Ö. Eliasson, M. Laatikainen, F. Kask, U Isaksson, A. Saarijärvi
Serveringsvagn på flygplan
1999:03
EXAMENSARBETE
Yrkestekniska högskoleprogrammet Institutionen för Yrkesteknisk högskola Avdelningen för Verkstadsteknik - Luleå
1999:03 • ISSN: 1402-1560 • ISRN: LTU-YTH-EX--99/03--SE
Förord
I denna rapport redogör vi för vårt examensarbete som avslutning på utbildningen vid YTH-verkstadsteknik, Luleå Tekniska Universitet.
Målet med examensarbetet är att arbeta i projektform dvs använda en arbetsmetod som är vanlig inom industrin.
Under examensarbetet har vi 1. Arbetat i grupp
2. Löst konstruktionsproblem
3. Inhämtat och bearbetat information 4. Planerat projektarbete
Samarbetspartner: Braathens Malmö Aviation Kontaktperson: Lars Bergman
För att kunna utföra arbetet så har vi fått hjälp av:
Torsten Nilsson Kjell Lindfors Martin Lindmark
Braathens Malmö Aviation Design avd. på LTU
Christian Berner AB Lennart Wallström Pekka Katila
SAPA
Tack skall ni ha Luleå 99.05.31 Ulrik Isaksson Örjan Eliasson Marko Laatikainen Fredrik Kask
Antti Saarijärvi
SAMMANFATTNING
Vårt projektarbete bestod av att ta fram en lättarbetad och delvis automatiserad kabinvagn. Vi har samarbetat med Braathens Malmö Aviation.
Problemet med dagens kabinvagnar är att kabinpersonalen riskerar att få arbetsskador som kostar flygbolagen en del pengar. Vårt förslag kommer att underlätta för kabinpersonalen genom att brickhanteringen underlättas.
Kabinvagnen kommer att ha invändiga sektioner, som delas upp i rörliga och fasta delar. Sektionerna manövreras av att personalen pressar ned ett handtag, som då lyfter upp matbrickorna till en högre nivå. Hyllplanen som matbrickorna ska ligga på kommer att tillverkas i plast som är extremt
hållbar och slitstark. Sektionerna tillverkas i rostfri plåt, glidskenor i plast (robalon) och handtaget i aluminium. Kabinvagnen i dagens utförande kostar ca: 5000 sek, och vår ombyggnation kommer att kosta ca: 3800 sek/vagn. Vi har kalylerat för en ombyggnation av 50st kabinvagnar, vi anser att detta är en skälig kostnad för den förbättrade arbetsergonomin för kabinpersonalen, detta ska man relatera till kostnaden som sjukskrivningar och rehabilitetskostnaden. Kostnaden för ombyggnad kan minskas om vårt system skulle även används av andra flygbolag, dvs vid ett större antal.
Kostnaden skulle även minskas om konstruktionen byggdes in från början.
INNEHÅLLSFÖRTECKNING
1. Projektbeskrivning 2. Konstruktionslösning
2.1 Mekanism 2.2 Hyllplan 2.3 Handtag 2.4 Lås
2.5 Dörr
3. Hållfasthetsberäkning 3.1 Teckenförklaring 3.2 C - profil
3.3 Tapp & Slid 4. Material
5. Ombyggnation 6. Kostnadskalkyl 7. Slutord
8. Referenser Bilagor
Ritningar
Star Alliance galley carts
1. Projektbeskrivning
Bakgrund
Vi har uppmärksammat kabinpersonalens arbetssituation vid servering. Med tanke på ergonomin uppstår ogynnsamma arbetsställningar med upprepade böjningar och sneda arbetsställningar.
Detta är påfrestande för armar, axlar och rygg. Ett annat tungt moment är transporten av vagnarna speciellt under kortare flygsträckor, då serveringen pga. tidsbrist måste påbörjas under stigning. Hanteringskrafterna kan då bli väldigt stora upp till 200N(Arbete och Hälsa)
Problemen när man ska ändra en konstruktion till flygindustrin är många.
