LTU-YTH-EX--03/09--SE - Luleå tekniska universitet

Förord 

Denna rapport är resultatet av ett examensarbete som utförs av fem elever på utbildningslinjen 

YTH Maskinteknik vid Luleå tekniska Universitet. Examensarbetet 

omfattar åtta högskolepoäng och är en obligatorisk del av utbildningen. Inriktningen 

ska ligga inom områdena konstruktions och/ eller produktionsproblematik. 

Arbetet drivs som ett projekt, med följande skriftlig och muntlig redovisning. Ett 

godkänt resultat är en förutsättning för att gruppmedlemmarna ska erhålla examen. 

Mot denna bakgrund vill vi poängtera att arbetet utförs i utbildningssyfte, alltså 

är delar som projektarbetets utförande och rapportskrivning lika viktiga som det 

uppnådda projektresultatet. 

Vi som har ingått i projektgruppen: 

Stefan Backlund, 32 år. 

Har arbetat 8 år som svetsare vid Rottne SMV i Stensele. 

Mattias Byström, 27 år. 

Har arbetat 6 år som NC-operatör vid Alvis Hägglunds i Örnsköldsvik. 

Dennis Eklund, 30 år. 

Har arbetat 4 år som svetsare vid Cranab i Vindeln. 

Ingela Forsberg, 30 år. 

Har arbetat 1 år som traversförare och ståltappare vid SSAB Tunnplåt i Luleå. 

Marko Huhta, 32 år. 

Har arbetat 5 år med leveranskontroll/avsyning vid Inexa Profil i Luleå. 

Vi vill rikta ett Stort tack till alla som gjort vårt arbete möjligt. 

Särskilt tacksamma är vi till: 

Cranab AB i Vindeln, som lät oss göra ett examensarbete av denna problemställning. 

Marina Henningsson, svetsansvarig på Cranab. 

Operatörer och annan personal som vi har pratat med. 

Bertil Gustafsson, svetsansvarig på Ferruform i Luleå. 

Torsten Nilsson, handledare och examinator. 

Kjell Lindfors, handledare och examinator.

Sammanfattning 

Projektet/examensarbetet har förutom i utbildningssyfte gått ut på att utveckla en 

rundsvetsmanipulator för svetsning av kranpelare på Cranab AB i Vindeln. Cranab 

AB är tillverkare av skogsmaskinskomponenter, i huvudsak kranar. 

I dagsläget svetsas kranpelarna i en typ av manipulator som vi valde att använda 

vissa detaljer från, bland annat chuck med lagring. Anledningen till att den befintliga 

manipulatorn inte anses hålla måttet, är dels att den är för liten för dagens 

kranpelardimensioner, dels att svetspistolen inte går att justera på ett sådant sätt 

som vore önskvärt. 

Den konstruktion som vi har utvecklat ser ut som följer: En ram bestående av 

två längsgående profilrör förbinds i ena änden med en drivenhet med tillhörande 

chuck. Då kranpelarna har olika längd (cirka 600 – 2300 mm) har motsatt chucken 

placerat en i längdled förskjutbar dubbdocka. Denna låses med friktionsbelägg. 

Anledningen till denna låsanordning är att dubbdockan måste kunna kompensera 

för den längdutvidgning som pelaren får vid svetsningen. Vi vill även ur säkerhetssynpunkt 

ha ett justerbart stöd som fångar upp pelaren så att den inte kan skada 

operatören. Detta stöd är ännu inte konstruerat men i kapitel 4.1 och 6 beskrivs 

det mera ingående. Det finns idag en form av dylikt stöd på den befintliga svetsmanipulatorn, 

men de önskvärda justeringsmöjligheterna saknas. Vår tanke är att 

ett bättre stöd fästes i dubbdockan, vilket dubbdockans dimensionering medger. 

En annan detalj som vi har riktat in oss på är svetspistolens vinkeljustering. 

Svetsvinklarna har stor inverkan på resultatet, större än vid svetsning i horisontellt 

läge. Svetspistolen måste vara justerbar även radiellt, utan att svetsvinklarna förändras. 

Detta är nödvändigt eftersom kranpelare med olika diametrar kommer att 

svetsas. Vår konstruktion har enkelt inställbar såväl svetsvinkel som periferivinkel 

mot röret, vilket gör att svetsresultatet kan kontrolleras på ett helt annat sätt än 

idag. 

Rent produktionsmässigt har vi konstaterat att om själva manipulatorn ska göras 

effektivare krävs en styrd robot, vilket inte kan motiveras ekonomiskt. Däremot 

finns det troligtvis goda möjligheter att effektivisera hanteringen runt omkring 

själva svetsningen. Detta kan ske till såväl operatörens som företagets fördel. 

