doc5.1 Konceptgenerering
download 
Report Transcription
5.1 Konceptgenerering
5.1 Konceptgenerering Nedan listas de konceptidéer gruppen tillsammans tagit fram. För att systematiskt generera dessa har The Value Model använts som grund. Genom att först brainstorma fram koncept och därefter använda fem steg, reuse, refine, reduce, reinforce, reform samt replace, genererades koncepten. De olike re-stegen hjälper till att få fram nya konceptidéer ur redan existerande koncept. Efter detta använde vi även en morfologisk matris för att generera ytterligare idéer. Utvärderingen av koncepten skedde med steg 5.2 i åtanke, vilket vi arbetade parallellt med. Magnetkulled Koncept: Genom att använda magnetism i midjeledens leder skulle slitage mellan ledens respektive delar minimeras och leda till en underhållsfri midjeled. Mer ingående skulle magneter, av sorten permanenta magneter, med samma polaritet användas i leden. Dessa skulle då repellera varandra och skapa ett mellanrum mellan de olika delarna. Kommentar: Ingen uppbackande fakta för att denna sort av konstruktion skulle existera, har hittats. Däremot finns liknande koncept som innefattar magneter med olika polaritet och länkas samman på så vis istället för att repellera1. Dessa kan då ge många goda egenskaper, men klarar inte de stora laster en midjeled skulle belastas med. Det främsta området dessa magnetleder används inom är leksaksindustrin. För att få starkare magneter skulle elektromagneter och supraledare kunna användas. Nackdelarna med dessa är för elektomagnter kräver en konstant energitillförsel och supraledare fungerar endast i extremt låga temperaturer (5-10 Kelvin). Slutsats: Konceptet går inte vidare. Konventionell midjeled sammanhållen med hjälp av magneter Koncept: Konceptet bygger på att kraftfulla magneter håller samman midjeled med fram- och bakvagn. Detta skulle innebära att av- och påmontering av midjeleden, till exempel i samband med service, skulle underlättas. Kommentar: Inga tydliga fördelar med en magnetisk konstruktionssammanhållning har hittats. Det finns många nackdelar, t.ex. konstant energiförbrukning för elektromagneter. Slutsats: Konceptet går inte vidare. 1 http://www.find-magnet.com/process-pieces/Universal-joint.htm, 2011-02-27 Ledade militärfordon (ex. Gama goat2) Koncept: Militärfordon måste klara av höga krav vad det gäller framkomlighet i terräng, enkel service och extrem miljö. Då detta är att föredra även för en asfaltsvält, kan det vara motiverat att titta närmare på ledade militärfordon. Kommentar: Med tanke på ovan nämnda krav som ställs på midjeleder inom militäriska bruk är de flesta väldigt avancerade, stora och alldeles för extrema inom både tiltning och svängning. Slutsats: Konceptet går inte vidare. Rototilt® Princip Koncept: Rototilt® är ett koncept som används bland annat till att styra verktyget på grävmaskiner och skotare. Dess uppbyggnad möjliggör tiltning i alla ledder och en rotation på 360°. Allt detta styrs av hydraulvätska/hydraulcylindrar. Skulle detta användas som koncept till en midjeled skulle dock styrning av tiltning tas bort, då man vill ha den helt reaktiv. Kommentar: Då styrning av tiltning ej är aktuellt, så är konceptet onödigt invecklat i förhållande till vad den presterar. Ingen av de positiva funktionerna utförs bättre än hos de simplare koncepten. Slutsats: Konceptet går inte vidare. 2 http://www.freepatentsonline.com/3717215.pdf Ryggraden Koncept: Konceptet gick I princip ut på att man placerade en serie sammankopplade länkar likt en människas ryggrad för att tillsammans möjliggöra en svängvinkel. Kommentar: Vi valde bort detta koncept då den med stor sannolikhet är komplicerad att hålla ihop, den kommer ha svårt att ta upp stora krafter och den har problemet att den sviktar vid belastning. Slutsats: Konceptet går inte vidare. Tiltlagret Koncept: Ett lager som även kan tilta, tanken är att lagret möjliggör en svängfunktion på samma sätt som ett vanligt lager möjliggör rotation när den är monterad på en axel. Tiltfunktionen är inbyggd i lagret som kan tilta. Tanken är att axeln sedan är kopplad via ramar till maskinens bakre del medans den främre delen är fastkopplad på lagrets yttersta yta. Konstruktionen i det stora hela kommer då lösa alla önskade huvudfunktioner. Kommentar: Vi valde