Vikt och bullerkraven är mycket höga. I detta fall kan yttermåtten på vagnarna inte ändras. Detta gör att vi har många begränsningar
konstruktionsmässigt. Även priset på dessa vagnar har stor betydelse. Därför måste vi hålla en låg produktionskostnad.
Dagens vagnar är en föråldrad konstruktion som inte skulle godkännas på en landbaserad arbetsplats, där det ergonomiska tänkandet i de flesta fall har kommit mycket längre.
Ett annat problem är det faktum att alla flygplansmodeller har olika vagnar och olika utformning av galleys. Vi har därför i första hand tittat på
Braathens vagnar, men lösningarna ska förhoppningsvis kunna användas av
alla flygbolag. Ett annat möjligt användningsområde för vår konstruktion är
serveringsvagnar inom sjukvården, äldrevården mm.
2. Konstruktionslösning
Under konstruktionstiden har vi haft ofantligt många lösningar som till slut har fallit bort pga. vissa krav som finns. Problemen som vi har fått arbeta emot är de fasta mått - vikt -bestämmelserna. Det stora problemet om man vill åstadkomma en allmängiltig lösning är att alla flygbolag har olika typer av vagnar.
Braathens t.ex har två olika vagnar, en hel och en halv trollie. Vi har då jobbat med en halv trollie som grund.
Vi har haft stora problem med att få till ett fungerande system. Problemen ligger bland annat i, att det måste vara lätt att arbeta med vagnarna. Det lättaste vore om man kunde styra upp matbrickorna med pedaler, en ide´
som vi arbetade med ett tag. Ide´n föll på att det inte finns plats för pedalerna under vagnarna. Där finns nämligen bromsarna.
En annan modell är att ha en lång hävarm som går hela vägen på utsidan.
Då skulle man få en lättarbetad variant, men ide´n föll på att det inte skulle gå att öppna vagnens luckor. Liknande idéer har vi arbetat efter flera
gånger, men de har alltid fallit bort när vi har sett det färdiga
Cad-underlaget. Vi har lärt oss mycket konstruktionstänkande under arbetets gång, bland annat dimensionering. Först så ”chansade vi bara till”
ett handtag, som såg bra ut på ritningen. Men sedan när vi kontrollerade påkänningarna, visade det sig att konstruktionen inte skulle hålla för
belastningarna. Vi märkte väldigt tydligt då, att bredden inte spelade så stor roll som höjden för böjhållfastheten i hävarmskonstruktionen. En annan fråga som vi brottades länge med, var hur stor friktionen skulle bli för våra rörliga delar mot väggarna? Vi arbetade länge med olika lösningar. En ide´
var att ha en U – formad glidskena, där de rörliga sektionerna skulle ha en plastbula för att minska friktionen.
Till slut kom vi fram till att sektionerna skulle vila mot väggarna på vagnen.
Väggarna är av formsprutad plast i aluminiumramar, och mycket hållbara.
Då skulle vi slippa besvärliga konstruktionslösningar med fastnitade
plastkulor, glidbulor mm.
2.1 Mekanism
Våra ideer har varierat allt från eldrift till fjäderbelastad uppmatning av matbrickorna. Vi har också tänkt på hur man skulle göra när man tar in matbrickorna, men det hade blivit en väldigt komplicerad konstruktion att få en version som går åt andra hållet. Den slutgiltiga ide´n som vi arbetat med är en hävarmsprincip, som gör att matbrickorna lyfts upp till nästa nivå i vagnen.
