckling av kärltvätt kommer vara sekundärt i förhållande till demonteringsproblemet.

Då det redan finns det ett stort antal produkter som automatiskt rengör avfallskärl (något som SÖRAB i dagsläget överväger att köpa in) så kommer denna funktion att prioriteras lägre. Med andra ord: automatisk kärltvätt kommer att tillföras i mån av tid och möjlighet.

1.3 Syfte

Det slutgiltiga syftet med arbetet är att ta fram en automatisk lösning för demontering av uttjänade avfallskärl. Automatisk demontering innebär i detta fall att de komponenter som ej består av plast skall separeras från kärlet, helt fritt från manuell arbetskraft. Det är viktigt att den slutliga produkten stämmer överens med SÖRABs förväntningar och för att underlätta detta så har en kravspecifikation tagits fram:

 Demonteringsprocessen får ej överstiga 2 min

 Lösningen skall passa avfallskärl i stl. 80-370 liter

 Kärlen skall kunna staplas efter demontering

 Skaderisken vid användning skall vara låg

 Tiden för inlärning av bruk skall vara kort

 Lösningen skall vara lämpad för inomhusbruk

Tidkravet på 2 minuter för demonteringsprocessen är taget därför att det tar ungefär 2 minuter att demontera kärlet manuellt i dagsläget. Detta togs fram ed hjälp av empiriska tester då kärl demonterades av författaren.

1.4 Metodik

I följande kapitel beskrivs de metoder som kommer att användas i projektet vilket främst innefattar Basic Design Cycle (övergripande, se Bilaga B), observationer, litteraturstudie, CAD, FEM, Function means tree, brainstorming och Harris Profilen. Metoderna valdes för att reflektera problemområdet, vilket till stor del var definierat och specificerat redan när projektet inleddes. Med andra ord så har mindre vikt lagts på faktorer som normalt sett har stor betydelse, till exempel marknads- och konsumentanalys, och mer vikt på konkret problemlösning.

Function Means Tree

Function Means Tree (FMT) är en form av tankekarta som reducerar det aktuella problemet till funktioner. Till att börja med så identifieras de huvudfunktioner som maskinen måste uträtta.

Dessa delas i sin tur upp i flera underordnade funktioner. Tanken är att dessa underordnade funktioner skall vara så pass elementära att principiella lösningar snabbt kan identifieras och noteras under respektive funktion [1].

Syftet med FMT är att ge ingenjören underlag för den kommande utvecklingsprocessen. De principiella lösningarna tas in i idégenereringsstadiet och verkar som stimuli för en uppsjö nya idéer på området.

(14)

Harris Profil

En Harris Profil (HP) är en grafisk representation av ett koncepts styrkor och svagheter. Det är ett användbart och intuitivt verktyg för att utvärdera och välja vilket, av flera potentiella koncept, som är mest lämpat att fortsätta utveckla i projektet. HP används främst under projektets tidigare skeden, då koncepten fortfarande är relativt löst definierade. Till exempel, efter en period av divergent tänkande och idégenerering så används HP för att gallra. Trots att HP oftast används tidigt i projektet är det möjligt att använda HP under hela projektets gång som ett verktyg för strikt selektion [2]. Metoden utförs på följande vis:

1. Välj de kriterium som är mest relevanta till designproblemet samt den fas som projektet under stunden befinner sig i. Dessa kriterier härleds helst från den kravspecifikation som sedan tidigare har formulerats.

2. De utvalda kriterierna listas i en matris med ett utvärderingssystem i fyra skalor.

viktningssystemet är som oftast utformat så att konceptet kan tillhandahålla -2, -1, 1 och 2 poäng för varje designkriterium.

3. Markera poängen för varje kriterium i relation till det aktuella konceptet för utvärdering.

Detta göras genom att en rutorna färgläggs under de poäng som konceptet uppfyller.

Poängfördelningen utgår alltid från mitten av matrisen, alltså mellan plus och minus. Ifall konceptet uppfyller 2 färgläggs rutorna under + och ++, uppfyller det 1 färgläggs rutan under +, uppfyller det -1 färgläggs rutan under – och uppfyller det -2 färgläggs rutorna under – och --, se Tabell 1.

4. Profilerna för de olika koncepten jämförs sinsemellan för att synliggöra det mest lämpade att arbeta vidare med.

Tabell 1. Exempel på en Harris Profil.

Koncept

-- - + ++

Kriterie 1 Kriterie 2 Kriterie 3 Kriterie 4

Styrkan med ett verktyg som HP ligger i dess visuella uttryck. Med en kvick översikt av de olika konceptens profiler kan en utvärdering enkelt genomföras av brukaren. Metoden är ideal då en stor skara idéer skall viktas mot varandra. Ytterligare en fördel med det visuella uttrycket är att det enkelt går att förmedla utkomsten till utomstående aktörer. Till exempel, när ett koncept skall säljas in hos högre instanser för godkännande av vidareutveckling.

Det är viktigt att komma ihåg att de olika kriterierna inte kan likställas mot varandra. Det är brukarens uppgift att tolka den skala som kriterierna bedöms efter och därför kommer de olika kriterierna ha olika mening på skalan. Alltså säger HP inget om kriteriernas innebörd i förhållande till varandra.

(15)

Empiriska verkstadsstudier

För att utvärdera de olika koncepten som kommer tas fram så kommer en empirisk en empirisk studie i verkstaden på Hagby Återvinningsanläggning att genomföras. Målet med studien är att ta fram underlag till den senare kommande valprocessen, alltså att med konkret grund kunna motivera val av koncept. En annan fördel med att genomföra en studie av detta slag är att koncepten kunde raffineras och modifieras med hjälp av kunskapen som kom från den praktiska erfarenheten.

Comsol Multiphysics

Comsol Multiphysics (CM) kommer att användas för att genomföra dem FEM analyser som projektet eventuellt kommer att kräva. CM är en simuleringsmjukvara som användes för att lösa finita element problem och är idealt för att att lösa beräkningsmodeller inom hållfastighetslära [3]. CAD-modeller kan direkt importeras in i programmet och där omvandlas till mattematiska modeller som sedan kan lösas implicit.

(16)

2 ANALYS AV AVFALLSKÄRL

I detta kapitel presenteras resultatet av den litteraturstudie som inlednignsvis genomfördes.

Syftet var att ta fram den kunskap som redan finns tillgänglig och är etablerad på området. I kontexten för detta projekt så var det främst basfakta om kärlen som var intressant, såsom produktion och uppbyggnad. Även hur situationen för nuvarande demontering ser ut var en viktig faktor att undersöka.