att titta vidare på detta koncept då några större brister med konceptet inte fanns. Den löser huvudfunktionerna bra och det som behöver vidareutvecklas är en låsfunktion eller liknande samt andra konstruktionsrelaterade egenskaper. Slutsats: Konceptet går vidare. Lastbilshaken/kulleden Koncept: Detta är ett koncept som bygger på samma princip som man finner på långtradare. Ena delen av maskinen har en kula infäst i sig som sedan förs in i den andra delens infästning. Kulan låses fast med hakar så att allt sitter säkert. Kommentar: Denna konstruktion möjliggör, om rätt konstruerad, svängning samt tiltning vilket är två huvudfunktioner. Problemet är att det finns en risk för sviktning vid ojämn last. Vi valde trots denna brist att tittas vidare på då den kan ha delsystem och liknande som är intressanta samt att den löser huvudfunktionerna förhållandevis bra. Slutsats: Konceptet går vidare. Dynapac med tätade lager/ heltätad led Koncept: Detta är tänkt att vara en slags förfining eller omarbetning av Dynapacs koncept. Konceptet bygger alltså på samma principer. Båda koncepten bygger på att förflytta tätningarna från deras nuvarande placeringar. Kommentar: Vi ansåg att de svaga punkterna i Dynapacs lösning kan ligga i hur tätningarna placerats osv. som får konstruktionen i helhet att verka mer komplicerad än vad som krävs, den blir också dyr. En tänkt lösning var att placera tätningarna vid lagren som drabbas av smuts och liknande, då dessa är vad som tros ta störst skada av smuts. En annan tanke var att täcka hela midjeleden med en gummihinna likt den som sitter kring växelspaken i en bil. Detta skulle förstås försvåra låsning av leden men vi tycker ändå att bitar ur Dynapacs koncept och våra tankar för att förbättra detta är relevanta för vidare undersökning. Slutsats: Konceptet går vidare. Cirkeltilt Koncept: Dubbelringskonceptet är fäst till framvagnen i infästning 2 och bakvagnen i infästning 1. Infästning 2 är fäst i den inre ringen, och infästning 1 i den yttre. När fordonet ska svänga vrider en hydraulcylinder på den yttre ringen som är fäst i svänglagren. Den inre ringen vrids kring tiltlagrens axel då trumman behöver tiltas. Infästning 1 Svänglager Infästning 2 Tiltlager Kommentar: De stora förbättringspunkterna bedömmer gruppen är tätningar kring lager. Dessa tätningar kan förmodligen placeras mycket nära lagren vilket ger en mindre yta där läckage är möjligt än om hela leden försöks tätas. Att tilt- och svänglager är placerade i samma system tror gruppen leder till mjukare rörelser och ökad komfort. Slutsats: Konceptet går vidare. Fyrpunktsleden Koncept: Konceptet består av två länkarmar som fästs i fram och bakvagn med kulleder. Svängning styrs av en hydraulcylinder kopplad mellan fram och bakvagn. Vid tiltning kommer de båda länkarmarna att, sett ovanifrån, korsa varandra. Kommentar: Leden kan byggas med offset då det går att rotera kring båda kullederna i fram- och bakvagnen. Vid tiltning kan om tillräckliga hinder ej byggs in kullederna dras ur led vid stora tiltvinklar. Överkomms detta och eventuell problematik vid tätning bedöms konceptet ha goda förutsättningar. Slutsats: Konceptet går vidare. Svänglagerleden Koncept: Detta koncept består av ett svänglager seriekopplat med ett tiltlager. Svängning kontrolleras m.h.a. en hydraulcylinder kopplad mellan fram och bakvagn. Om offset-funktion önskas kan ett extra svänglager kopplas in i serien. Kommentar: Konceptets relativa simplicitet ger konceptet goda förutsättningar. Tätning kan vara problematisk men uppskattas inte utgöra något större hinder. Slutsats: Konceptet går vidare. Trepunktsleden Koncept: Denna lösning består av tre större komponenter, en främre och en bakre infästningsplatta och en länk däremellan. I länken sitter i varje ände en kulled infäst, det sitter även en kulled mellan de två infästningsplattorna. Vid svängning roterar de båda plattorna kring den nedre kulleden varvid avståndet mellan länklederna minskar, detta leder till att maskinen reser sig något vid midjeleden för att kompensera detta då länken är stel. Vid tiltning roterar plattorna återigen kring den nedre leden, men då förstås i annan riktning och länklederna följer denna rotation. Kommentar: Konceptet genererar en mjuk gång med få kupérörelser tack vare flexibel