Till sist kan vi konstatera att vi nått målen att kunna svetsa dagens storlekar av 

kranpelare, samt att säkerställa svetsprocessen. Effektiviseringsmöjligheterna ser 

vi som sagt i översyn av momenten mellan själva svetsningen, men även i översyn 

av svetsparametrarna.

Innehållsförteckning 

Förord.......................................................................................................................1 

Sammanfattning.......................................................................................................2 

Innehållsförteckning ................................................................................................3 

1. Bakgrund..............................................................................................................4 

1.1. Syfte och mål med projektarbetet .....................................................................4 

1.2. Problemställning ...............................................................................................4 

1.3. Projektets omfattning och begränsning.............................................................5 

1.4. Metod................................................................................................................5 

2. Svetsteori. ............................................................................................................5 

2.1. Rundsvetsning med MAG ................................................................................6 

2.1.1. Specifikt för aktuell svetsoperation ...............................................................6 

2.2. Förvärmning......................................................................................................7 

3. Konstruktion ........................................................................................................7 

3.1. Ram...................................................................................................................7 

3.2. Drivenhet ..........................................................................................................8 

3.2.1. Val av motor och växel..................................................................................9 

3.3. Motdocka ..........................................................................................................9 

3.3.1. Motdockans löpvagn....................................................................................11 

3.3.2. Kraftpåverkan på löpvagnens rullar.............................................................11 

3.3.3. Dimensionering av axlar, fästbultar och lager .............................................15 

3.3.4. Löpvagnens bromsanordning.......................................................................16 

3.4. Svetspistolens justeringsanordning.................................................................17 

3.4.1. Svetspistol....................................................................................................17 

4. Ergonomi och säkerhet ......................................................................................18 

4.1. Säkerhetsanalys och CE-märkning .................................................................18 

5. Ekonomi.............................................................................................................19 

6. Diskussion och slutsatser...................................................................................20 

7. Referenser. .........................................................................................................22 

8. Bilagor. ..............................................................................................................23

1. Bakgrund 

Manipulator för rundsvets av kranpelare 

Examensarbete YTH 

Version 1.3 2003-12-08 

Sidan 4 av 23 

Som en del av YTH Maskin-utbildningen ska ett examensarbete om 8 poäng utföras. 

Arbetet, som enligt definition ska omfatta konstruktions och/eller produktionsproblematik 

ska utföras och presenteras som ett projektarbete med skriftlig 

rapport. 

Efter att ha insamlat olika möjliga förslag till examensarbeten, beslutade vi oss 

för att arbeta med ett projekt hos Cranab AB i Vindeln. Projektet rör utveckling av 

en svetsmanipulator för rundsvets av kranpelare. 

1.1. Syfte och mål med projektarbetet 

Syftet med projektet är utbildningsmässigt, eftersom det rör sig om ett examensarbete 

utfört av högskoleelever. 

Projektets mål däremot, är att förbättra och till stor del nykonstruera en manipulator 

som används för rundsvetsning av kranpelare på Cranab AB. Vi har siktat 

mot att uppnå en högre och jämnare svetskvalitet än den som idag är möjlig att 

uppnå, samtidigt som de storleksmässiga krav som nya kranpelarmodeller ställer 

på manipulatorn ska uppnås. 

1.2. Problemställning 

Cranab AB tillverkar skogsmaskinskomponeneter, i huvudsak kranar. Kranarnas 

infästning mot vridhuset är utformat som en kranpelare, enligt klassiskt manér. 

Denna kranpelare (se fig. 1), som består av ett grovt ämnesrör, svetsas (MAG) 

idag mot den stålgjutna toppdelen i en gammal rundsvetsmanipulator. Problemet 

är att denna är både för liten och saknar de inställningsmöjligheter beträffande 

bl.a. svetspistolvinkel, som vore önskvärt. Dessutom är den så gammal, att den får 

anses som uttjänt. 

Fig.1. Principskiss av kranpelare.


1.3. Projektets omfattning och begränsning 



Sidan 5 av 23 

Vi valde att ägna oss åt att konstruera ett nytt stativ samt en justeringsanordning 

för svetspistolen. Vi använder den befintliga manipulatorns chuck med axel, lagerhus 

och en av nedväxlingarna. Vidare använder vi dubb och dubbjusteringsanordning 

från den existerande manipulatorn. 

1.4. Metod 

Vi har arbetat i huvudsak med ”hjärnstormnings”- och avstämningsmöten, varemellan 

gruppmedlemmarna löst olika delar av problematiken. 

Vi gjorde ett studiebesök på Cranab den 29 oktober 2003. Vid detta besök kunde 

vi lösa en del praktiska problem, samtidigt som vi kunde besluta vilka delar ur den 

befintliga manipulatorn som gick att använda. 