2.1 Tillverkning och kassering av avfallskärl

Kärlen som SÖRAB har i sina ägor tillverkas av PWS Nordic i Tyskland [4] och transporterar sedan till Skandinavien. Uttjänta kärl säljs till Hans Andersson Recycling (HAR) som maler ner plasten till spånor, vilket därefter introduceras tillbaka in i produktionscykeln. Alla former av plastförpackningar, inklusive avfallskärl, måste vara helt fria från metall för att HAR skall acceptera dem [5]. Enligt Thomas Stegfelt, marknadschef på SÖRAB, så varierar priset som HAR köper in plasten för från avtal till avtal men att konservativt räknat så är försäljningsspriset 1-2 kr/kg.

SÖRAB har i dagsläget (2015-03-14) en begränsad involvering i hantering av uttjänta avfallskärl. Hittills har det i första hand varit externa entreprenader som hanterat insamling, demontering och vidareförsäljning av kärlen. SÖRAB vill dock själva kunna erbjuda sina kunder denna tjänst och därför också centralisera hanteringen av uttjänta kärl på Hagby Återvinningsanläggning.

SÖRAB har varit involverad i kärlåtervinningskampanjer där ett större antal kärl kasseras på en och samma gång. Annelie Kärrholm, arbetsledare på LÖT Återvinningsanläggning, berättar att demonteringen av kärlen ofta sker med hjälp av en gaffeltruck som trycker av ena hjulet så axeln kan tas bort. När väl axel och hjul är avlägsnade kan kärlen staplas i varandra för att på så vis kunna transportera så många kärl som möjligt på en och samma gång.

2.2 Sammansättning av avfallskärl

Ett standardiserat tvåhjuligt kärl består av fem olika komponenter: kärl, lock, sprint, hjul och hjulaxel. Tillverkningsmaterialen är HDPE för kärl, lock och sprint, plastkomposit och gummi för hjul samt stål för hjulaxel [6], se Tabell 2. För att skydda kvarnen som maler kärlen är det mycket viktigt att all metall separerar från avfallskärlet, som annars kan skada kvarnbladen.

Även hjulen måste separeras eftersom materialet skiljer sig åt. Dessa hamnar på brännbart vid källsorteringen.

(17)

Tabell 2. Komponenterna som kärlet består av samt tillhörande material.

Komponent Material Bild

Kärl HDPE

Lock HDPE

Sprint HDPE

Hjul Plastkomposit + gummi

Axel Stål

Hjulet är monterat på axeln med hjälp av en sprint som finns inuti hjulet. Sprinten sitter monterad i ett spår tillsammans med en fjäder som trycker sprinten mot hjulets centrum. Axeln är i sin tur utformad med ett cirkulärt spår som sitter i varsin ände av axeln. Axeln är även rundad i ändarna vilket gör att när hjulet träs på axeln så tvingas sprinten upp och återgår inte förrän den har nått spåret. Sprinten och spåret har nu skapat en låsning som håller hjulet på plats.

2.3 Storlekar

Det finns 5 olika storlekar som lösningen måste vara anpassad för. Måtten på dessa varierar relativt mycket [7] och det är väldigt viktigt att detta tas under beaktning under den fortsatta utvecklingen, se Tabell 3.

Tabell 3. Dimensioner och vikt på dem kärl som är aktuella för automatisk demontering.

Mått/Vikt 80 l 120 l 140 l 190 l 370 l

A (mm) 445 479 480 549 750

B 520 555 550 704 805

C 940 974 1065 1075 1070

D 940 905 990 1000 1000

E 378 480 484 559 770

Vikt (kg) ~10 ~10 ~11 ~14 ~19

(18)

2.4 Användningsområde

Kärlen används främst till hushåll- och matavfall. I enstaka fall används kärlen för att lagra farligt avfall och dessa är ofta modifierade på något vis. Denna modifiering kan potentiellt orsaka problem för en automatiserad demontering då utformningen av modifikationen beror på ändamålet. Det är inte ovanligt att kärlen utsatts för hård hantering och miljö vilket medför att skadade kärl kan förekomma. Helst skall en automatiserad lösning vara någorlunda anpassad för att hantera dessa kärl också.

Kärl måste vara rengjorda innan de kan säljas till HAR [8]. Dock krävs endast lätt rengöring, dvs. avlägsnande av grovt avfall, då HAR rengör all plast efter nedmalning.

2.5 Nuvarande demontering

Den nuvarande demonteringen av tvåhjuliga PWS-kärl ser ut på följande sett [9]:

1. Sprintergången kan lokaliseras med hjälp av en markering i plasten på sidan av hjulet.

Denna markering kan sitt både på hjulets insida eller utsida beroende på vilken modell hjulet är.

2. Ett hål på 3-4 mm i diameter borras nära centrum av hjulnavet där markeringen finns.

3. En skruvmejsel förs in i hålet och lyfter upp sprinten samtidigt som hjulet tas bort från axeln.

(19)

3 IDÈGENERERING OCH KONCEPTUTVECKLING

I Idègenerering och konceptutvecklingskapitlet sammanfattas den arbetsprocess som fortlöppigt under utvecklingen. Här innefattas varje steg från idégenerering till dessa att koncepten har utvecklats.

3.1 Function means tree

FMT togs fram i enlighet med de instruktioners som presenterades i Metodik-kapitlet, se Figur 2.

Maskinens två huvudfunktioner identifierades som separation av hjul och hjulaxel samt hantering av komponenterna efter demontering.

För att kunna separera hjul och axel så identifierades tre olika underordnade funktioner. Den första var tvinga av hjulet, alltså att hjulet antingen tryckas eller dras av axeln. Detta skulle kunna lösas med en domkraft som placeras mellan hjul och kärl eller att någon form av axial dragkraft läggs på hjulet. Ett tredje alternativ skulle kunna vara någon form av fixtur som är geometriskt utformad för att trycka av hjulet. Den andra var att manipulera axel, alltså att fokus ligger på att först avlägsnande axeln innan hjulen. Detta skulle kunna göras genom att krossa, kapa eller värmeexpandera axeln. Den tredje var att manipulera sprinten i hjulet vilket skulle kunna uppnås med en hålsåg kapar sprinten, att sprinten smälts med hög värme eller att en magnet lyfter sprinten.

Vid hantering av kärlkomponenterna som måste dem först lyftas/greppas och sedan

transporteras. Dessa blev alltså de underordnade funktionerna till hantering. Komponenterna skulle potentiellt kunna lyftas med antingen sugkoppar eller en hydraulisk grip. För att sedan transportera dem så skulle en löpandebandprincip eller linjär modul kunna användas.