Vagnens väggar har blivit indelade i sektioner som är uppdelade i rörliga och fasta sektioner. Mellan dessa ligger glidskenor (ritbilaga 4). De rörliga sektionerna(ritbilaga 6) manövreras av handtaget(ritbilaga 3:1). När man trycker ned handtaget lyfter de rörliga sektionerna upp matbrickorna, då de åker från ett hyllplan till nästa. Hyllplanen är gjorda så att de viks undan av matbrickorna som lyfts upp och faller ut igen när matbrickan har passerat (ritbilaga 5)
2.2 Hyllplan
Lösningen till hyllplanen har varierat mellan himmel och jord. Den första ide´n var en spiral som lyfte matbrickorna, men den föll bort pga. Brist på utrymme. Nästa var en typ av fjäderbelastad tallrikshiss. Vi hade även en ide´ om ett roterande hyllplan som vi var tvingades överge pga det begränsade utrymmet. Detta problem har inneburit mycket
tankeverksamhet, och alla våra idéer har kasserats lika fort som de har uppstått. Vi funderade på att använda rostfritt fjäderstål, utstansat direkt i sektionerna och bockad till en hylla, men vi ansåg att det blev för lite material kvar i kanterna så vi förkastade den versionen också. Den slutgiltiga lösningen blev ett system som vi tror är det bästa. Vi valde formsprutade hyllor som nitas fast direkt i sektionerna. Till det ändamålet valde vi POM (polyoximetylen) därför att plasten är lätt och tålig.
(ritbilaga 5)
2.3 Handtag
Handtaget är utdragbart och funktionen är den att man lyfter handtaget, så att de rörliga sektionerna med hyllplanen åker nedåt för att hämta upp en laddning med matbrickor. När detta är gjort trycker man ned handtaget, och matbrickorna hissas upp, klara att serveras. När man ska flytta vagnen skjuter man in handtaget, som då låses (ritbilaga10) i sitt innersta läge. Handtaget vilar i en slid (ritbilaga 9) som är
fastskruvad i befintlig aluminiumram. Då man ska hämta fler matbrickor öppnar man handtagets fjäderbelastade låsning (ritbilaga 10).
2.4 Lås
Låsningen till handtaget tillverkas i formsprutad Robalon. Låsningen är fjäderbelastad, för att kunna haka fast i taket på kabinvagnen. Funktionen är sådan att man trycker ned låset och drar ut handtaget, när man sedan skall förflytta vagnen så trycker man in handtaget i sitt innersta läge, och blir fast hakad(ritbilaga 10).
2.5 Dörr
Vi valde att göra en ny dörrkonstruktion. Detta arbete har inte heller varit det lättaste.
Vi har haft många idee´r som resulterat i denna slutgiltiga lösning. Dörren tillverkas delbar som en husvagnsdörr. Kabinpersonalen kommer då åt tre nivåer,( 6 st brickor).
Den lilla dörrdelen får en låstapp som vrids om, när man ska dela dörren.
3. Hållfasthetsberäkning
Viktbestämmelserna som vi var tvungna att följa, gjorde att vi valde
aluminium. Aluminium har en flytgräns på ca: 60
Nmm2och vi räknade med tvåfaldig säkerhet mot flytning i materialet. Vi fick således en tillåten
spänning på 30
Nmm2.
Beräkningen av handtagets hållfasthet grundar sig på handtagets längd och tvärsnittsdimensionen.
3.1 Teckenförklaring
N kraft
F
mm r
håldiamete och
tapp d
mm ek
godstjockl t
mm höjd
h
mm tryck N
hålkant p
st tapp per skjuvytor antal
m
st tappar
antal n
mm area
tvärsnitts tappens
A
mm ing N
skjuvspänn
mm g N
böjspännin
mm d
böjmotstån W
Nmm böjmoment
M
mm g N
böjspännin tillåten
hetsfaktor sä
n
mm flytgräns N
R
mm d
kantavstån största
e
mm ment
tröghetsmo I
h nit b b b till s
EL x
....
...
...
...
...
....
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
..
...
...
...
...
...
....
...
...
...
...
...
...
ker
...
...
...
. ...
. ...
...
2 2
2 2 3
2 2 max
4
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
τ
σ
σ
3.2 C – profil
mm b
mm h
mm t
mm L
18 24 2
395
=
=
=
=
R
EL= 60
Nmm2h t n
s= 2 b
σtill =
s EL
n
R
= 30 mm2N
Beräkning av stödreaktion F för handtaget
0 200 2
65 + − =
− +
↑ M F
N
F ≈ 133 65N 200N
2F
Nmm M
M
L F M
b b b
9300
23 , 0 77 , 0 395 133
23 , 395 0
90
77 , 395 0 305
≈
⋅
⋅
⋅
=
=
=
=
=
⋅
⋅
⋅
=
β α
β α
Största böjmoment är ca 9,3 Nm. Med ledning av tröghetsmomentet och största kantavståndet kan man räkna ut böjmotståndet i profilen.