2. Svetsteori. 

MAG-svetsning är en idag mycket vanligt förekommande svetsmetod för allmänna 

konstruktionsstål inom tillverkningsindustrin. Vid MAG-svetsning matas tillsatsmaterial, 

i form av en solid trådelektrod eller pulverfylld rörelektrod, fram genom 

en svetspistol och smälter kontinuerligt i en elektrisk ljusbåge. Energin produceras 

av en elektrisk svetsströmkälla. Ljusbågen och svetssmältan skyddas av 

en skyddsgas som strömmar genom gasmunstycket. Genom att använda en okonventionell 

inställning av svetsparametrarna samt en argonrik skyddsgas kan man 

gå utanför de traditionella arbetsområdena för MAG-svetsning och därigenom avsevärt 

höja produktiviteten. Med hjälp av tekniken kan man koncentrera sig antingen 

på att öka svetshastigheten eller alternativt insvetstalet vid svetsning av 

tjocka svetsar i grovt material. Detta är grunden till ”RAPID PROCESSING TM ”, 

ett koncept för högproduktiv MAG-svetsning som utvecklats av AGA (1). 

Rapid Processing erbjuder följande fördelar: 

Bättre produktivitet till följd av högre svetshastighet och/eller högre insvetstal, 

man sparar tid eftersom det bildas mindre sprut och slagg, bättre sidointrängning 

och slätare svetsråge. 

Inga eller låga kostnader för nyinvestering i relation till den ökade produktiviteten. 

Rapid Processing är en teknik som lämpar sig utmärkt för svetsning av olegerat 

och låglegerat stål med en godstjocklek större än 1 mm. Den största kostnadsnyttan 

får man vid mekaniserad svetsning, men produktiviteten ökar märkbart även 

vid manuell svetsning. 

Vi fick upp ögonen för denna metod vid kontakt med Bertil Gustafsson (2), 

svetsansvarig på Ferruform i Luleå. Efter att ha studerat metoden, kan vi rekommendera 

att den provas vid den aktuella svetsen på kranpelaren.


2.1. Rundsvetsning med MAG 



Sidan 6 av 23 

Att svetsa runt ett horisontellt orienterat cylindriskt objekt kan ske på två sätt. Endera 

står objektet stilla och svetsningen sker i olika lägen runt om periferin. Detta 

ställer stora krav på svetsaren för att ett gott svetsresultat ska erhållas och är knappast 

något alternativ vid mekaniserad svetsning. En maskin saknar helt enkelt den 

mänskliga förmågan att ”känna” ett gott svetsresultat. 

Det andra alternativet är att objektet roteras, medan svetspistolen står stilla. 

Denna metod är den i huvudsak gällande vid automatiserad svetsning. Dock har 

svetspistolens inställningsvinkel stor inverkan på resultatet, större än vid svetsning 

i horisontellt läge. 

2.1.1. Specifikt för aktuell svetsoperation 

Som nämnts är svetspistolens inställningsvinklar av avgörande betydelse. Aktuella 

vinklar kan åskådas i fig. 2. 

Fig. 2. Svetspistolens läge vid rundsvetsning. 

Vinklarnas (a samt b i fig. 2) storlek avgörs av bland annat parametrarna trådtyp, 

svetsström, rotationshastighet, skyddsgas och grundmaterialets värmeavledningsförmåga 

(tjocklek). Således kan det vara svårt att teoretiskt bestämma dessa 

vinklar för en viss svetsoperation. Istället provas lämpliga vinklar fram, med avseende 

på svetsens inbränning och utseende (2).




Sidan 7 av 23 

Utifrån detta framkommer att justeringsmöjligheten av dessa vinklar är viktig. 

Eftersom kranpelare med olika diametrar kommer att svetsas, måste svetspistolen 

vara justerbar även radiellt, utan att vinklarna a och b förändras. 

2.2. Förvärmning 

Genom förhöjd arbetstemperatur uppnås en lägre avkylningshastighet och därmed 

en mjukare värmepåverkad zon (HAZ). Samtidigt driver man ut väte ur materialet 

och risken för sprickbildning blir då mindre. 

Idag förvärms gjutstålstopparna till en temperatur på 100-200°C med gasol. 

Uppvärmningstiden är ca 2-2,5 min beroende på vikten. 

Förvärmning kan ske i fixturen genom induktion eller med gasol, eller i ugn genom 

att lägga in lösa gjutstålstoppar. Induktion och ugn ger hög repeternoggrannhet 

att hitta samma gradtal. 

Alla dessa metoder är alltså användbara, det viktiga är att förvärmningen sker. 