tilt. Övriga huvudfunktioner uppfylls även de. Någon låsfunktion behövs ej då konceptet rätar ut sig själv tack vare den resning som infinner sig vid svängning. Tätning och geometrins komplexitet kan ge upphov till problem men bedöms som överkomliga. Värt att notera är att denna lösning är patentskyddad, men tas med tills vidare, då det är en utmärkt referens, då vi tror att den är den bästa lösningen på marknaden för tillfället. Slutsats: Konceptet går vidare. Kugghjulen Koncept: Kugghjulslösningen fungerar så att två horisontellt liggande kugghjul är kopplade till framvagnen respektive bakvagnen. De häktar ihop mitt emellan vagnarna, vilket möjliggör svängning. Kommentar: Det problematiska med lösningen är att sviktning mellan vagnarna är svår att motverka och medför stora problem. Tiltningen behöver också lösas med något slags lager. Då man ändå behöver någon slags lagerlösning till tiltningen samt då kugghjulen medför även andra problem så finns det inga fördelar med att använda denna lösning framför en lösning med lager Slutsats: Konceptet går inte vidare. Gummiaxeln Koncept: Denna lösning består helt enkelt av en gummiaxel som sitter emellan fram- och bakvagn. Gummiaxeln kan sedan vridas och svängas på grund av dess elasticitet. Detta styrs med hjälp av hydraulcylindrar kopplade emellan vagnarna. Kommentar: Problemet med denna lösning är att det förmodligen är svårt att få tillräckligt stor svängningsvinkel samtidigt som man har ett tillräckligt starkt gummimaterial för att klara lasterna. Tiltningen kommer även den att bli sämre, då elasticiteten motverkar tiltningen eftersom gummit vill återgå till ursprungsläget. Slutsats: Konceptet går inte vidare. Dämparrör Koncept: Här sammankopplas vagnarna med hjälp av två axlar som parallellt i vertikal ledd. De sitter fast i kulleder på båda sidorna, och är helt täckta av varsitt rör i passande material. I rören sitter några slags dämpare som förhindrar att axlarna slår i röret, samt hjälper styrningen. Kommentar: Denna lösning ser ej ut att klara våra krav vad gäller både svängning och tiltning. Slutsats: Konceptet går inte vidare. Morfologisk matris Genom den morfologiska matrisen hittades tre ytterligare koncept. Dessa koncept har alla en ”Bolt on”-fastsättning samt en sprint som låsmekanism. Koncepten är: Korstilten Detta koncept kan konstrueras med hjälp av både SKF:s tiltlager GE3 eller kulleder som agerar som svängpunkter. Tiltmekanismen blir den kombination av de korslagda länkarmarna samt SKF:s GElager, som kan tilta relativt sin egen axel. En offset kan fås av den dubbelled som bildas mellan länkarmarna. Svängleden Konceptet bygger på att en kulled och ett svänglager sitter i serie. Kulleden ger en tiltfunktion och kombinationen av svänglagret och kulleden möjliggör en svängning. På grund av den dubbelled som bildas kommer midjeleden även kunna få en offset. 3 http://www.promshop.info/cataloguespdf/4407e.pdf Dubbeltilten Här utnyttjas tiltegenskapen hos tiltlagret GE (se ovan) samt den vinkelmöjlighet ett par korsade länkarmar får vi en vridning. Dessa kan då kombineras och ge en stor tiltvinkel. Svängningen möjliggörs av både svänglagret och de tiltlager som används. Detta koncept kommer även få en dubbelled som kan ge en offset. Alla dessa lösningar består av dellösningar som redan används i industrin. Detta bör resultera i att de tre lösningarna framtagna ur den morfologiska matrisen är möjliga och bör klara av huvudfunktionerna bra nog. Med detta i åtanke tog vi med alla tre av lösningarna till nästa steg. 5.2 Vidareutveckling av koncepten Detta steg gjordes som sagt parallellt med steg 5.1, då vi tog hänsyn till utvecklingsmöjligheter när vi valde ut lösningar att arbeta vidare med, vilket gör att steg 5.1 och 5.2 i vårt fall är sammanslagna. Vi rangordnade de olika lösningarna efter hur välutvecklade de var, varefter vi systematiskt arbetade oss från den minst utvecklade till den mest utvecklade för att försöka hitta utvecklingsmöjligheter. Rangordning av utvecklingsgrad hos lösningsförslagen: Mest utvecklad Svänglager Lagertätad Dynapac Yttertätad Dynapac Trepunktsled Fjädertilt Dämpare Kulled Gummi Rototilt Tiltlager GE Gama Goat (Militärfordon) Ryggen Cirkeltilt Kuggen Magnetkulled Magnetfäste Minst utvecklad 5.3 Framställning av