Konceptutveckling av utrustning inom vägunderhåll

(1)

Konceptutveckling av utrustning inom

vägunderhåll

Lastbilsmonterad utrustning för rengöring av vägbana under och bakom vägräcke Jens Svedberg Självständigt arbete Huvudområde: Maskinteknik GR (C) Högskolepoäng: 15 hp Termin/år: VT 2020 Handledare: Mikael Bäckström Examinator: Lars-Erik Rännar

Kurskod/registreringsnummer: MT033G

(2)

Konceptutveckling av utrustning inom vägunderhåll

Mittuniversitetet 8 juni 2020

Sammanfattning

När landsvägar sopas rent från grus samlas inte alltid detta upp utan

sopas istället ned i diket, vid förekomst av vägräcken ackumuleras

gruset över tid under vägräcket. Detta leder till att avrinningen av vatten försvåras vilket kan leda till att vattenmassor samlas på vägbanan, detta leder till en försämrad trafiksäkerhet. Arbetet med att

avlägsna detta grus är idag tidskrävande och leder till att

framkomligheten på vägen begränsas. På uppdrag av AB Mählers och Söner skapades ett produktkoncept som skall kunna utföra ett förebyggande underhåll för att undvika det mer tidskrävande arbete som utförs idag. Konceptet bygger på två stycken roterande sopborstar som med en överbryggande konstruktion placeras på vardera sida av vägräcket. Konceptet avses att placeras på ett befintligt sidoplogfäste

som finns i AB Mähler & Söner existerande produktutbud. För att ta

fram detta koncept har olika metoder nyttjats: intervjuer med identifierade intressenter har utförts, befintliga lösningar har sökts och olika koncept har skapats. De genererade koncepten har betygsatts och eliminerats tills ett koncept kvarstår. Detta koncept har itererats tre gånger för att söka olika lösningar på problemställningen.

Nyckelord: Vägunderhåll, konceptutveckling, sopmaskin,

lastbilsutrustning

Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and Mårten Sjöström.

(3)

Abstract

When country roads are swept clean from gravel, the gravel is not

always collected, but is instead swept down into the trench. In the presence of guardrails the gravel accumulates over time under the guardrail. This makes the drainage of water more difficult which can lead to water masses accumulating on the roadway, which leads to impaired road safety. The work of removing this gravel is today

time-consuming and will limit the accessibility off the road. On behalf of

AB Mählers and Söner, a product concept was created that will be able

to carry out preventive maintenance to avoid the more time-consuming

work being done today. The concept is based on two rotating brushes

which with a bridging construction are placed on each side of the

guardrail. The concept is intended to be placed on an mount for a

snowplough that currently exists in AB Mähler & Söner's product range.

To develop this concept, different methods have been used: interviews with identified stakeholders have been carried out, existing solutions have been sought and different concepts have been created. The generated concepts have been graded and eliminated until one concept remains. This concept has been iterated three times to seek different solutions to the problem.

Keywords: Road maintenance, concept development, sweeper,

truck equipment

(4)

Konceptutveckling av utrustning inom vägunderhåll Mittuniversitetet 8 juni 2020

Innehållsförteckning

1 Introduktion 1 1.1 Bakgrund 1 1.2 Syfte 1 1.3 Mål 1 1.4 Avgränsningar 1 2 Metod 1 2.1 Behovsanalys 2 2.2 Konstruktion av vägräcken 2

2.3 Rutiner gällande rengöring av väg och broräcken samt behov 2

2.4 Befintlig teknik 3

2.5 Strukturering av arbete - Milstolpar 3

3 Resultat 5

3.1 Behovsanalys 5

3.1.1 Konstruktion av vägräcken 5

3.1.2 Rutiner gällande rengöring av väg och broräcken. 5

3.1.3 Befintlig teknik 7 3.1.4 Resultatet av behovsanalysen 7 4 Milstolpar 8 4.1 Milstolpe 1 8 4.1.1 Branschanalys 8 4.1.2 Scenarioanalys 8 4.2 Milstolpe 2 8 4.2.1 Intressentanalys 8 4.2.2 Leta ny teknik 9 4.2.3 Målspecifikation 9 4.3 Milstolpe 3 10 4.3.1 Viktiga innovationsområden 10

4.3.2 Funktionsanalys och generering av dellösningar 10

4.3.3 Krav på konstruktionens räckvidd 12

4.4 Koncept 13

4.4.1 Koncept 1 14

(5)

Konceptutveckling av utrustning inom vägunderhåll Mittuniversitetet 8 juni 2020 4.4.2 Koncept 2 16 4.4.3 Koncept 3 18 4.6 Milstolpe 4 20

4.6.1 Eliminera koncept med Pughs relativa beslutsmatris 20

4.6.2 Val av koncept 22 4.7 Milstolpe 5 22 4.7.1 Iterera koncept 22 4.7.1.2 Iteration ett 23 4.7.1.4 Iteration två 25 4.7.1.6 Iteration tre 28

4.9 Detaljerad beskrivning av ingående komponenter 30

4.9.1 Fäste i lastbil 30

4.9.3 Bom 33

4.9.4 Armar 34

4.9.6 Fästplatta till borstar och styrande geometrier 37

4.9.7 Funktionsbeskrivning 39

5 Diskussion och slutsats 42

5.1 Rekommendationer 42

5.2 Vidareutveckling 42

5.3 Slutsats 44

6 Referenser 46

(6)

Terminologi

Kompaktlastare - Mindre entreprenadfordon med stel ram.

(7)

1 Introduktion

1.1 Bakgrund

Vid gatusopning efterlämnas grus på vägbanan och vägrenen om det

inte samlas upp i samband med sopningen. Där vägräcken förekommer

hamnar detta grus under och strax bakom räcket då det är svårt att nå

detta med de sopar som används. I denna ansamling av grus börjar till

sist växter växa och tas inte bort förrän när det blivit ett problem. Arbetet med att ta bort detta är tidskrävande och kräver ofta större maskiner som då under en relativt lång tid gör inskränkningar på vägens framkomlighet.