Tröghetsmomentet får man genom att räkna ut C-profilens
tyngdpunktsläge. Man delar då upp C – profilen i sammansatta delar.
Sen sätter man in delarnas tyngdpunkter, höjd och bas i formeln,
〉
⋅ +
〈
⋅ +
〉
⋅ +
〈
⋅ +
⋅
+
1 122
2 2 222
3 3 321
A a I A a I A a
I
y y y
⋅ + ⋅ ⋅
⋅
+
⋅ + ⋅ ⋅
⋅ +
⋅
⋅
⋅ +
33 2
3 2
3
9 6 12 2
6 2 2 11 2 12 14
2 2 14 12 24 12 2
24
2
=I
xI
x= 18027 mm
4e
max= 12 mm
W
b=
e
maxI
x= 12
18027 = 1503 mm
3Spänningen kontrolleras genom att dividera böjmomentet med böjmotståndet med nedanstående formel.
b b
b
W
= M
σ = = 6 , 2
2≤
1503 9300
mm
N 30 mm2
N =
σ
tillAv detta kan man nu se att handtaget håller för belastningen.
3.3 Tapp & Slid
Vi har varit tvungna att beräkna tapp och slid, för att se om de också håller för belastningarna och krafterna.
3.3.1 Tapp
τ = ?
N F
mm d
m n
mm N till
133 8
2 1
36 60 6 ,
0
2=
=
=
=
=
⋅ τ =
A
nit=
4 8
2π ⋅
till nit
mm N
A m n
F
τ τ
τ π τ
≤
≈
⋅ ⋅
⋅
⋅
=
⋅
= ⋅
2 2
33 , 1
4 2 8 1
133
3.3.2 Slid
Hålkant trycket är ett medelvärde på trycket (projicerad area) kring hålet.
mm d
mm t
onskraften stödreakti
N F
8 2
) (
133
=
=
=
d t p
hF
= ⋅ 8 2 133
= ⋅ P
h3
2,
8 N mm
P
h=
hålkant tryck
F
4. Material
Grunden till vårt materialval är att få en så liten viktökning som möjligt på vagnen. Kabinpersonalen ska också slippa ta ut matbrickor för att
kompensera viktökningen av vagnen. Dessutom har vi problemet med friktionen och korrosionsrisken. Vi var också tvungna att ha renligheten i åtanke, då det är mat som hanteras i vagnarna.
Vagnens ytterhölje utfört i ”formskum”(se bil. star alliance), ändrar vi inte på, med undantag att hål för Robalonskenorna borras.
Vagnens innandöme kommer att tillverkas i rostfritt och plast. Och har indelats i sektioner, rörliga och fasta. Dessa sektioner är tillverkade i rostfritt (ritbilaga 6). Mellan varje sektion finns en plastskena som styr upp och används som glidskena för de rörliga sektionerna. Plastskenorna är tillverkade i Robalon.(ritbilaga 4)
På varje sektion finns ett antal hyllplan som är fjädrande och är tillverkade i POM.
Det som är tillverkat i aluminium är sliden och det utdragbara handtaget som används som hävarm till att förflytta matbrickorna till ett övre hyllplan.
Specifikation:
Handtag och slid – Aluminium Glidskena och lås – Robalon Sektionerna – Rostfri plåt
Hyllplanen – POM (polyoximetylen)
POM (polyoximetylen) är det material som vi har valt att använda till hyllplanen. Orsaken till vårt val är POM´s goda egenskaper.
POM är en allroundplast, som är lätt bearbetad. Plasten liknar i flera avseenden polyamid, men är något styvare och hårdare, samt mer
formbeständig. Materialet bearbetas mest genom formsprutning, men kan också strängsprutas,(extruderas), formblåsas eller pressas. Vanligaste
användningsområden är kugghjul, remskivor, glidlager.