Figur 2. Det FTM som togs fram i projektet.

(20)

3.2 Brainstorming

De principiella lösning som identifierades med hjälp av FTM fick en egen brainstorming-session tillägnad sig. Brainstorming sessionerna gick ut på att fantasin fick löpa fritt och varje ny ide dokumenterades med hjälp av enkla skisser i bläck. Ett exempel på en sådan session, där olika lösningar för avlägsnandet av en sprint togs fram, kan ses i Figur 3.

Figur 3. Exempel på skisser som gjordes under en brasinstorming session.

3.3 Koncept

Från de hoper av idéer som genererades kunde de mest lämpade väljas ut för vidare utveckling.

Principen bakom idéerna fick en högre verklighetsförankring med ytterligare tankearbete och nya skisser i mer raffinerat format ritades upp. Detta gjordes fram tills den punkt då idéerna kunde presenteras som koncept.

Koncept 1 – Fixtur

Koncept 1 bygger på att använda en simpel struktur för att separera hjul och axel, varefter axeln är fri att separeras från kärlet, se Figur 4. Strukturen konstrueras med två profiler som fästs på vardera ända av en rektangulär ram. Profilerna är utformade som konsoler med ovansidan nedåt och med ett spår i mitten så att två spetsar skapas. Spetsarna förs in mellan hjul och kärl och den triangulära utformningen på profilerna tvingar av hjulet från axeln allt eftersom gapet mellan kärlet och den rektangulära rammen sluts. Föreställningen är att ifall sammanstöten mellan kärlet och fixturen är tillräckligt kvick så kommer båda hjulen att släppa från axeln då tidintervallet är för litet för att deformationer skall uppstå på någon av sidorna. Konceptet innefattar att kärlet måste lyftas och föras ner på profilerna alternativt att fixturen ligger på sidan för att sedan skjutas in mellan kärl och hjul.

(21)

Figur 4. Fixturen samt rörelsen då kärlet placeras på fixturen.

Koncept 2 – Hålsåg

I koncept 2 så monteras två borrar på vardera sida om hjulen. Borrarna är bestyckade med varsin hålsåg som är kapabla att kapa metall. Dessa borrar in i hjulets mitt och avancerar fram till dess att sprinten, som fäster hjulet vid axeln, är totalt kapad, se Figur 5. Hjulet kan nu avlägsnas med hjälp av vakuumkoppar som sitter monterad ovanför borrarna. Den linjära rörelsen skapas med med hjälp av skenor som gör att borrarna kan glida fritt i horisontell led och drivs av AC- motorer.

Figur 5. Borren med hålsåg som är monterad på en linjär modul.

Koncept 3 – Hydraulik

Koncept 3 bygger på en hydraulisk princip för att demontera de aktuella kärlkomponenterna.

Kärlet placeras i en maskin så att vartdera hjul hamnar i en separat fålla, se Figur 6. Den ena fållan är fix konstruerad på en stålbalk medan den andra kan röra sig fritt i ett spår mitt i balken.

En hydraulisk kolv är kopplad till den rörliga fållan och justerar placering av den i spåret. När kärlet är säkert inspänt så separerar kolven de två fållorna varpå hjul och axel följer. Ena hjulet är fortfarande monterat på axeln i detta läge men genom att placera ett en metallstång på sidan, i hjulnavets centrum, som kan penetrerar hjulet och trycka ut axeln är en fullständig separation möjlig.

(22)

Figur 6. Kärlet när det placeras in I fållorna.

Koncept 4 – Avdragare

Koncept 4 använder en mekanisk lösning för att separera hjul och axel. Principen grundar sig på en enkel avdragare som har möjlighet att röra sig på en gängad axel, se Figur7. Avdragaren förs in mellan kärlet och hjulet efter vilket den gängade axeln börjar rotera och flyttar på så vis avdragaren i önskad riktning. I denna process så tvingas hjulet av från hjulaxeln. På grund av det snäva mellanrum som finns mellan hjul och kärl är det mycket viktigt att avdragaren är så pass tunn som möjligt. Därför används en vinkelväxel som placeras i huset på avdragaren så att styrningsmekanismen inte blir allt för bred.

Figur 7. Avdragaren som placeras över hjulaxeln mellan hjul och kärl.

Koncept 5 – Värme

Koncept 5 använder värme för att smälta sprinten inuti hjulet för att underlätta separation mellan hjul och axel. Två bläck av en värmetålig metall sitter monterade på ett fäste. Båda bläcken har en kopparledning kopplad till sig var av den ena är kopplad till en strömkälla, se Figur 8. När bläcken kommer i kontakt med metallsprinten inuti hjulet så sluts kretsen och strömkällan genererar en extremt hög temperatur [10]. Hettan smälter sprinten varpå hjulet kan separeras från hjulet med hjälp av exempelvis en vakuumkopp.

(23)

Figur 8. Illustation på hur metallbläcken är monterade och kopplade till strömkällan.

(24)

4 Empiriska verkstadstester

I detta kapitel presenteras de empiriska verkstadsstudier som genomfördes.

I verkstaden fanns ett flertal kasserade kärl att tillgå, på vilket tester kunde genomföras, se Figur 9. Inledningsvis så testades att demontera ett kärl efter de instruktioner som tillverkaren PWS Nordic har gått ut med. Detta fick sedan verka som en referenspunkt som dem andra koncepten kunde utvärderas efter.

Figur 9. Empirisk studie genomförs i verkstaden på Hagby Återvinningsanläggning. På bilden syns hålsågsmetoden testas som demonteringsprincip.

De exakta koncepten fanns inte tillgängliga för empirisk utvärdering, istället användes det som fanns till handa i verkstaden samt en uns fyndighet och kreativitet för att skapa representationer av koncepten. I vissa fall kunde konceptet emuleras med hjälp av ett simpelt verktyg och i andra fall var det nödvändigt att konstruera större funktionsmodeller. För detaljerad redogörelse över vad som representerade vilket koncept se Tabell 4.

(25)

Tabell 4. Tabell som beskriver hur de olika koncepten testades empiriskt I verkstaden.

Koncept 1 – Fixtur

En enkel funktionsmodell tillverkas med hjälp av TIG-svets och vinkelslip. Modellen består av två ’trianglar’ i stål fastsvetsade på en stålprofil. Profilen kan träs över en bräda för ökad stabilitet. Kärlet placeras med axeln mellan de två ’trianglarna’ och en kraftig stöt nedåt tvingar av hjulet från axeln.