AB Mähler & Söner tillverkar idag olika snöplogar för montage på fordon. Då detta är ett väldigt säsongsbetonat produktutbud finns önskemålet att utvidga det till produkter som går att nyttja under årets snöfria månader.

1.2 Syfte

Syftet med projektet är att konstruera en soputrustning som nyttjar de befintliga fästen för snöplogar som sitter monterade på lastbilar året om.

1.3 Mål

Konstruera en lastbilsmonterad sop eller verktyg för rensning under vägräcken som kan kopplas på något av de befintliga fästena: frontfäste VV-95, sidoplogfäste flex eller skjutbom US-84.

Kompletterande frågor kan röra kundkrav och efterfrågan.

1.4 Avgränsningar

Konstruktionen kommer att avgränsa sig från detaljer som borstar samt dimensionering av hydraulik.

(8)

2 Metod

Metodansatsen i förundersökningen är att de identifierade berörda

parterna kontaktas via e-post samt att kompletterande sökningar på internet genomfördes.

Designarbetet utför i Solidworks 2019

2.1 Behovsanalys

Enligt den första presentationen av uppgiften framkom det att det fanns ett intresse att utveckla utrustning för rengöring av själva vägräcket. Då författaren saknas erfarenhet av denna typ av underhåll utfördes en kortare undersökning om hur en sådan utrustning bör se ut, om det idag finns ett behov av att utföra underhåll på vägräcken och om det finns befintliga lösningar för arbetet idag. Denna information söktes på internet samt genom att ställa frågan angående behov och rutiner till intressenter via e-post.

2.2 Konstruktion av vägräcken

För att kunna dimensionera renhållningsutrustningen måste det undersökas huruvida väg och broräcken byggs efter en standard. Av särskilt intresse är huruvida någon lägsta och högsta höjd används. Denna undersökning gjordes genom att söka information på internet samt kontakta Trafikverket.

2.3 Rutiner gällande rengöring av väg och broräcken

samt behov

För att undersöka om det finns rutiner eller behov av rengöring av väg och broräcken gjordes en kortare undersökning där berörda parter frågades ut via e-post. De som kontaktades var:

● Trafikverket ● Saferoads

● Alla (8) kommuner i Jämtlands Län

● SVBRF (Svenska Väg -och Broräckesföreningen)

Alla kommuner samt trafikverket fick samma frågor, dessa var:

(9)

● Finns det rutiner för rengöring av vägräcken idag? ● Om ja hur utförs detta arbete?

● Om Nej, varför inte?

● Skulle tillgången till lämplig utrustning bidra till att förändra det?

● Skulle en entreprenör som kan erbjuda denna tjänst i

kombination med gatusopning vara mer attraktiv än en som inte kan erbjuda tjänsten vid en upphandling?

Saferoads och SVBRF fick frågor om rutiner för rengöring finns idag, om det skulle vara fördelaktigt ur ett livslängdperspektiv att utföra underhåll samt om det skulle kunna förekomma utfällningar av zink från vägräcket på grund av mekanisk rengöring.

Utöver frågorna har information sökts på internet.

2.4 Befintlig teknik

För att finna inspiration och för att skapa en förståelse om hur rengöringsarbetet utförs idag har information sökts via internet.

2.5 Strukturering av arbete - Milstolpar

För att kunna strukturera arbetet kommer det att följa en modifierad mall som använts i tidigare produktutvecklingskurser.

Mallen består av ett antal milstolpar:

Milstolpe 1

● Branschanalys - Skapa en förståelse för marknaden och de rutiner

som finns idag med syftet identifiera inriktning för

konceptutvecklingen.

● Scenarioanalys - Identifiera vilka faktorer som kan bidra till

konceptets framgång.

● Intressentanalys - Syftet att finna de personer/företag och

myndigheter som är intressenter i projektet.

Milstolpe 2

● Leta och förstå ny teknik - Söka inspiration för

konceptutvecklingsarbetet inom andra relaterade områden.

(10)

● Målspecifikation - Specificera målen med arbetet med syftet att

kunna mäta resultatet.

Milstolpe 3

● Viktiga innovationsområden - Identifiera områden som kan

komma att kräva mer arbete än de övriga.

● Funktionsanalys och generera lösningar till delfunktioner -

Identifiera viktiga funktioner samt skapa lösningar till dessa.

Milstolpe 4

● Eliminering med Pughs relativa besutsmatris - Genom att jämföra

koncept med ett poängsättningssystem kan svaga koncept elimineras.

● Val av koncept - Med stöd av tidigare punkter så väljs det

koncept som skall gå vidare ut.

Milstolpe 5

● Iterera koncept - Skapa varianter av det vinnande konceptet med

syftet att undersöka olika lösningar av samma problem. ● Slutkontruktion - Skapa ett mer detaljerat koncept.

● Säkring mot Målspecifikation - Se så att det slutgiltiga konceptet

uppfyller målspecifikationen.

(11)

3 Resultat

3.1 Behovsanalys

3.1.1 Konstruktion av vägräcken

Resultatet av internetsökningen var att krav på minsta höjd på väg och

broräcken ställs i de fall då de används som fallskydd [1], i dessa fall är

lägsta tillåtna höjd beroende på situation 1,1 m, 1,2 m eller 1,4 m. Denna

information bekräftades sedan via e-post av en Senior specialist inom

vägutrustning och -utformning på Trafikverket. I övrigt kan inte

Trafikverket ställa några krav på vägräcket då alla nya räcken idag skall vara standardiserade enligt harmoniserad standard hEN 1317–5 [2],

detta innebär att ett vägräcke som uppfyller de krav som ställs i

standarden kan användas oavsett höjd.

3.1.2 Rutiner gällande rengöring av väg och broräcken.

Trafikverkets svar kom från en person som arbetar på Trafikverkets

kontor i Borlänge på avdelningen Teknik och miljö inom underhåll.

Personen sitter som internkonsult och är sakkunnig inom området underhåll samt snöröjning på vägar. Kontakt togs genom e-post som även kompletterades med en telefonintervju. Det framkom att Trafikverket saknar rutiner gällande underhåll av “vanliga” vägräcken (vajer och stålprofilräcken). Däremot finns det rutiner för räcken konstruerade av betong. Dessa spolas rent en gång per år. Anledningen till att denna variant av räcke rengörs medan de andra varianterna av

räcken inte underhålls på samma sätt var för den sakkunnige okänt. I

övrigt finns rutiner för rengöring av de krockskydd med rörliga delar som finns i början av vissa vägräcken.