Egenskaper:
Brottöjning 30% DIN 5(4)3455 Smältpunkt 165 °C
E-modul, drag vid hast. 1
mmmin3000
2mm
N DIN 53457 Sträckspänning/Dragspänning
Vid test hast 20 mm min 70/-
2mm
N DIN 53455
Vårt val av material till glidskenor blev Robalon. Anledningen är att Robalon tillverkas i ultrahögmolekylär polyten med extremt hög molekylvikt, vilket ger en rad unika egenskaper som låg friktion, hög nötningshållfasthet, god deformationsbeständighet vid höga temperaturer och spänningsfrihet.
Plasten är slagtålig i kyla och värmebeständig upp till ca: 100 °C, beroende på belastningen.
Egenskaper:
0 100 200 300 400 500 600 Robalon
PE 1000 Polyamid Polypropylen
Slitage
0 0,1 0,2 0,3 0,4
Robalon Polyamid Polyproplyen
Friktionskoefficient
5. Ombyggnation av vagnen
Ombyggnationen börjar med demontering av den befintliga vagnen.
Man skruvar bort befintliga brickstöd och långsidor. När sidorna är frilagda sätter man på borrjiggen och borrar fästhål för glidskenorna. Därefter nitar man fast glidskenorna.
Sedan monteras de fasta sektionerna, som nitas i överkant för att inte röra sig.
De rörliga sektionerna fästes i varandra med ett tvärstag, och släpps ned i fickorna som glidskenorna bildar. När sektionerna och skenorna är monterade skruvas vagnen ihop igen och handtaget sätts på plats.
Beräknad tid för montering:
Demontering 30 min
Borrning 5 min
Montering glidskena 15 min Montering fasta skenor 10 min Montering lösa skenor 10 min Hopsättning av vagnen 30 min
Montering handtag 10 min
Arbetstid 110 min Timkostnad 350 kr/h
Arbetskostnad 641 kr
Borrjigg
Borrjiggen består av en plåt lika stor som vagnens långsida. I den borras och brotschas 13 x 8 hål för glidskenorna, och 5st hål för de fasta skenorna.
Kostnaden för en sådan jigg blir 1500:- sek
6.
Kostnadskalkyl
Kostnadskalkyl för ombyggnation av 50 st kabinvagnar
Investeringsbudget
Bearb.verktyg Lås 10 000
Profilverktyg Slida 13 300
Bearb.verktyg Slida (fixtur) 12 000
Sprutverktyg Fjäder 15 000
Klipp & stansverktyg (för fjäder) 10 000
Bearb.verktyg C-profil (bockverktyg) 8 000
Profilverktyg C-profil 7 700
Borrjigg 1500
Tot. Investeringskostnad 77 500
Materialkostnader
Rostfritt SS 2343 1mm
4Kg/vagn (23 kr/kg) 4 600
Robalon S (profillist)
(16 st/vagn a´ 65,30 kr/st) 65 300
Robalon S (Lås)
(2 st/vagn a´40 kr/) Ink.bearb. 4000
POM ( 226 st fjäder/vagn)
(36 kr/m) 19 000
C-profil Ink.bearb.
40 m a’ 13,65kr/m 546
Slida Ink.bearb.
6 m a’ 24,50 kr/m 147
Tot. Materialkost 93 600
6.1
Total ombyggnadskostnad ( 50 st )
Tot. Investeringskostnad 77 500
Tot. Materialkostnad 93 600
Tot. Arbetskostnad 32 050
Totala ombyggantionskostnaden Exklusive moms 203 150
Pris /vagn (vid ombyggnation av 50st) 4065
7. Slutord
Vi har några förändringar i materialval och bearbetning att göra, för att verkligen få en bra konstruktion.
Vi har haft en rolig period med mycket varierade konstruktionslösningar, men vi har nu löst vårat examensarbete med en lösning som är bra.
Tack Örjan Marko Fredrik Ulrik Antti