Koncept 2 – Hålsåg

Med en hålsåg och borrmaskin kan koncept 2 manuellt efterliknas. Kärlet placeras på sidan och ett hål borras i hjulnavets mitt. I samband med detta så kapar hålsågen hjulsprinten och hjulet kan separeras från axeln.

Koncept 3 – Hydraulik

En större funktionsmodell tillverkas av stål och en hydraulisk kolv. Två fixturer fångar upp hjulaxeln och den hydrauliska kolven tvingar isär dessa så hjulen trycks av. Två versioner av denna modell tillverkades: en med två stänger som trycker av de båda hjulen och en med en längre stång som trycker ut hela hjulaxeln i en rörelse.

Koncept 4 – Avdragare

En vanlig manuell avdragare användes för att representera koncept 4. Principen skiljer sig något då angreppspunkten sitter på utsidan av hjulnavet snarare än mellan hjul och kärl. Detta bedöms emellertid vara en bagatell då

huvudprincipen att trycka av hjulet med hjälp av en modul är densamma.

Koncept 5 – Värme

För att komma upp i de temperaturer som krävs för koncept 5 så användes en

skärbrännare. Skärbrännaren placeras med mynningen i navets mitt och en mycket varm låga smälter plast, axel och sprint.

(26)

4.1 Konceptutvärdering – Harris Profilen

Med hjälp av resultatet från den empiriska studien kan en korrekt utvärdering av de olika koncepten genomföras, se Figur 10. Harris profilen användes för att strukturera resultaten och ger en kvick visuell återkoppling. De kriterier som utvärderas väljs med hjälp av kravspecifikationen och uppgörs av

 Hastighet – Hur lång tid tar det att helt separera kärl, de två hjulen samt hjulaxeln?

 Mångsidighet – Hur enkelt/svårt är det att göra konceptet anpassningsbart för flera olika kärlstorlekar samt skadade kärl?

 Kärlkvalitet – I vilket skick är kärlet efter att kärl, hjul och hjulaxel har separerats?

Skadar konceptet kärlet vid användning?

 Säkerhet – Vad är risken för att olycksfall och skador skall uppstå för användaren?

 Användarvänlighet – Hur enkelt är konceptet att bemästra för en oinsatt person?

 Bullernivå – Vilka ljudnivåer medför konceptet? Hur mycket skadligt buller uppstår?

Här betyder + att maskinen medför en låg bullernivå och – att maskinen medför hög bullernivå.

 Kostnad – Uppskattningsvis, hur mycket skulle det kosta att tillverka och underhålla en maskin som grundar sig på konceptet? Här indikerar + att konceptet ät billigt att tillverka och – att konceptet är dyrt.

 Anpassad för inomhusbruk – Är konceptet lämpat för att användas i en inomhusmiljö?

Figur 10. Harris profilerna för de fem olika koncepten.

Från Harris profilerna ovan blir det snabbt tydligt att en hydraulisk lösning är det mest lämpade konceptet att arbeta vidare med. Konceptet hade mycket goda resultat i kategorierna hastighet, kärlkvalitet, skaderisk, buller samt anpassning för inomhusbruk.

Säkerhet Säkerhet

(27)

5 Slutkoncept

Här nedan presenteras det slutkoncept som togsfram efter utvärderingsfasen.

Tanken med det nya konceptet är att avlasta arbetaren så mycket som möjligt. Arbetarens uppgifter reduceras till att föra in och ut kärl i den s.k. demonteringsprocessen. Kärl redo för demontering placeras på en designerad plats varefter det automatiska systemet tar vid. När demonteringsprocessen är över finns kärlen staplade i varandra och klara för transport. För enkelhetens skull kan slutkonceptet delas in i tre olika moduler, se Figur 11.

Figur 11. Slutkonceptet uppdelat i de tre modulerna.

Modul 1 består av en gripklo som drivs med hjälp av hydraulik och ett gantry¹-system som möjliggör translationsrörelse i vertikalt och horisontellt led, se Figur 12. Kärlet placeras så att gripklon kan greppa tag i det och gantry-systemet transportera det in i nästa modul där demonteringen sker. När demonteringen är avklarad staplas kärlet i det föregående kärl bakom modul 2 och 3.

Den vertikala rörelsen drivs med en elmotor som är placerad högst upp på den vertikala strukturen som utgör huvuddelen av modul 1. Motorn driver två kedjor som i ena änden är kopplad till gripklon och i andra änden en motvikt. Motviktens uppgift är att upphäva momentet som uppstår på motoraxeln då systemet är i vila vilket är att föredra då applikationer som är utsätts för en konstant momentkraft är mer krävande [11]. Den horisontella rörelsen kommer från ett s.k. screw jack-system, som är en typ av linjär aktuator (ställdon). Placerad nertill på strukturen får screw jack-systemet plattan som den vertikala strukturen står på att röra sig på skenor i horisontell led. En hydraulisk kolv är upphängd i gripklons mitt och när den drar ihop sig så griper klon tag om kärlet.

1 Ett linjärt transport-system som används inom automatiserad tillverkning [12]

Modul 1

Modul 3 Modul 2

(28)

Figur 12. Modul 1 med utmarkerade komponenter.

Modul 2 består av två fixturer, två skenor, en linjär ledare samt en ram varpå dessa delar är monterade, se Figur 13. Fixturerna är utformade på ett sådant sätt att när gantry-systemet för in kärlet så guidas hjulaxeln ner i två urgröpningar. På så vis garanteras att hjulaxeln alltid infinner sig på rätt höjd för demontering oberoende på kärlets storlek. Dock måste fixturens position anpassas i vertikal led för att matcha kärlets bredd innan demonteringsprocessen startar, vilket uppnås genom att fixturerna är placerade på den linjära ledaren. Precis som i modul 1 så kommer ett screw jack-system att vara drivkraften som justerar fixturernas position.

Figur 13. Modul 2 med utmarkerade komponenter.

Modul 3 uppgörs av en hydraulisk kolv, ett styrningselement, en stång med tillhörande fästen, en linjär ledare samt ram, se Figur 14. Den hydrauliska kolven är kopplad till en platta på vilket stången är fäst. Plattan är i sin tur monterad på den linjära ledaren vilket möjliggör rörelse i vertikal led. Stången är donet vars uppgift är att separera avfallskärlets hjul och hjulaxel. När den hydrauliska kolven drar ihop sig skjuts stången mot hjulnavets mitt. Kolven drar ihop sig med en sådan kraft att stången penetrerar plastnavet och trycker ut hjulaxeln på motstående sida. På så vis sker en odramatisk, ren separation av kärl, axel och hjul i ett och samma moment.