(12)

På frågan om ett behov av rengöring finns nämnde den sakkunnige

tester som gjort på 15 år gamla vajerräcken som varit monterade på en

sträcka längs kusten. De tester som utfördes var dragprov samt mätningar av zinkskiktets tjocklek. De 15 år gamla vajrarna klarade

båda testerna trots den korrosiva miljö som de varit monterade i under

15 år. I samma test undersöktes vajrar från en annan vägsträcka med

mindre korrosiv miljö, dessa klarade testerna sämre vilket kunde härledas till ett större antal olyckor längs sträckan. Dessa olyckor innebar att räddningstjänsten oftare än på den andra sträckan släppt ned vajrarna på vägbanan. Resultatet av testerna visade på att hantering påverkar livslängden och hållbarheten av ett vajerräcke mer än den

miljö de sitter monterade i. Detta tyder på att underhåll som tvättning

av åtminstone vajerräcken inte är nödvändiga från ett hållbarhets- och säkerhetsperspektiv. Den sakkunnige nämnde även att han vid inspektioner av vägräcken noterat att vägräcken monterade på platser utom räckhåll för regn och annan nederbörd verkar korrodera snabbare än räcken monterade på platser som nås av till exempel regn. Detta kan

tyda på att fördelar finns åtminstone ur ett estetiskt perspektiv att tvätta

dem.

Trafikverkets sakkunnige var positiv till nyttjandet av combi-fordon som minskar den tid som en entreprenör utgör ett hinder för trafiken. Han var av åsikten att man på kommunnivå ställer högre krav på rengöring av infrastruktur än vad den statliga väghållaren gör.

Mer information angående underhåll av broar tillhandahölls av en

handläggare på Trafikverket via e-post. Han meddelade att

konstruktioner belägna på motorväg, skyddsklassad väg och övrig väg

som saltas ska aktiviteten utföras en gång varje år med början år 1. För

konstruktioner belägna på övrig väg som ej saltas ska aktiviteten utföras

år 1, 3 och 5.

De fem kommuner som besvarade frågorna svarade alla att inga rutiner för rengöring av väg och broräcken finns. De som motiverade sitt svar skrev att på de vägar som de har ansvar för finns inga räcken att rengöra (dessa finns på vägar som Trafikverket ansvarar för) samt att det saknas resurser (både ekonomiskt samt personal)

Svenska branschorganisationen SVBRF säger på sin hemsida [3] att det dominerande korrosionsskyddet på räcken är varmförzinkning och att

det generellt i Sverige tillämpas högre krav på zinkskiktet än i övriga

Europa genom en nationell bilaga i SS-EN ISO 1461:2009. Inget svar på

de frågor som skickades via e-post erhölls.

(13)

Saferoads hemsida säger om sin ytbehandling (varmförzinkning) att den

klarar av 40 år i stadsmiljö utan underhåll och med bibehållet

korrosionsskydd. Inget svar på de frågor som skickades via e-post erhölls.

3.1.3 Befintlig teknik

Efterforskningar visar på ett antal existerande produkter för

arbetsuppgiften där alla är konstruerade med två borstar som rengör

båda sidor av räcket samtidigt. Borstarna monteras i ett verktygsfäste

fram på eller precis bakom hytten på en lastbil. Några enstaka påhängsutrustningar har hittats bland annat en kombinerad stolp- och vägräckestvätt (RPS-H) från Aebi schmidt [4]. Av de efterforskningar som genomförts på området verkar ingen annan utrustning finnas tillgänglig på marknaden i Sverige.

Den sakkunnige på Trafikverket påpekar att i vissa Sydeuropeiska

länder förekommer denna typ av underhåll.

3.1.4 Resultatet av behovsanalysen

Resultatet av behovsanalysen är att det idag inte finns några rutiner gällande rengöring av vägräcken med undantaget för räcken tillverkade

av betong samt broräcken i Sverige. De svar som inkom från kommuner

visar på att det inte heller finns ett intresse att utföra denna typ av underhåll såvida inte rekommendationer och rutiner skapas av Trafikverket. Denna syn på rutiner för underhåll bekräftades under intervjun med sakkunnig på Trafikverket som påpekade att det sällan finns en vilja att utföra underhåll som inte är tvunget att utföras.

Resultatet av behovsanalysen är att skifta fokus för vad som skall rengöras, istället skall ett koncept skapas för att rengöra vägbana och vägren direkt under och bakom vägräcken. Rutiner för denna typ av underhåll saknas också, men till skillnad från den föregående problemframställningen utförs det idag underhållsarbete av denna typ.

(14)

4 Milstolpar

4.1 Milstolpe 1

4.1.1 Branschanalys

Den befintliga metod som identifierats är att växtlighet tas bort först när

ansamlingar av det har blivit ett problem, detta arbete tar lång tid och kräver att framkomligheten på vägen begränsas då de maskiner som används kräver stort utrymme för att kunna arbeta. Beslutet som togs

gemensamt med uppdragsgivaren var därför att produkten bör rikta in

sig på ett förebyggande underhåll som minskar risken för att det tids-och utrymmeskrävande arbetet behöver utföras.

4.1.2 Scenarioanalys

För att den tilltänkta produkten skall vara användbar måste det gå att utföra det förebyggande arbetet på ett relativt snabbt och enkelt sätt, om

fordonet som bär utrustning inte kan framföras i annat än krypfart

kommer den inte att användas. Det är även viktigt att utrustningen

klarar av att ta bort den största möjliga kvantiteten av grus så att inte

arbetet måste upprepas flera gånger innan ett godtagbart resultat erhålls. Det skulle också vara fördelaktigt om utrustningen går att

använda i kombination med den befintliga soputrustning (SOP-LB2800)

som idag finns för att öka fordonets arbetsbredd för att på detta sätt skapa ett kombinationsfordon som är kapabelt att kunna utför flera typer av arbetsuppgifter.