Dock kan vi rekommendera att metoderna vägs mot varandra ur säkerhetsmässig, 

ergonomisk och ekonomisk synpunkt. 

3. Konstruktion 

I projektets inledningsskede beslutade vi hur principen för konstruktionen skulle 

se ut. En ram bestående av två längsgående profilrör förbinds i ena änden med en 

drivenhet med tillhörande chuck. Den fria rotationsradien ska vara 500 mm förbi 

det område där kranpelarnas lyftcylinderöron sitter (se fig. 1, 4 och 5). Den motstående 

dockan är i längdled förskjutbar längs profilrören, detta för att längden 

mellan kranpelarmodellerna varierar. Likaså varierar pelarnas diameter, varför 

även justering av svetspistolen radiellt är nödvändig. Dessutom är en axiell justering 

nödvändig, då svetsfogens läge varierar. Svetspistolens vinkel mot arbetsstycket 

måste också vara justerbar, på det sätts som beskrivits i stycke 2.1.1. 

En principskiss över hela konstruktionen kan åskådas i fig. 3. 

3.1. Ram 

Ramen till svetsmanipulatorn har konstruerats för att stå på ett befintligt saxbord 

med lyftkapacitet 2000 kg. På detta sätt löser vi den ur ergonomisk synpunkt viktiga 

höjdjusteringen. 

Genom att rotationscirkeln ökats för att matcha framtida behov, blir dock konstruktionen 

något högre än den är idag. På grund av detta valde vi en bakomstående 

ramkonstruktion istället för en underliggande, se fig. 4 och 5. Vidare valde vi 

av två skäl att vinkla konstruktionen. För det första blir konstruktionen något vridstyvare, 

men framför allt betydligt böjstyvare med den ökade livhöjden. För det 

andra förhindras svetsslagg, damm och smuts att ligga kvar på balkarna i någon 

större omfattning.


Fig.3. Skiss över hela konstruktionen 



Sidan 8 av 23 

Fig. 4. Förkastad konstruktionslösning. Fig.5. Godtagen konstruktionslösning. 

3.2. Drivenhet 

Den befintliga chucken är användbar. Vi kom fram till att även lagerhuset kunde 

användas, däremot är den likströmsmotor som finns i konstruktionen i klenaste laget. 

Vi kom därför till beslutet att använda en modern frekvensstyrd bromsad växelströmsmotor 

med nedväxling. 

Enligt vår idé ska det befintliga lagerhuset montagesvetsas mot det nykonstruerade 

stativet. Detta innebär att skarvning av infästningen till lagerhuset måste ske. 

Inpassningen sker med manuell gasskärning.

3.2.1. Val av motor och växel 




Sidan 9 av 23 

Vi beräknade det nödvändiga momentet genom att uppskatta det moment som kan 

tänkas behövas för framtida större kranpelare. Vi antog att cylinderöronen kan 

komma att väga upp till 70 kg och att tyngdpunkten kan komma att ligga förskjuten 

300 mm från centrumlinjen. Detta ger: 

Mv = 70 · 10 · 0,3 [Nm] = 210 Nm 

På detta måste givetvis läggas en god marginal. 

För övrigt ska motorenheten vara förhållandevis lätt, ej allt för skrymmande, 

bromsad och ha ett för applikationen rimligt pris. Svetschucken ska ha ett varvtal 

steglöst reglerbart mellan ca 0-4 rpm. 

Vi tog kontakt med PEKAB i Luleå (3) som har kunnande om såväl växlar som 

frekvensstyrning. Efter att ha diskuterat applikation och prisbild, föll valet på en 

motor med vinkelväxel från leverantören Nord. Denna drivenhet har följande prestanda: 

Motor: 0,75kW 

Frekvensstyrning med potentiometer 

Varvtal max ut: 15 rpm 

Vridmoment ut: 478 Nm 

Vikt: 40 kg 

Artikelnummer: SK 9016.1-80 

Eftersom varvtalet ut på växeln är 15 rpm, måste ytterligare en nedväxling ske. 

Detta sker genom att behålla den kuggväxel som idag sitter närmast chucken. 

Denna har utväxlingsförhållande 3,5:1. 

Detta ger följande prestanda på chucken: 

Varvtal max ut: 15/3,5 [rpm] ≈ 4,3 rpm 

Vridmoment ut: 478 · 3,5 [Nm] ≈ 1670 Nm 

Detta visar på en markant överdimensionering. Då det visade sig att en mindre 

drivenhet inte var avsevärt mycket vare sig billigare eller lättare, valde vi detta 

kraftiga alternativ. Dessutom påverkas givetvis livslängden positivt. 