(29)

5.1 Dimensionering

De mest vitala komponenterna i konceptet har valts ut för mer noggrann dimensionering. Här ingår elmotorn som skall lyft gripklon, växellådan som ska omvandla motorns varvtal, axeln som ska hålla uppe gripklon och motvikten, lagerkrafterna i de linjära moduler som skall hålla gantry- systemet och storleken på den hydrauliska cylindern som ska förse demonteringsstången med kraft.

Elmotor

När motorn ska dimensioneras så tas endast halva systemet i beaktning, dvs. endast med gripklon som last, se Figur 15. Detta är en form av säkerhetsfaktor då kraftmomenten på motorn blir större när motsatt kraft saknas att upphäva det. Massan på lasten som motorn måste lyft kommer även den överdimensioneras till 600 kg istället för den verkliga lasten på ca 100 kg. Massan överdimensioneras dels på grund av att ytterligare höja säkerhetsfaktorn och dels för att rusta konceptet för eventuella förändringar i framtiden då större lyftkraft kan komma att krävas.

Figur 15. Lasten samt det kedjehjul som motorn måste driva sett i profil.

Den effekt P som motorn måste producera för att lyft en specifik last m är summan av lasteffekten P_L och accelerationseffekten P_a [13]. Lasteffekten kan skrivas som

där m är massan på lasten, µ är friktionskoefficienten, v är hastigheten som lasten ska röra sig i, g är gravitationskonstanten och η är verkningsgraden. Accelerationseffekten är förändringen av effekt över tid då systemet går från stillastående till maxfart, denna effekt kan skrivas som

där ta är accelerationstiden. I detta fall så är lasten m 600 kg, gravitationskonstanten g 9,81 och verkningsgraden sätts till 0,9. Det känns rimligt att systemet ska ha en maxhastighet på 1 m/sek då det är önskvärt att gripklon ska kunna gå från lägsta till högsta läge på ett några sekunder.

Hastigheten v sätts alltså till 60 m/min. Friktionen som uppstår när systemet är i rörelse kommer (1)

(2)

(30)

från stål mot stål-kontakt, vilket är 0,03. En godtagbar accelerationstid bedöms vara 2 sekunder.

Om dessa värden sätts in i ovanstående formler så fås att

och

Denna totala effekten som motorn måste klara av blir därför

BEVI AB producerar en elmotor med artikel namn 4A 80 2-4 vilket har en märkeffekt på 0,75 kW vilket är tillräckligt för att klara av lasterna [14], se Figur 16.

Figur 16. Elmotor 4A 80 2-4 från BEVI.

Växellåda

Diametern på kedjehjulet som driver gripklon i vertikalt led sätts till d 0,1 m och avståndet mellan de två ändpunkterna i vilket gripklon kan röra sig i sätts till s 2,5 m. Ifall tiden det tar för gripklon att gå från sin lägsta till sin högsta position önskas vara ungefär t 4 sekunder så måste varvtalet som motorn ger ifrån sig vara

.

Den valda motorn ger ifrån sig ett varvtal på 1400 vilket alltså är för högt. Detta kan lösas genom att introducera ett par kuggväxlar i systemet. Motoraxeln har en diameter på 24 mm så rimligtvis kan det första kugghjulet ha en delningsdiameter på d₁ 50 mm. Kugghjul som interagerar med varandra måste ha en gemensam periferihastighet vilket kan användas för att härleda delningsdiametern för de övriga kugghjulen, se Figur 17.

(3)

(4)

(31)

Figur 17. Två samverkande kugghjul som delar periferihastighet.

Sambandet ger att

(

) (

) .

För att delningsdiametern på ett kugghjul inte ska bli för stort så växlas systemet först ner till n₂ 400 r/m. Ifall detta värde samt värdet på det begynnande varvtalet n1 och delningsdiametern d1

för det första kugghjulet sätts in i formeln fås

Delningsdiametern på det tredje kugghjulet d3 väljs godtyckligt till 0,05 m och nu kan den sista delningsdiametern erhållas genom

. Kuggantalet z för det första kugghjulet kan fås med formeln

,

där d är delningsdiametern i mm och m standardmodul är ett tabellvärde [15]. Ifall standardmodulen 3 välj och värdena sätts in i formeln så fås

Kuggantalet för de övriga kugghjulen kan sedan fås genom att multiplicera z₁ med utväxlingen i på följande sätt

På liknande sätt fås att

och

(5)

(6)

(7)

(32)

Med de värden givna från ekvationerna kan nu en korrekt modell på växellådan skapas i Solid Edge, se Figur 18.

Figur 18. Växellåda modellerad i Solid Edge.

Axel för kedjehjulet

I det här fallet så skapas en kvasistatisk 3d-miljö i CM och en modell av axel och kedjehjul hämtas från Solid Edge. Modellen tillskrivs materialet konstruktionsstål och axelns ändar ges 0 frihetsgrader. Därefter läggs fyra krafter som motsvarar en last på 600 kg på kedjehjulen, se Figur 19, och modellen konverteras till ett mesh uppbyggd av tetraeder. För att se hur 600 kg påverkar axlar av olika grovlek så inför en parametric sweep som möjliggör att flera simulation kan genomföras i följd med varierande grovlek på axel.

Figur 19. Krafterna som verkar på kedjehjulet.

Konstruktionsstål har i allmänhet en sträckgräns mellan 350 och 400 MPa [16]. En

(33)

Figur 20. Graf över spänningarna som uppstår i axeln.

Lagerkrafter

För att kunna välja rätt typ av linjära modul som ska förse gripklon med fri rörelse i vertikal och horisontell led så måste lagerkrafterna beräknas, se Figur 21. Detta görs genom att ställa upp kraftjämviktsekvationer samt att ställa upp kraftsystemens kraftmoment med avseende på en specifik punkt.

Figur 21. Gripklon och lyftanordningen med lagerkrafterna utritade.

För krafterna i de nedre lagren kan modellen skrivas om så att samtliga krafter samlas på en rät linje mitt emellan de fyra lagren, se Figur 22. L är avståndet från masscentrum till dem främre lagren vilket antas vara hälften av gripklons längd.

Spänning (MPa) (von Mises)

Axel-grovlek (mm)

(34)

Figur 22. Omskrivning av systemet med avseende på de nedre lagren.