4.2 Milstolpe 2

4.2.1 Intressentanalys

De berörda intressenterna i den nya problemframställningen är de

samma som i den utförda behovsanalysen:

● Trafikverket

● Kommuner

● Entreprenörer

● Trafikanter

● Mähler & Söner AB

(15)

4.2.2 Leta ny teknik

De teknikområden som undersökts är den utrustning som idag används

till att sopa vägbanor samt industriella golvsopmaskiner. Den lösning

som verkar användas idag är användandet av grävmaskiner alternativt

en kompaktlastare. I fallet med kompaktlastaren används ett hydrauliskt

blad som monteras i lastarens verktygsbärare. Bladet pressas vinkelrätt

mot färdriktningen och tar då bort växtlighet. Rengöring bakom stolparna sker genom att operatören försiktigt placerar maskinen på ett sådant sätt att bladet hamnar bakom stolpen. Metoden verkar vara effektiv men tidskrävande och kräver likt arbete med grävmaskin att framkomligheten på vägbanan begränsas. Denna typ av underhåll sker först när växtligheten är så pass kraftig att problem uppstår, ingen metod eller utrustning för förebyggande underhåll har kunnat hittas.

4.2.3 Målspecifikation

En målspecifikation skapades i samarbete med handläggaren på

Mählers & söner AB.

Målspecifikation

● Produkten skall kunna sopa och eller rensa bort grus och växtlighet som samlas

och bildas under och bakom vägräcken

● Konstruktionen skall minimera det område som inte nås av borstar eller andra verktyg

● Minimera slitage på stolpar genom att undvika direktkontakt med dessa

● Då den ej används skall konstruktionen gå att placera i ett transportläge som minimerar/eliminerar utstickande delar

● Nyttja ett befintligt fäste från Mähler & Söner AB

● Konstruktionen skall vara hydraulisk/mekanisk utan att använda sensorer och

liknande

● Den skall gå att använda i en hastighet som överstiger 10 km/h

● Konstruktionen skall vara driftsäker, kräva ett litet underhåll och vara relativt billig

● Produkten skall vara säker vid både användning och eventuellt haveri

● Den totala vikten skall understiga 250 kg

(16)

4.3 Milstolpe 3

4.3.1 Viktiga innovationsområden

De viktiga områdena som det måste innoveras kring är:

● Hur skall man komma åt mellan stolpar och bakom räcket? Här har två

alternativ identifierats

○ Låta utrustningen gå under räcket ○ Låta utrustningen gränsla räcket

● Hur skall utrustningen kunna placeras i ett transportläge

● Placeringen av utrustningen, idag finns det tre möjliga placeringar:

○ Längst bak på lastbilen ○ Mitt på lastbilen ○ I fronten på lastbilen

4.3.2 Funktionsanalys och generering av dellösningar

Huvudfunktionen hos produkten är att rensa bort grus och växtlighet som uppkommer under och bakom vägräcken, detta kan göras på flera sätt.

● Roterande borstar

● Skrapa/blad

● Trycksatt vatten

Fördelar Roterande borstar

● Bra rengöringsförmåga

● Kan användas i kombination med frontmonterad sop för att öka

arbetsbredden

● Flera sopar kan användas tillsammans för att öka arbetsbredden samt

minimera den zon som inte rengörs

● Kan drivas av tillgänglig hydraulik

● Känd teknik inom koncernen

(17)

Nackdelar Roterande borstar

● Kräver en drivkälla som hänger utanför lastbilen

○ Hög vikt ○ Komplicerad

○ Skrymmande i transportläge

● Kan komma att kräva en avancerad konstruktion för att minimera den

zon som inte rengörs

● Kontakt med stolpar kan leda till nedsliten galvanisering vilket leder till

korrosion på stolparna

Fördelar skrapa/blad

● Enkel konstruktion

● Relativt låg vikt

Nackdelar skrapa/blad

● Stor zon som inte rengörs

● Kontakt med stolpar kan skada dem

Fördelar vatten

● Enkel konstruktion

● Låg vikt (på utrustningen som hänger utanför lastbilen)

● Binder damm

Nackdelar vatten

● Dålig effektiv räckvidd

● Oklart hur stor zon som rengörs (hur mycket grus som lämnas kvar)

● Operationstid som begränsas av vattenförråd

● Dålig förmåga att rensa bort stora mängder grus

● Kräver att fordonet håller en låg hastighet

(18)

4.3.3 Krav på konstruktionens räckvidd

Det är av stor vikt att det område som rengörs är så stort som möjligt.

Det är önskvärt att allt grus transporteras ned i det bakomvarande diket

så att inte avrinningen från vägbanan hindras. Detta innebär att

konstruktionen måste kunna gå nära stolparna, lämna så lite grus kvar

som möjligt och ha en så pass lång räckvidd att den kan transportera

gruset ned i diket. Information om avstånd mellan räcke och dikeskant

går att finna hos Trafikverket [1].Denna säger att om lutningen är större

än 1:2 skall avstånden mellan stolpens baksida och början av diket vara 30 cm. Detta gäller enbart vid lutningar större en 1:2, vid flacka lutningar hittas ingen information. Detta innebär att utrustningen måste kunna ta bort grus minst 30 cm bakom räckesstolpar förutom att effektivt rengöra mellan stolpar. Problemet med det område som inte rengörs illustreras med figurer 1 och 2 nedan.

Formen och storleken på detta område varierar mellan de olika

identifierade metoderna. I fallet med en skrapa eller valssop kan

området minskas genom att ändra vinkeln så att de står med ortogonalt

från fordonets färdriktning, dock så förblir området bakom stolpen ej

rengjort med denna metod.

Fig 1: Illustration av de områden som ej rengörs med en skrapa eller blad.

Området kan minskas genom att nyttja en cirkulär sop, området skulle då se mer ut som i figur 2.

(19)

Fig 2: Illustration av de områden som ej rengörs med en cirkulär sop.

En konstruktion som nyttjar trycksatt vatten illustreras ej, även om det missade området på grund att stolpen bör minska blir räckvidden för kort för att konstruktionen skall bli effektiv. Möjligheten finns dock att kombinera metoden med de andra för att minska den dammbildning som uppstår vid sopning.