3.3. Motdocka 

Motdockan förses med en roterande dubb av standardmodell, vilken skruvas manuellt 

med ratt mot krantornstoppen för att hålla fast densamma. Vi anser att vi 

kan använda den befintliga hylsan som har en trapetsskruv TR32x6. Denna klarar 

enligt tabell (4) en belastning av 28000 N vid 500 mm frilängd. Då vi inte kommer 

att ha mer än knappt hälften av denna frilängd anser vi att vi har den säkerhet som 

vi behöver. 

Intressantare får då anses vara den kraft och förlängning som värmespänningen 

som uppstår vid svetsningen alstrar.




Sidan 10 av 23 

Vi antar en genomsnittlig uppvärmning (∆T) av 150 o C på sträckan 800 mm (erfarenhetsbaserat 

antagande). Beräkningen sker på den största kranpelare som nu är i 

produktion. 

Formelsamling Lönnelid/Norberg (5): 

ε = α · ∆T 

Temperaturkoefficienten α för allmänna konstruktionsstål ≈ 11,5 · 10 -6 [1/grad C] 

→ ε = 11,5 · 10 -6 · 150 

Hook´s lag ger spänningen: 

σ = E · ε 

Elasticitetsmodulen E för stål = 210 000 MPa 

→ σ = 210 000 · 11,5 10 -6 · 150 [MPa] ≈ 370 MPa 

Spänningen multiplicerat med tvärsnittsarean ger kraften. Arean för ämnesröret är 

lätt att räkna ut, däremot får den del av toppdelens area som överstiger ämnesrörets 

area uppskattas, då toppdelens form ändras inom temperaturhöjningens verkningsområde. 

Arör = π · (D 2 - d 2 ) / 4 

D = 235 mm 

d = 192 mm 

→ Arör = π · (235 2 - 192 2 ) / 4 [mm 2 ] ≈ 14420 mm 2 

Detta måste räknas upp pga. toppdelen. Vi uppskattar den totala arean till 18000 

mm 2 

F = σ · A 

F = 370 · 18000 [N] ≈ 7 · 10 6 [N] 

För att göra om detta till ett mer greppbart tal: 7 · 10 6 [N] motsvarar 700 ton.





Belastningen som värmestegringen orsakar blir alltså mycket stor, ca 700 ton. 

Förutsättningen för att denna stora belastning ska uppstå, är dock att kranpelaren 

är absolut stumt inspänd. I praktiken är den givetvis inte det. Ram, motdocka, 

dubb och chuck ger efter för en kraft av denna storlek. Därför är det intressant att 

se inom vilket längdutvidgningsområde som kraften verkar: 

Formelsamling Lönnelid/Norberg (5): 

Förlängningen: 

δ = L · α · ∆T 

δ = 800 · 11,5 · 10 -6 · 150 [mm] ≈ 1,5 mm 

Av dessa beräkningar kan vi dra slutsatsen att motdockans löpvagn måste konstrueras 

så, att den tillåts att ge efter för längdutvidgningen som sker till följd av pelarens 

uppvärmning. Om vi skulle göra låsningen stum, med tex. sprintar, skulle det 

troligtvis uppstå problem med att lossa pelaren efter svetsning. 

3.3.1. Motdockans löpvagn 

För att motdockans läge ska vara lätt att justera, valde vi att låta den löpa på rullar 

enligt fig. 6. Rullarna tillverkas av en svarvad hylsa i vilken två dubbeltätade standardkullager 

monteras. Axeln till dessa rullar är genomgående, och fästes genom 

att de utstickande ändarna planfräses och skruvas fast underifrån i separata ok, 

vilka i sin tur är skruvade mot löpvagnen. 

3.3.2. Kraftpåverkan på löpvagnens rullar 

Löpvagnens bromsanordning är så konstruerad, att rullarna avlastas när vagnen låses. 

Sålunda belastas inte rullarna av någon spännkraft från bromsanordningen. 

Detta leder till att belastningen på rullarna blir enligt följande (fig. 6 och 7): 

• Motdockans egentyngd. 

• Tyngden från pelaren (eftersom ett stöd för pelaren ska finnas på motdockan, 

se avsnitt 4.1 och 6).


Fig. 6. Motdocka med måttuppgifter. 



Sidan 12 av 23


Fig. 7. Motdockans löpvagn frilagd med kraft och motkrafter. 




Av figurerna 6 och 7 framgår att rullarna endast kan ta upp radiella krafter. I fig. 7 

är de radiella reaktionskrafterna benämnda R1, R2 och R3, medan den belastande 

kraften är benämnd F. De icke namngivna kraftpilarna utgör de radiella reaktionskrafternas 

komposanter i horisontal- och vertikalled. Nedanstående beräkning bestämmer 

dimension på fästskruvar samt axel. Då kullager blir aktuella, vill vi även 

säkerställa att gränsen för lagrens maximala statiska belastning ej överskrids. 