För att lösa ut kraften F1 så ställs kraftmomentet upp med avseende på punkten O

.

I detta fall är massan m 600 kg, längden L från masscentrum till främre lager 0,7 m och avståndet A mellan de främre än bakre lagren 0,410 m vilket ger

= 5029 N.

För att lösa ut kraften F2 så sätts kraftjämviktsekvationen upp för systemet . Med dem kända värdena insatta får i formeln fås

= 7972 N.

Samma teknik används för att beräkna lagerkrafterna i de vertikala ledarna, se Figur 22. Här är L₂ Avståndet från masscentrum till lagerna och A₂ är avståndet mellan de övre och undra lagerna.

(8)

(9)

(35)

Figur 23. Omskrivning av systemet med avseende på de övre lagren.

Kraften F3 fås genom att ställa upp kraftmomentet runt punkt O

I det här fallet är avståndet från masscentrum till lagerna L2 0,8 m och avståndet mellan lagerna 0,24 m vilket ger

Winkel producerar en linjär modul med produktnamn 4.054 vars lager klarar av en radiell kraft på 10.3 kN vilket är godtagbart i detta fall [17], se Figur 24.

Figur 24. Linjär modul 4.054 från Winkel.

(10)

(36)

Hydraulisk kolv

För att ta reda på minsta möjliga storlek på den hydrauliska cylindern som behövs för att penetrera hjulnavet och trycka ut hjulaxeln gjordes ytterligare en simulering i CM. En liknande beräkningsmodell som användes i fallet med axeln sattes upp. Yttersidorna på fälgarna låstes i samtliga frihetsgrader och en kraft, se Figur 25, som med hjälp av parametric sweep varierade från 1000 till 12000 N, las på en cylinder placerad vid ena hjulets nav.

Figur 25. Modell på hjul, hjulaxel och section av demonteringsstång uppbyggd i Comsol Multiphysics. Det blåmarkerade området på fälgarna är låst i samtliga frihetsgrader och det

blåmarkerade området på stavens ände är var kraften är pålagd.

Då den exakta plastkompositen var okänd så användes istället en plastkomposit i CM material bibliotek med en av dem högre sträckgränserna, runt 100 MPa. Spänningarna i materialet ökade proportionellt i förhållande till den pålagda kraften och runt 9000 N började materialet ge vika, se Figur 26. För att garantera att stången ska penetrera materialet så väljs därför att en något större kraft på 10000 N måste uppnås.

(37)

Figur 26. Graf över spänningarna i hjulnavet då kraft appliceras.

För att räkna ut hur stor area cylindern måste ha för att komma upp i sådana krafter så används formeln

√

Där F är kraften, P är trycket som pumpen förser och r är radien på cylindern. Ifall en relativt kraftig industripump användes som kan förse den hydrauliska cylindern med ett tryck på 10 bar fås

√

.

Cylinder måste alltså ha en diameter på ungefär 0,1 m ifall pumpen kan förse systemet med 10 bar.

Spänning (MPa) (von Mises)

Pålagd kraft (N)

(10)

(38)

6 RESULTAT

I nedanstående kapital presenteras den CAD-modell som togs fram i projektet. Modellen är framtagen baserad på den information och kunskap som sedan tidigare införskaffats och anses vara ett komplett underlag för tillverkning. För att få tillgång till ritningsunderlag se Bilaga D.

6.1 Tillägg

Rent konceptuellt så avviker den färdiga modellen mycket lite från de skisser som togs fram i slutkoncept-fasen. Tre större tillägg har dock gjorts som ansågs vara nödvändiga för att kunna motivera tillverkningen av maskinen, se Figur 27. Ett s.k. cable carrier(cc)-system har lagts till, vilket består av ett flertal plastmodeller vars uppgift är att guida de kablar som är kopplade till rörliga delar. Fördelen med att ha ett cc-system är att det kraftigt minskar slitage på kablarna, förhindrar trassel samt ökar säkerheten för maskinen.

Nedtill på den vertikala lyftanordningen har en stålram lagts till vars syfte är att hålla en plastbox. Ramen är placerad på ett sådant sätt att när kärlen demonteras så samlas hjulaxlarna i plastboxen. När boxen är full kan lyftanordningen köras till sitt högra ändläge (sett framifrån) varpå boxen säkert kan tömmas. Ett liknande tillskott har skett bakom modul 1 och 2 där det nu finns en vagn som vilar på två hjul och två expansionsbeslag. Vagnen kan hålla två boxar som fångar upp hjulen efter demontering. När så önskas kan vagnen dras åt sidan och boxarna kan tömmas på ett säkert sätt.

Tillägg 1

Tillägg 2

Tillägg 3

(39)

6.2 Konstruktion

På grund av det stora antal komponenter som maskinen är uppbyggd av så kommer alla inte förklaras i en detaljerad utläggning. Istället kommer tre av komponenter/moduler att väljas ut som anses kunna representera dem flesta övriga komponenter. För en mer detaljerad inblick i övriga komponenter se Bilaga C.

Den vertikala lyftanordningen samt gripklon kommer behöva konstrueras för hand, se Figur 28.

Det vill säga delkomponenter med rätt mått kapas med vinkelslip som därefter svetsas ihop manuellt. Metoden är mest lämplig då dessa delarna måste vara skräddarsydda för ändamålet vilket gör att standardkomponenter inte funkar, och att tillverka de med automatiska industrimetoder skulle vara allt för kostsamt.

Figur 28. Utformning på lyftanordningen och ena halvan av gripklon.

Stålplåt som kan vattenskärras och bockas är material och tillverkningsmetod som varit i åtanke vid utformningen av de flest fästen och beslag till maskinen, ett exempel kan ses i Figur 29.

Vattenskärning anses var en lämplig tillverkningsmetod då maskinen kommer vara unik och endast ett begränsat parti komponenter är nödvändiga.

(40)

Figur 29. Sprängskiss på fästet för den Hydauliska cylinderna bakdel.

Vissas beslag kommer behöva efterarbete i form av borrning om de ska vattenskärras. Det kan var lämpligt att fräsa dessa istället. Kullagren kommer till exempel att monteras med geometriskt utformade beslag och hållas på plats med hjälp av någon typ av gänglåsningsprodukt [19], se Figur 30. Framförallt dessa komponenter är kandidater för fräsning.

Figur 30. Montering av kullager.

(41)

6.3 Demontering

Hela demonteringsprocessen för demonteringen kan delas upp i sex steg.