Det är tydligt av figurerna ovan att en konstruktion som bara går mot

stolparna från vägsidan inte kommer att få en fullgod rengöring. I

konstruktionen som utvecklas är därför tvunget att skapa en lösning som placerar rengöringsutrustning på vartdera sida räcket, som det tas

upp i avsnittet “Viktiga innovationsområden ”så går detta att göra på

två sätt:

● En konstruktion som gränslar räcket

● En konstruktion som på något sätt går under räcket och på något sätt

minimerar området som ej rengörs.

4.4 Koncept

Från den information och insikter som samlats har tre koncept skapats. Dessa bygger alla på roterande borstar. Detta på grund av att en borste bör ha en större förmåga att rensa bort grus och växtlighet än de andra identifierade alternativen.

Utöver själva borsten behövs en arm som möjliggör att fälla in allt i ett

transportläge samt ett gränssnitt mellan arm och ett av de befintliga fästen som finns tillgängliga. Innovation kring dessa punkter måste göras när det är bestämt vilket borst-koncept som skall användas. Dimensionerna på borstarna baseras på ett borsthuvud som idag används av ett företag som ingår i samma koncern (Drivex).

(20)

Information hämtad från Statens väg- och transportforskningsinstitut [5] säger att höjden från vägbanan till centrum på den nedersta horisontella delen av vägräcket skall vara minst 55 cm, vi sätter därför en

höjdbegränsning på de koncept som skall gå under räcket på 40 cm. Det

finns ingen standard för den totala höjden på ett vanligt vägräcke men

efterforskningar hos olika tillverkare visar att den varierar mellan 60 och

90 cm.

4.4.1 Koncept 1

Det första konceptet bygger på idén att gränsla vägräcket. Det har två

runda borsthuvuden som kan glida i sidled (ortogonalt mot

färdriktningen) för att på ett skonsamt sätt undvika stolparna utan att

offra rengjord yta. Den främre borsten (den vänstra i figur 3) sitter längs

fram i färdriktningen, och den inre borsten är ledad så att den går att

vika över räcket vid början och avslutning av rengöring. Båda borstarna är utrustad med en styrande geometri som leder bort borsten från stolpen (se figur 4)

Figur 3: Koncept 1 sett från vägsidan i det läge det används.

(21)

Figur 4: Koncept 1 sett från ovan i det läge det används

Fördelarna med detta koncept är att det blir en stor yta som rengörs, räckvidden bortom räcket är god samt att det bör vara skonsamt mot stolparna. Nackdelarna är att man genom att gränsla räcket gör det svårare att komma till och från ett transportläge samt att konstruktionen väger mer än en som bara går på en sida räcket.

(22)

4.4.2 Koncept 2

Koncept 2 går under täcket från vägbanans sida, detta leder till att den

inte kan rengöra bakom stolpen samt att den missar en relativt stor zon när den viker runt stolpen. Det inre borsthuvuden har också en

begränsad total höjd då den passerar under räcket, det som inte syns i

figur 5 och 6 är den hydraulmotor som kommer att vara monterad ovan

borsten. Fördelarna är att konstruktionen är enkel och den tar mindre plats i uppfällt läge.

Figur 5: Koncept två i det läge det används

(23)

Figur 6: Koncept två sett från ovan under användning

(24)

4.4.3 Koncept 3

Koncept 3 är ett verktyg med tre borstar där stolpen fångas upp i ett

spår, när detta sker roterar hela verktyget kring stolpen (se figur 8) vilket ger en god rengöring med en minimal missad zon. Den har

samma höjd begränsningar som koncept 2 då den passerar under

vägräcket (se figur 7) med tillägget att hydraulslangar måste gå fri från

stolpen utan att trassla in sig i den. Konceptet är också väldigt

komplicerat jämfört med de andra två, samt att vikten är högre i och

med det extra borsthuvudet samt den större konstruktionen. Men det

största problemet är den påfrestning som stolpen utsätts för då den i all

mening blir påkörd av lastbilen.

Figur 7: Koncept tre sett från vägsidan i det läge det används

(25)

Figur 8: Koncept tre sett från ovan i det läge det används

(26)

4.6 Milstolpe 4

4.6.1 Eliminera koncept med Pughs relativa beslutsmatris

Poängsättning i elimineringsmatrisen är:

● Konceptet är sämre än referenskonceptet ger -1 poäng ● Konceptet är jämförbart med referenskonceptet ger 0 poäng ● Konceptet är bättre än referenskonceptet ger 1 poäng

Punkten “Minimera missat område” ger dubbla poäng (-2 och 2) då detta anses vara ett särskilt viktigt område. Resultatet av de tre matriser som gjordes ses i tabell 1.

(27)

Tabell 1: De tre elimineringmatriser som skapades

(28)

4.6.2 Val av koncept

Resultatet av Pughs elimineringsmatris är att koncept ett är det som går

vidare. Detta beror till stor del på att detta konceptet är det bästa på att

minimera det missade området samt att det kan utföra rengöringen på ett skonsamt sätt jämfört med de andra två som bägge förlitar sig på en kraftig kontakt med stolpen för att rotera medan koncept ett istället förlitar sig på en mindre rörelse i sidled.

4.7 Milstolpe 5

4.7.1 Iterera koncept

Genom att låta produkten gränsla räcket skapas ett par problem som behöver lösas:

● För att kunna ha möjligheten att påbörja eller avsluta sopning på andra

platser än vid räckets början och slut måste utrustningen kunna lyftas över räcket. Detta medför att utrustningen blir mer komplicerad med fler rörliga delar.

● Utrustningen är skrymmande och kommer därför naturligt att ta upp ett

relativt stort utrymme i transportläget.

Dessa två problem har försökt att lösas genom att skapa tre iterationer av konceptet. Alla iterationer nyttjar samma fäste till lastbilen, borstar

och arm som förbinder de två. De skiljer sig åt i hur de löser problemet

med att kunna “kliva” över räcket.

(29)

4.7.1.2 Iteration ett

Figur 9: Iteration ett sett bakifrån i operativt läge

Figur 10: Iteration ett sett bakifrån i läget när det kliver över räcket.