Kraften F bestäms till storlek och läge: 

Egenvikt löpvagn inklusive svetsutrustning: 200 kg. 

Största kranpelarens vikt: 250 kg, men för att matcha framtida pelarstorlekar säger 

vi 350 kg. 

Kranpelarens tyngdpunkt: I stort sett på mitten. 

Motdockans tyngdpunkt i riktning längs ramen: Då kranpelaren belastar den olåsta 

dockan, blir tyngdpunkten så kraftigt förskjuten i dockans ländriktning att i stort





sett all last hamnar på de främre rullarna. Av denna anledning sker nedanstående 

beräkning endast med hänsyn till de främre rullarna. På detta sätt kan vi utesluta 

underdimensionering. 

Tyngdpunktsläget i riktning tvärs ramen för motdocka + kranpelare är uppskattat 

enl. fig. 5 och 6. 

Kraften blir då: 

F = 350/2 · 10 + 200 · 10 [N] = 3750 N, belägen enl. fig. 6 och 7. 

Utifrån detta kan vi ställa upp följande jämviktsekvationer: 

Ekv. 1, moment punkt A: 

-3750 · 0,55 + R3 · 0,055 + R2 · 0,57 = 0 

Ekv. 2, moment punkt B: 

-3750 · 0,196 - R3 · 0,025 + R1 · 0,57 = 0 

Ekv. 3, vertikal kraft: 

-3750 - R1 · sin 30 o + R2 · sin 30 o + R3 · sin 60 o = 0 

Ekv. 4, horisontell kraft: 

R1 · cos 30 o + R3 · cos 60 o - R2 · cos 30 o = 0 

Dessa fyra ekvationer bildar ett ekvationssystem med tre obekanta. 

Ekv. 4 ger: 

R1 = (R2 · cos 30 o - R3 · cos 60 o ) / cos 30 o 

Ekv. 1 ger: 

R2 = (3750 · 0,55 - R3 · 0,055) / 0,57 

Dessa båda sammansätts till: 

R1 = (3750 · 0,55 · cos 30 o - R3 · 0,055 · cos 30 o - R3 · 0,57 · cos 60 o ) / (0,57 · cos 

30 o ) 

R1 insätts i ekv. 2: 

-3750 · 0,196 - R3 · 0,025 + 0,57 · (3750 · 0,55 · cos 30 o - R3 · 0,055 · cos 30 o - R3 · 

· 0,57 · cos 60 o ) / (0,57 · cos 30 o ) = 0 

Forts. nästa sida!





Förenklat blir då R3: 

-R3 = (3750 · 0,196 · cos 30 o -3750 · 0,55 · cos 30 o ) / (0,025 · cos 30 o + 0,055 · 

· cos 30 o + 0,57 · cos 60 o ) 

R3 ≈ 3245 N 

Nu kan R2 och R1 räknas ut MHA ekvationerna 1 och 2: 

Ekv. 1. ger: 

R2 ≈ 3305 N 

Ekv. 2. ger: 

R1 ≈ 1432 N 

3.3.3. Dimensionering av axlar, fästbultar och lager 

Den största och därmed dimensionsbestämmande radiella lasten är alltså R2 ≈ 

3305 N (beteckning enl. fig. 7.) Rullarna sitter lagrade på genomgående axlar, vilka 

är skruvade underifrån i separata ok. 

En säkerhetsfaktor n = 3 ger Ftill = 3305 · 3 [N] ≈ 10000 N 

Nödvändig axelarea beräknas enl. formelsamling Lönnelid/Norberg (5): 

τtill = σtill · 0,6 

Material axel: C45E, vilket ger: ReL (σtill) = 300 MPa 

τtill = 300 · 0,6 [MPa] ≈ 180 MPa 

A = Ftill / τtill = 10000 / 180 [mm 2 ] ≈ 55 mm 2 

Två skjuvningytor ger Atapp = 55 / 2 [mm 2 ] = 27 mm 2 

På samma sätt beräknas nödvändig skruvarea. Varje rulle sitter i ett ok som hålls 

av tre skruvar: 

Hållfasthetsklass 8.8 ger: σ0,2 (σtill) = 640 MPa 

Enligt Bulten AB:s lilla vägvisare ”Gör rätt” (9), är skruvarnas förspänning vid 

normalt åtdragningsmoment ca 70% av sträckgränsen. Detta leder till: 

σr = 640 · 0,3 [MPa] ≈ 192 MPa 

Vi kollar vilken area som krävs på skruvarna ifall skjuvning skulle inträffa: 

τtill = 192 · 0,6 [MPa] ≈ 115 MPa 

Forts. nästa sida!