1. Ett kärl placeras manuellt av operatören på en utmarkerad plats där gripklon får tillgång till det.

2. Gripklon tar tag i kärlet och transporter det in i modul 2 där själva demonteringen utförs. Utformningen på fixturerna guidar kärlet till rätt position.

3. Kolven drar ihop sig vilket tvingar en stång att penetrera hjulnavet och trycka ut hjulaxeln på motstående sida. Den blå plastboxen som alltid följer med

lyftanordningen fångar upp och lagrar stången.

(42)

4. När stången återgår till sin ordinarie position trillar de båda hjulen ner och guidas av två lutade spår (svarta på bilden) ner i de två boxarna bakom kärlet.

5. Lyftanordningen transporterar de avskalade kälet vidare och staplar det i föregående demonterade kärl. Gripklon återgår sedan till sin begynnande position och hämtar nästa kärl som operatören har matat in.

(43)

6. När boxarna behöver tömmas och de staplade kärlen ska fraktas bort kan maskinen ställas i ett underhållsläge som låser maskineriet och ger operatören tillgång till boxarna.

(44)

6.4 Kostnadsanalys

En fullständig offert har tagits fram för komponenter och material som behövs för att tillverka maskinen. Detaljerna kan ses i Tabell 5, priserna gäller exklusive moms.

Tabell 5. Kostnadsredogörelse för respektive komponent.

Komponent Antal (st) Styckpris (kr) Totalt pris (kr) Återförsäljare Hydraulisk

cylinder HK- AM6340400, slaglängd 400 mm [20]

1 2291 2291 Swedol

Hydraulisk

cylinder 32-610, slaglängd 1000 [21]

1 3990 3990 Hammars Verkstad AB

Riktningsventil K V-54071, 4 slidor [22]

1 3372 3372 Swedol

Spårkullager, 12 mm [25]

2 59 118 Swedol

4 75 300 Swedol

1 113 113 Swedol

Länkhjul, 50 mm [24]

2 66 132 Swedol

4.054+AP0, rulle med platta, se Bilaga C

8 990 7920 EIE Maskin

Std 0Nbv profil, skena 2500 mm, se Bilaga C

Std 0Nbv profil, skena 2250 mm, se Bilaga C

Screw jack, Z-5- R-KGT (16x10), slag 2000 mm, se Bilaga C

Screw jack, Z-5- R-KGT, slag 500 mm, se Bilaga C

(45)

Z-5-GLP,

ändinfästning, se Bilaga C

Kuggstång, 2000 mm, se Bilaga C

Kuggstång, 500 mm, se Bilaga C

Expansionsbeslag 2st, 1 m [25]

1 100 100 Biltema

Elmotor 4A 80 2-4 [26]

1 3665 3665 BEVI AB

Snäckväxel BSV 063 [27]

1 2215 2215 BEVI AB

Kedjehjul 22 tänder 08B-1, [28]

2 200 400 Mekaniska Produkter

& Tjänster Sverige Kedja, RS08B-1

simplex 12,7 mm, 5 m [28]

& Tjänster Sverige

Konisk

klämbussing 1610 30 mm [28]

& Tjänster Sverige

Uppstödd härdad axel 16 mm, 500 mm [29]

2 150 300 BJB CNC Linear

Components

Uppstödd härdad axel 16 mm, 1000 mm [29]

Components

Öppen

kulbussning med hus 16 mm [29]

Components

Fästen golv² 18 1,7 (kg) x 30³ (kr/kg)

918 Bengtssons smide AB

Ram² 1 86,5 x 30 2595 Bengtssons smide AB

Lyftanordning² 1 176,5 x 30 5295 Bengtssons smide AB

Grip fäste² 1 22 x 30 660 Bengtssons smide AB

Gripklo² 1 11,5 x 30 345 Bengtssons smide AB

Motvikt² 1 48 x 30 1440 Bengtssons smide AB

Plåtkomponenter² - 126,5 x 30 3795 Bengtssons smide AB

Totalt 69625

2 Priset avser endast materialkostnaden, tillverkningskostnaden för komponenten är ej inräknad.

3 Det ungefärliga kilopriset 30 kr på stål är taget på rekommendationer från Eddie Ideen som är mekanisker på Hagby Återvinningsanläggen och har en god kontakt med Bengtssons smide.

(46)

7 DISKUSSION OCH FRAMTIDA ARBETE

I följande kapitel diskuteras resultatet och den maskin som har tagits fram i detta projekt.

Utgångspunkten kommer vara att resonera kring ifall de mål som sattes upp i projektets början har uppnåtts eller ej.

7.1 Diskussion

De två viktigaste frågorna som nu måste diskuteras är: Hur väl uppfyller den framtagna maskinen de krav som sedan tidigare specificerats? Samt, är det en god ide för SÖRAB att investera över 70000 kr på att tillverka maskinen?

Till att börja med kan det fastslås att tidskravet på demonteringsprocessen (2min) är bemöt med god marginal. Den framtagna maskinen demonterar avfallskärlen med samma mekaniska princip som den hydrauliska funktionsmodell som byggdes och testades i verkstaden på Hagby Återvinningsanläggning. Dessa tester ger ett oklanderligt bevis på maskinens förmåga att effektivt demontera kärlen med kliniska precision. Hela förloppet kunde reduceras till enbart några sekunder vilket i jämförelse med manuell demontering på 2 minuter står sig mycket bra.

Till maskinens styrka hör också dess mångsidighet. För det första så är maskinen kompatibel när det kommer till demontering av de avfallskärl som innefattades i kravspecifikationen. Men maskinen har även förmåga att transportera och stapla redan demonterade avfallskärl vilket i stor utsträckning avlastar den arbetare vars uppgift det är att demontera kärlen. Den hydrauliska gripklon och gantry-systemet har alltså gjort så att arbetaren ej behöver utföra några tunga lyft eller böjningar av ryggen vilket över tid potentiellt skulle kunna ha orsakat slitskador.

När det kommer till skaderisken så finns vissa orosmoment eftersom det handlar om en relativt tung struktur som åker fram och tillbaka i relativt höga hastigheter. Tanken har hela tiden varit att motverka detta genom att göra så att arbetaren aldrig behöver röra sig i området där den hydrauliska klon verkar, till exempel så introducerades vagnen vars uppgift det är att samla in hjulen på grund av detta. Det är dock inte otänkbart att någon, av en eller annan anledning, ändå vistas detta område och då hamnar i risk för olycka. Om denna maskin skall byggas är det av yttersta vikt att området där den hydrauliska klon rör sig i är väl markerat alternativt avspärrat så att olyckor ej kan inträffa.