(30)

Figur 11: Iteration ett i transportläge.

I figur 9 ser vi iteration ett i det läge när det används, de två armarna

som håller borstarna är ledade i och manövreras med hydraulik och

lyfts enligt figur 10, detta innebär att all manövrering kan utföras från

lastbilshytten utan att chauffören behöver lämna lastbilen. I figur 11 ser

vi transportläget, denna iteration har en bredd på ca 2600 mm och

bygger bakåt ca 1200 mm och väger exklusive borstar och hydraulik 130

kg.

(31)

4.7.1.4 Iteration två

Figur 12: Iteration två sett bakifrån i operativt läge

Figur 13: Iteration två i det läge när det kliver över räcket.

(32)

Figur 14: Iteration två i läget med armarna helt infällda

(33)

Figur 15: Iteration två i transportläge

I figur 12 och 13 ser vi att iteration ett och två inte skiljer sig åt något

nämnvärt utom att iteration två manövreras manuellt. Detta för att

minska komplexiteten i produkten samt att detta medför att

utrustningen går att packa ihop i ett mindre paket i transportläget som

ses i figur 14. Denna iteration har en bredd i transportläget (se figur 15)

på ca 1800 mm och ett utstick bakåt på ca 1300 mm och väger exklusive

borstar och hydraulik 130 kg.

(34)

4.7.1.6 Iteration tre

Figur 16: Iteration tre sett bakifrån i operativt läge

Figur 17: Iteration tre i läget det kliver över räcket.

(35)

Figur 18: Iteration tre i transportläge.

I figur 16 ser iteration tre liknande ut som iteration ett och två, det skiljer

sig i hur det kliver över räcket. Istället för att vara ledat så består det av

två rör som går i varandra vilket gör att det går att vrida upp borsten på

dikessidan (se figur 17). Som i iteration två så görs detta manuellt, en

viktig skillnad är att operatören inte behöver lyfta arm och borste lika

högt. Iteration tre bygger i transportläget (se figur 18) ca 2600 mm på

bredden och bygger ca 1300 mm bakåt och väger exklusive borstar och

hydraulik 130 kg

(36)

4.9 Detaljerad beskrivning av ingående komponenter

4.9.1 Fäste i lastbil

Den fästpunkt i lastbilen som valdes är US-84 alltså det fäste som är

monterad längst bak på lastbilen. Komponenten som skapats bygger på

det fästsystem som idag används av Mähler & Söner AB för att fästa

bakre delen på deras sidoplogar. I bilderna 19 och 20 ser vi fästet färgat

rött monterat i sidoplogfästet US-84. Fästet monteras med en

genomgående låssprint I US-84 och kompletteras med ytterligare fyra

fästpunkter för att ge stabilitet, två av dessa nyttjar befintliga skruvar i

US-84 och de andra två kräver en mindre modifikation av US-84 fästet. När US-84 används för att montera en sidoplog nyttjas enbart denna

låssprint i kombination med ett fäste på lastbilens mitt, författaren anser

därför att detta fäste skall vara dimensionerat för att kunna hantera den utrustning som designats. Detta då utrustningen har en relativt låg vikt

samt att den hastighet som den planeras att användas i är lägre än de

hastigheter som plogning sker i.

Notera att de fästpunkter som finns för den bom som fäll ut är vinklade

5 grader utåt, detta innebär att utrustningen i samma rörelse kan fällas

ut/in samtidigt som den lyfts ned/upp. Detta för att förenkla produkten

och eliminera en hydrauliskt driven rörelse. I övrigt är fästet utrustat

med fästen för en hydraulcylinder för att möjliggöra utfällning av

utrustning samt fäste för ett stag som monteras för att säkra den i

transportläget.

(37)

Figur 19: Fästet monterat i US-84 sett bakifrån fordonet

Den del av fästet som sprinten går igenom är kraftigt inspirerad av en

befintlig produkt och fästet i övrigt är konstruerat av fem och tio mm

plåt (AISI 1020) och väger ca 14 kg.

(38)

Figur 20: Fästet monterat i US-84 sett från fordonets högra sida.

(39)

4.9.3 Bom

Den bom som förbinder armarna och borstarna med fästet är

konstruerad av fyrkantsprofil, den inre och yttre delen kan glida i

varandra, detta gör att eventuella rörelser hos lastbilen inte leder till att

vägräcket blir påkört och förstört. I figur 21 ser vi de två delarna. Den

inre delen (höger i bild 21) har två tappar för att kunna monteras i fästet

samt en fästpunkt för en hydraulcylinder för in och utfällning. Den yttre

delen (vänster i figur 21) har en fästpunkt för det stag som skall låsa

produkten i sitt transportläge samt de fästen som håller i armen, dessa

är vridna 45 grader (se figur 22) så att borstarnas orientering är korrekt

när bommen är fullt utfälld.

Figur 21: Bommen sett bakifrån i utfällt läge.

(40)

Figur 22: Fästen i bommens yttre del samt fästet för stag 4.9.4 Armar

Armarnas funktion är att hålla borstarna i rätt position samt att

möjliggöra start och avslutning av sopning mitt på en sträcka med vägräcke genom att kunna fällas upp och ned. Här presenteras bara iterations etts armar.

Armarna konstruerade i 60x60 mm fyrkantsprofil, båda sidor består av

två stycken profiler monterade 90 grader från varandra med ett stag

mellan delarna. Armen närmast fordonet (väster i figur 23) har hål för

att kunna fästa den i bommen på olika höjder beroendes på fordonets

höjd. I övrigt är armarna utrustade med ett gångjärn, en geometri för att

minska risken för klämskador (figur 24) och fästen för en

hydraulcylinder.

(41)

Figur 23: De två armar som förbinder borstarna

Figur 24 Geometri mellan armarna för att minska klämrisken.

(42)

Längst ned på armarna sitter fästen för borstarna (se figur 25), dessa är

vinklade fem grader för att kompensera för lutningen på bommen i

utfällt läge. Dessa vinklar gör att borstarna hamnar parallellt med

vägbanan när bommen är i utfällt läge. Dessa bör vara lagrade så att

borstarna kan rotera fritt samt att den platta som sitter monterad på röret skall kompletteras med ett fäste för en returfjäder.