A = Ftill / τtill = 10000 / 380 [mm 2 ] ≈ 87 mm 2 

Tre skjuvningytor ger Askruv = 87 / 3 [mm 2 ] = 29 mm 2 




Av dessa uträkningar kan vi besluta dimension på skruv och axel. Vi valde M8 

skruv, som har en innerdiameter på 6,6 mm (34 mm 2 ). Axeldiameter valdes till 20 

mm, vars area är 314 mm 2 . Denna bearbetas utanför lagerlägena till en rektangulär 

profil på 10x15 mm, vilket ger en area av 150 mm 2 . Då axeln skruvas underifrån 

och skjuvningsytan hamnar utanför axelns skruvhål, behöver vi ej ta hänsyn till 

skruvhålen. Överdimensioneringen är sålunda ganska kraftig, men en förklaring 

till detta ges nedan: 

Lagren valdes 6004-2RS1, vilka är dubbeltätade standardkullager. På samma 

gång ser vi i SKF Huvudkatalog (6) att förhållandet mellan lagrets statiska bärighetstal, 

C0 = 5000 N och den statiska belastningen enl. föregående beräkning (två 

lager per rulle ger P0=10000/2 [N]) blir: 

C0 / P0 = 5000 / 5000 = 1 

Detta värde får enligt SKF:s rekommendationer inte gå under 0,5 vid gynnsamma 

förhållanden. Då det i detta fall kan bli vissa stötar i konstruktionen, får förhållandet 

1 anses som mycket lämpligt. 

Förklaringen till varför vi lät överdimensionera tapp och fästskruvar är alltså att 

vi måste välja dessa större kullager med tanke på den statiska bärförmågan. Visserligen 

hade vi kunnat välja rullager vilka har markant högre C0, men då vi är behjälpta 

av en relativt stor rulldiameter (som klarar ojämnheter och föroreningar 

som till exempel svetsslagg bättre), väljer vi de billigare kullagren. 

3.3.4. Löpvagnens bromsanordning 

Löpvagnen måste vid för stor kraft kunna glida längs profilrören trots att den är 

låst (se avsnitt 3.3.). Detta löses genom att använda bromsklossar, vilka trycks mot 

balkarna med ett av skruvar manövrerat länksystem, se figur 8. 

Bromsklossarna tillverkas av för ändamålet lämpligt friktionsmaterial, vilket inhandlas 

från APE (8).


Fig. 8. Principskiss över bromsanordningen 

3.4. Svetspistolens justeringsanordning 




Som beskrivits i avsnitt 2.1. är svetspistolens justeringsmöjligheter av stor vikt. 

Vinklarna enligt fig. 2 justeras på följande sätt: 

Vinkel a justeras genom att hela justeringpaketet vrids runt dubbdockans dubbrör. 

Vinkel b justeras genom ett system med låsskruvar och styrtapp, se aktuella 

ritningar. 

I längd och höjdled sker justeringen med linjärgejdrar från Solectro (7). Denna 

justering medger en radiejustering av 100 mm (65-165 mm) och en längdjustering 

som tillsammans med dubbens slag blir 350 mm. 

Armen med svetspistolen går att fälla undan. Det går då lättare att plundra och 

ladda manipulatorn. 

3.4.1. Svetspistol 

I dagsläget används en svetspistol för manuell svetsning, vilken kläms fast i en 

hållare vid rundsvetsningen. Samma pistol används för den manuella svetsningen 

av cylinderöronen. 

Vår tanke är att detta system ska kunna användas även i fortsättningen, även om 

vi rekommenderar att en fast pistol används. Med en fast pistol skulle man kunna





säkra svetskvaliteten på ett bättre sätt, då eventuella fel vid montering av svetspistolen 

elimineras. 

Vår konstruktion har endast en fästplatta för svetspistolen, vilket gör det valfritt 

att endera fortsätta att använda den befintliga utrustningen eller skaffa en ny. 

4. Ergonomi och säkerhet 

Svetsmanipulatorn är placerad på ett saxbord som är justerbart i höjdled. Detta för 

att de olika operatörerna skall uppnå en så bra arbetshöjd som möjligt. Vi anser 

även att åtkomsten till de olika inställningsreglagen måste vara lättillgängliga för 

att inte orsaka onödiga risker med personskador som följd. 