En fördel med att göra, i stort sett, hela demonteringsprocessen automatiserard var att inlärningsprocessen kunde hållas kort. Tanken var att arbetaren bara ska behöva ställa kärlet på rätt plats och indikera i något typ av gränssnitt vilken kärlstorlek det rör sig om och därefter tar maskinen över. Men med tanke på skaderisk som diskuterades i ovanstående stycke så kan inlärningsprocessen behöva vara längre än 5 minuter. Detta eftersom det är väldigt viktigt för operatören att känna till var hon eller han får vistas utan att utsätta sig själv för fara.

Maskinen är lämpad för inomhusbruk när det gäller verkstadsmiljö, vilket är där SÖRAB har tänkt att demonteringen skall ske. Det enda kravet som lokalen måste uppfylla för att hushålla maskinen är att det måste finns en stor fri yta där maskinen kan operera.

Ifall SÖRAB tar över kärlåtervinningen för sina samtliga ägarkommuner så kommer minst 900 kärl att behövas demonteras årligen, se Bilaga A. Den största andelen av dessa kärl är 190-liters

(47)

intäkterna ifall maskinen inte byggdes men det skapar ändå ett perspektiv på hur en investering på 70000 kr inte är så mycket i det stora hela när det kommer till hanteringen av kärl. Där skall också tilläggas att det inte är ovlanligt med större kampanjer då ett flertal kärl byts ut i kommunerna. Till exempel så hade Järfälla kommun en kampanj år 2014 då 9000 avfallskärl byttes på en och samma gång. I dessa fall kan det vara mycket viktigt att demonteringen och hanteringen av kärlen flyter på effektivt för att de ekonomiska och arbetsmiljömässiga förlusterna inte ska bli för stora. Därför rekommenderar jag SÖRAB att antingen tillverka denna maskin eller hitta en alternativ automatiserad lösning.

7.2 Framtida arbete

Det som inte hann göras inom tidsramarna av detta projekt var att skapa ett styrningssystem till maskinen. För att detta koncept ska vara möjligt så måste det finnas ett tillhörande gränssnitt där operatören kan tala om för maskinen vilket typ av kärl som är redo för demontering. Troligen kommer det krävas en relativt avancerad programmeringskod för att ett: maskinen skall kunna utföra sina sysslor med en sådan precision som faktiskt krävs och två: för att skapa ett grafiskt användarvänligt gränsnitt genom vilket operatören kan kommunicera med maskinen.

Jag rekommenderar SÖRAB att gå ut med någon form av kandidatarbete eller liknande där en eller två studenter kan få ta sig ann och lösa detta problem.

(48)

8 REFERENSER

[1] O’Sullivan B., ”Constraint-Aided Conceptual Design”, John Wiley and Sons, 2002, sid 11 [2] van Boeijen A. och Daalhuizen J., ”Delft Design Guide”, Delft University of Technology, 2013, sid 138-139

[3] COMSOL, ”COMSOL Multiphysics”, http://www.comsol.com/comsol-multiphysics, 2015, sökt 2015-08-12

[4] PWS Nordic AB, Broschyr “Kärl och system – 2-, 3-, 4-hjuliga kärl”, PWS Nordic AB, 2015,sid 2

[5] Hans Andersson Recycling, ”Återvinningsguide”,

http://www.hansandersson.se/atervinning/atervinningsguide/, sökt 2015-08-12, 2015 [6] PWS Nordic AB, Broschyr “Kärl och system – 2-, 3-, 4-hjuliga kärl”, PWS Nordic AB, 2015, sid 5

[7] PWS NordicAB, Broschyr “Kärl och system – 2-, 3-, 4-hjuliga kärl”, PWS Nordic AB, 2015, sid 5

[8] Hans Andersson Recycling, ”Återvinningguide”,

http://www.hansandersson.se/atervinning/atervinningsguide/, 2015, sökt 2015-08-12

[9] PWS NordicAB, Broschyr “Demontering av hjul på PWS 2-hjuliga avfallsbehållare”, PWS Nordic AB, 2007, sid 11

[10] Thompson G., ”How to Make the Metal Melter”,

https://www.youtube.com/watch?v=d5pGN6pqkyY, 2012, sökt 2015-08-12 [11] ABB Drives US, “Three simple steps to sizing your motor and drive”, https://www.youtube.com/watch?v=TrZx_toFWJ4, 2012, sökt 2015-08-12 [12] Advanced Motion Systems INC., “Gantry Systems”,

http://207.57.20.88/robots/gantryov.htm#gantrySystem, sökt 2015-08-12

[13] SIGBI System AB, “SIGBI System AB – Handbok”, SIGBI System AB, kapitel 7, sid 17 [14] BEVI AB, ”BEVI elmotorer 4A3D – broschyr”, BEVI AB, 2015, sid 4

[15] Institutionen för maskinkonstruktion, ”Maskinelement HANDBOK”, Kungliga Tekniska Högskolan, 2008, sid 49

[16] Sehlå B., “Konstruktionsstål”, Stålbyggnadsinstitutet, 2002, sid 1

(49)

[19] Francis G., “bearing and shafts 1”, https://www.youtube.com/watch?v=iy2Zmi3qsX8, 2012, sökt 2015-08-12

[20] Swedol, http://www.swedol.se/1001019.html, sökt 2015-08-12

[21] Hammars verkstad AB, http://www.hammars.com/hydraulik/Hydraulcylindrar.htm, sökt 2015-08-12

[22] Swedol, http://www.swedol.se/1001015.html, sökt 2015-08-12 [23] Swedol, http://www.swedol.se/1001039.html, sökt 2015-08-12 [24] Swedol, http://www.swedol.se/bs-1850.html, sökt 2015-08-12

[25] Biltema, http://www.biltema.se/sv/Bygg/Gangjarn/Ovrigt/Expansionsbeslag-2-st- 2000018657/, sökt 2015-08-12

[26] BEVI AB, ”BEVI elmotorer 4A3D – broschyr”, BEVI AB, 2015, sid 4 [27] BEVI AB, ”Översikt VÄXLAR”, BEVI AB, 2015, sid 2

[28] Mekaniska Produkter & Tjänster Sverige,

http://www.mekaniskaprodukter.se/index.php?product=647, sökt 2015-08-12

[29] BJB CNC Linear Components , http://www.jbcnc.se/index.php?cPath=42_44_55, sökt 2015-08-12

[30] van Boeijen A. och Daalhuizen J., ”Delft Design Guide”, Delft University of Technology, 2013, sid 18-19