Figur 25: Fäste för borste

(43)

4.9.6 Fästplatta till borstar och styrande geometrier

Själva borstarna är en komponent som har avgränsats från arbetet, allt har istället dimensionerats från de borstar som idag används av ett systerföretag till Mähler & Söner AB. Det som har designats är den platta där hydraulmotor, borste, styrande geometrier samt förbindelsen mellan platta och arm monteras. Plattan består av en cirkulär 10 mm tjock plåt med diametern 500 mm. I plattans mitt monteras

hydraulmotor och borste, dessa är representerade i bilder med syftet att

vara geometrier att designa andra komponenter ifrån. Plattan roterar

excentriskt i fästet i figur 25. Detta ger borstarna möjligheten att röra sig

från vägräckesstolparna på ett skonsamt sätt.

Figur 26: Plattan som borste och hydraulmotor monteras på, plattan monteras på dikessidan

I figur 26 ser vi den tapp som plattan är upphängd, geometrin som agerar stopp samt den hålbild där de styrande geometrierna fästs i. De styrande geometrier som monteras på plattan har till syfte att fånga upp och leda borsten bort från stolparna. Dess dimensioner dikterar också på vilket avstånd från stolpen borstarna skall passera. Det

framkom under ett möte på Mählers & Söner AB att borstarna ej bör

komma i direktkontakt med stolparna då detta över tid skulle kunna

leda till att dess skyddande ytbehandling skadas vilket i sin tur leder till

skador på vägräcket med försämrad funktion som följd. Utformningen

(44)

som den ser ut i konceptet gör att borstarna går 25 mm från stolpen och

att stolpen kan fångas upp även om inte lastbilens placering är perfekt.

I figur 27 ser vi den styrande geometrin och i figur 28 ser vi hur den är

monterad på fästplattan.

Figur 27: Den styrande geometri som monteras på dikessidan

(45)

Figur 28: Fästplatta och styrande geometri för dikessidan hopmonterade 4.9.7 Funktionsbeskrivning

Nedan följer en kort funktionsbeskrivning av koncept ett från dess att lastbilen anländer vid vägräcket tills dess arbetet är avslutat. All manövrering av hydraulik kan ske inifrån lastbilshytten alternativt från en plats vid utrustningen.

Händelseförloppet illustreras i figur 29.

1. Fordonet anländer till vägräcket med utrustning i transportläge

2. Den arm som placeras på dikessidan av vägräcket lyfts upp och

bommen fälls ut

3. Armen på dikessidan fälls ned så att utrustningar gränslar vägräcket

4. Utrustningen är nu redo att börja användas

Vid avslutning av arbetet fälls utrustningen in i omvänd ordning.

(46)

Figur 29: Händelseförloppet då rengöring påbörjas.

När utrustningen är på plats kan fordonet börja att köras framåt, borstarnas rörelse kring stolparna illustreras i figur 30.

1. Borstarna befinner sig i detta läge mellan två stolpar, fordonet färdas

framåt (från vänster till höger i bilderna)

2. Den första stolpen tar emot den styrande geometrin på den främre

borsten (vägsida) och tvingar den att rotera i den excentriska leden

Detta låter borsten rengöra vägen i stolpens närhet utan att borsten går

emot stolpen

3. Den främre borsten har nu passerat stolpen och har återgått till sitt

ursprungsläge med hjälp av en returfjäder, borsten på dikessidan genomgår nu samma rörelse

4. Borstarna befinner sig nu återigen mellan två stolpar och är båda i sina

ursprungslägen och så upprepas proceduren tills dess räcket tar slut eller arbetar avbryts

(47)

Figur 30: Borstarnas rörelse kring stolparna

Borstarna roterar medurs sett i figur 30, detta gör att grus och annat som

befinner sig framför dem sopas mot diket (nedåt i figur 30). I och med

att borstarna överlappar varandra erhålls även god rengöring under räcket.

(48)

5 Diskussion och slutsats

5.1 Rekommendationer

Författaren tror att en variant av iteration ett är det som bäst lämpar sig

att gå vidare med, detta då de andra två iterationerna förlitar sig på handkraft för att lyfta den arm och borste som ligger på dikessidan av

vägräcket. Då komponenter som hydraulmotor och borste är av okänd

vikt är den totala vikten i detta lyft okänt men med hjälp av

handledaren på Mähler & Söner AB skattas den till ca 60 kg. I iterations

två skall denna vikt lyftas över huvudet till ca två meters höjd för att

sedan få falla fritt ned till det stopp som finns. Detta är både ett tungt

lyft och det förekommer stora skaderisker som går emot

målspecikationen. Iteration tre behöver inte lyftas lika högt och därför

blir vikten mer hanterbar, men det är fortfarande ett tungt lyft med flera

faktorer som kan innebära att skador uppstår. Förutom den

ergonomiska faktorn i manuella lyft finns det också en faktor gällande

att vistas utanför fordonet i trafikmiljö, att lämna fordonet och utföra

arbetsuppgifter på en trafikerad väg kommer med sina egna risker och bör undvikas. Detta är något som den sakkunnige på trafikverket poängterade flera gånger under telefonintervjun.

Iteration ett förlitar sig istället på hydraulik för att utföra alla rörelser, detta innebär förutom att en operatör inte behöver utföra tunga icke ergonomiska lyft att hen inte ens behöver lämna lastbilshytten. Transportsäkringen sker fortfarande manuellt och kräver att chauffören går bakom fordonet men denna uppgift kan utföras då lastbilen har placerats på en säkrare plats.

5.2 Vidareutveckling

De ingående komponenterna i iteration ett behöver alla vidareutvecklas,

ingen hänsyn har tagits till att dimensionera för de glidlager och

kullager som kommer behöva användas i konceptet. Inga mer

avancerade hållfasthetsberäkningar har kunnat genomföras på grund av rådande pandemi då tillträde i universitetslokaler har varit begränsade.

(49)

Enklare simuleringar har kunnat genomföras på några av

komponenterna med enklare lastfall, dessa genomfördes med väl tilltagna belastningar och verkade hålla med god säkerhetsfaktor. Inga resultat presenteras dock på grund av simuleringens grova karaktär.