slutgiltigt konceptval Ur steg 5.1 valde vi elva koncept som vi ansåg vara värda att utvärdera ytterligare. För att göra detta använde vi en Pugh-matris, vilket gör det enkelt att väga lösningar emot varandra. Nedan ses första Pugh-matrisen, innehållanda alla elva koncept, med Svänglager som referenslösning, vilken vi väger de andra lösningarna emot. Värt att notera är att valen ej endast är baserade på dessa matriser, då vi under arbetets gång diskuterade även andra aspekter angående lösningarna. I de fall som koncept faller bort på grund av den orsaken så finns det motiverat efter aktuell matris. + - Likvärdig Bättre Sämre Elimineras Kommentarer: Offset räknas ej med i betyget, då vi anser att offsetfunktionen inte är i närheten så betydelsefull som resterande funktioner. Siffran under komplexitet visar på hur många huvuddelar lösningen innehåller. Resultatet av första iterationen var direkt att både Korstilt och Dubbeltilt föll bort direkt, då de fick dåliga betyg, samt inte förväntades prestera bättre även ifall referensen ändrades. Vi kom även fram till att Kulleden kommer vara svår att genomföra, då den saknar skydd för sviktning, vilket gör att den kommer hamna i ett konstant nedböjt läge. Med detta i åtanke togs även den bort. Svängleden samt Tiltlager GE-lösningen innefattar båda två så kallade GE-lager från SKF. Efter lite efterforskningar visade det sig att dessa lager var alldeles för kostsamma, vilket gjorde dessa två lösningar orimliga och de togs därför även de bort. De kvarvarande lösningarna behandlas ytterligare en gång i ovanstående matris, nu med trepunktsleden som referens. Utifrån diskussioner kom vi här fram till att Cirkeltilten blir svår att genomföra då monteringen blir svår, vilket gjorde att den valdes bort. Trepunktsleden är patentskyddad, men har hittills använts då den verkar vara den bästa på marknaden just nu och är således en utmärkt referens. Vi eliminerar den nu, då vi tagit fram de bästa av våra andra koncept för att göra en slutgiltig bedömning. Vi bestämde oss även för att slå ihop de båda Dynapaclösningarna, då den huvudsakliga ändringen i de lösningarna gentemot originalet är att förbättra tätningarna. Detta gör att vi har tre olika koncept att välja emellan: Svänglager Tätad Dynapac Fyrpunktsled Fyrpunktsleden är här den svagaste länken, då vi ej har tillräcklig information eller kunskap för att kunna räkna på eller föreställa oss huruvida den skulle vara stabil nog. Vi har heller inga prisuppgifter på kullederna som är tänkta att användas, men då det krävs fyra stycken finns det en risk att lösningen blir dyr att genomföra. Troligen hade Fyrpunktsleden kunnat genomföra svängningen och tiltningen väldigt mjukt och således öka komforten, dock är detta inte tillräckligt för att välja den över någon av de andra två. Svänglagret och Tätad Dynapac fungerar båda två på snarlika sätt. Svänglagret har dock nackdelen att den är något klumpigare än Dynapaclösningen, vilken är mer kompakt. Då Svänglagret även förlitar sig på lager för att svänga och tilta krävs lager som klarar av påfrestningarna i alla ledder. Då påfrestningarna är stora krävs förmodligen ganska rejäla lager, vilket kan göra att lagerpriset blir alldeles för högt. Med detta i åtanke valde vi att vidareutveckla Dynapaclösningen, då vi tror att det finns möjlighet till utvecklingen på flera punkter i lösningen. 5.4 Val av koncept Det koncept gruppen valt att arbeta vidare med är som sagt en modifierad midjeled ifrån Dynapac. De huvudområden som modifieras är axel och muttrar som sammanbinder tiltaxel och svängok samt tätningarna mellan dessa. Nedan syns ett omodifierat tvärsnitt av midjeleden, under den syns den modifierade midjeleden. Som synes har till höger i bild tätningar tagits bort och ersatts med en gummikjol som träs över de klackar som tillkommit på svängoket och fästplattan. Utöver det så har polygonbrickan helt tagits bort. För att förhindra att axeln skruvar upp sig har en av de två M80 muttrarna ersatts med en mindre mutter gängad åt det motsatta hållet relativt den kvarvarande M80-bulten. Över dessa två träs sedan en cylinder med mekaniska hinder som låser muttrarna. Muttrarna kommer alltså för att skruvas upp behöva vridas åt olika håll vilket gör att cylindern kan användas för att hindra detta.