Det fäste som monteras i sidoplog fästet US-84 behöver anpassas till den

hydraulik som avses användas men bör övrigt fungera som avsett. Den bom som konstruerats behöver mycket arbete för att fungera avsett.

Bommens två delar glider i varandra och denna rörelse måste både

begränsas och dämpas. Tanken var montera en fjäder som håller den

yttre delen i ett läge så att lika stor rörelse tillåts in och ut (200 mm i

vardera riktning enligt konceptet). Det kan vara mer fördelaktigt att låta denna rörelse ske genom att delarna glider parallellt med varandra

istället för i varandra. Detta skulle kunna leda till att en större rörelse

tillåts samt att bommen skulle kunna dras ihop i transportläget vilket

skulle leda till att produkten i sin helhet blir mindre

utrymmeskrävande.

Armarna är i konceptet dimensionerade så att utrustningen går att

använda på ett räcke som är 900 mm högt med säkerhetsmarginal. Avsaknaden på en standardhöjd på vägräcken har gjort denna dimensionering svår. Istället måste man se till det tilltänkta användningsområdet, är det tänkt att använda utrustningen endast längs landsvägar räcker kanske en frigång på 1000 mm. Denna höjd bör

täcka de allra flesta vägräcken, undantaget är de tecken som agerar som

fallskydd i vissa situationer, då är det ett krav på minsta höjd från

vägbanan på 1100, 1200 eller 1400 mm beroende på situation. Man

måste då fråga om det är av intresse att rengöra under och bakom dessa

räcken och då det i de flesta fallen när det kommer till rekommenderade

höjder på räcken rör sig om fallskydd i samband med broar och andra

branta lutningar. En annan aspekt att ta hänsyn till är att de längre armarna leder till att ett större utrymme tas upp i transportläget.

Den arm som är på vägsidan av vägräcket bör utrustas med ett hjul eller

rulle som kan ligga an mot vägräcket, detta för att överföra rörelser i

sidled till bommen.

Den platta där hydraulmotor, borste och styrande geometrier monteras

på behöver kompletteras med en fjäder som fästs i armen, detta så att

den efter att ha roterat kring stolpen kan återgå till sitt ursprungsläge.

(50)

Även axeln som går upp i fästet på armen behöver dimensioneras efter

de lager som kommer behövas så att den plattan kan rotera utan någon

större friktion. De styrande geometrier som monteras på plattan bör fungera som de är. De bör dock kompletteras med en glidande yta som minskar friktionen mellan stolpe och utrustning.

5.3 Slutsats

Den stora innovationen och den del av konceptet som blev mest lyckad är nog den rörelse som fås genom att ha borstarna excentriskt

monterade i armarna, på detta sätt kan rengöring ske nära stolpen utan

att stora områden kring den inte rengörs. Lösningen innebär också att detta kan genomföras utan att avancerade system som skulle kunna innefatta till exempel lägesgivare, hydrauliska eller pneumatiska cylindrar och andra lösningar för att förflytta borsten bort från stolparna behöver användas.

Om man ser till hur det skapade konceptet uppfyller målspecifikationer anser författaren att alla punkter uppfylls. Det finns frågetecken gällande punkter som användningshastighet och användningssäkerhet då dessa är svåra att testa utan att en fysisk prototyp byggs. Huruvida

storleken på konceptet i sitt transportläge uppfyller kraven kan också

diskuteras, detta då den totala bredden på det rekommenderade

konceptet är ca 2600 mm, detta är det samma som den maximalt tillåtna

fordonsbredden på svenska vägar. Detta innebär att beroende på

fordonet som utrustningen monteras på kan ett visst utstick i sidled

förekomma. Utsticket anses dock vara så pass litet och består till stor del

av borsten vilket innebär att endast mjuka delar som med enkelhet viker undan vid kollision. Även ett utstick bakåt förekommer, men detta behöver inte vara ett problem då en skillnad på tillgängligt utrymme kan variera mellan olika fordon. Då utrustningen med största sannolikhet bara kommer att vara monterad då den skall används och

bortmonterad övrig tid så behöver det skrymmande transportläget inte

vara ett problem.

Ett misslyckande som förekom i arbetet var att ett område förbisågs

under sökandet efter ny teknik, detta område var gräsklippning i

samband med vägunderhåll. I arbetets slutskede hittades av slump en

gräsklippare som monteras på traktor som starkt påminner om det

skapade konceptet [6]. Den nyttjar roterande klippare som är monterade

på samma sätt som konceptet. Klipparna roterar dessutom kring stolparna på ett väldigt snarlikt sätt. På tillverkarens hemsida kan man se utrustningen fälls in och ut ur sitt transportläge, denna lösning är betydligt mer avancerad och kräver fler hydrauliskt drivna rörelser än

(51)

det skapade konceptet, men blir också relativt kompakt. Mycket inspiration hade kunnat hämtas från denna produkt vilket skulle lett till att arbetet hade kunnat kommit längre än vad det gjorde.

(52)

6 Referenser

[1] Trafikverket, Krav för vägars och gators utformning. Borlänge: Trafikverket, 2015.

[2] ”Road Restraint Systems in Europe - A flexible and cost-effective solution - EN 1317”. http://rrs.erf.be/index.php/en-1317

(åtkomstdatum maj 27, 2020).

[3] ”Korrosionsskydd”, SVBRF, juni 13, 2019.

http://svbrf.se/om-racken/korrosionsskydd/ (åtkomstdatum maj 28, 2020).

[4] ”RPS-H | Aebi Schmidt Sweden”.

https://www.aebi-schmidt.se/sv/produkter/274/schmidt-rps-h (åtkomstdatum mar. 30, 2020).

[5] J. Wenäll, ”Markens betydelse för vägräckens funktion”, s. 140. [6]

”https://www.mcconnel.com/vegetation-maintenance/power-arms/_ product/114/barrier-mower”.

https://www.mcconnel.com/vegetation-maintenance/power-arms/_p roduct/114/barrier-mower (åtkomstdatum maj 27, 2020).