4.1. Säkerhetsanalys och CE-märkning 

CE-analysen vi gjort bygger på maskindirektivet som säger att riskkällor skall 

kartläggas och utredas. I vår utredning kom vi fram till att den största faran i denna 

konstruktion är risken för klämskador. Vi anser att risken för klämskador vid 

lyftcylinderöronen kan byggas bort med ett nerfällbart skydd, men detta ger en dålig 

arbetssituation då operatören måste gå runt konstruktionen för att nå detta 

skydd. Detta kan göra att en strömbrytare måste kopplas till denna skyddsutrustning 

för att inte skyddet skall stå oanvänt. 

Ett alternativ till detta skydd är att sätta in fler nödstoppar kombinerat med varningstexter. 

Nödstopparna placeras både i armhöjd och i golvnivå, så manipulatorn 

även går att stanna med foten. 

Andra risker kan vara att bromsarna på dubbdockan av någon anledning inte 

räcker till och att den därmed börjar glida längs pelaren. Ett justerbart stöd fångar 

då upp pelaren så att den inte kan skada operatören. Detta stöd är ännu inte konstruerat, 

men beskrivs mer under kapitel 6. Vidare måste lyftanordningar anpassas 

till lyftmomenten. Ett utsug ska finnas med tanke på svetsröken som bildas, men 

vi anser att det befintliga utsuget är användbart. Alla metallytor bör målas med en 

matt färg som absorberar reflektioner av UV-strålning.

5. Ekonomi 





Denna ekonomiska redovisning är omfattande, men ej heltäckande. Vi har redovisat 

materialkostnaden utifrån den materialmängd som faktiskt går åt till konstruktionen, 

inte utifrån de kvantiteter som materialen säljs i (bilaga 1). Att vi gjort så 

beror på att vi räknar med att många av materialen, eller snarlika ersättningsmaterial, 

ingår i företagets sortiment. 

På materialkostnaden har lagts en generell summa för kapning, hantering osv. 

på 30% av materialkostnaden. 

Övriga köpedetaljer redovisas i bilaga 2. 

Kostnaden som redovisas för arbetet (bilaga 3) är baserad på en erfarenhetsmässig 

tidsuppskattning och ett pris per timme på 300-615 kronor. 

Summa materialkostnad + hantering: 5 004 kr 

Summa köpedetaljer: 21 765 kr 

Summa arbetstidskostnad 18 650 kr 

Totalsumma 45 419 kr


6. Diskussion och slutsatser. 




Detta projekt har gått ut på att utveckla en manipulator för rundsvetsning av kranpelare. 

Vi rekommenderar dock att utvecklingen inte stannar vid detta. Det finns 

ofta detaljer vid utveckling av fixturer, som inte upptäcks förrän fixturen tillverkats 

och börjat användas. 

Efter att vi i projektets slutskede har gått igenom resultatet kan vi rekommendera 

att man vid vidareutveckling tittar närmare på i första hand följande punkter: 

• Skyddsplåtar för att skydda linjärenheterna mot svetssprut. Dessa måste 

utformas så att de inte skymmer synfältet för svetsoperatören. 

• Skyddshuv med svetsglas för att skydda svetsoperatören från UVstrålningen. 

Denna kan förmodligen göras fast i pistolenheten, och följa med denna 

när denna fälles undan. De i punkt 1 nämnda skyddsplåtarna kan förmodligen 

också integreras. 

• Stöd för kranpelarens ämnesrör. Vid laddning av manipulatorn lyftes först 

ämnesröret in och därefter toppdelen. Innan dessa delar spänns ihop med dubben, 

bör röret i den fria änden få vila på ett i höjdled justerbart stöd. En form av dylikt 

stöd finns på den befintliga svetsmanipulatorn, men de önskvärda justeringsmöjligheterna 

saknas. Vår tanke är att ett bättre stöd fästes i dubbdockan, vilket dubbdockans 

dimensionering medger. 

• Placering av manöverorgan. Manöverorganen samt nödstopp måste placeras 

lätt tillgängligt för operatören. Vi kan tänka oss att även linjärenheternas 

skruvanordningar flyttas närmare operatören genom att vajrar används. 

• Svetsjord. Idag jordas den befintliga manipulatorn genom att en kopparwire 

lindats ett antal varv runt den till chucken ingående axeln. Denna jordning 

gör att svetsström passerar om inte igenom, så i varje fall förbi lagringarna. Vi rekommenderar 

att denna jordning ersätts av jordborstar av samma typ som sitter i 

moderna svetsmanipulatorer. Eftersom det bakom chucken sitter en platta, finns 

utmärkta förutsättningar för att montera 2 till 3 stycken jordborstar. På detta sätt 

skulle också svetsförloppet bli säkrare, då jordströmmens överföring säkerställs. 

En fråga man kan ställa sig är om denna nykonstruerade utrustning bidrar till 

tidsmässiga vinster i produktionen. Svaret är egentligen inte, det har heller inte varit 

vårt huvudsakliga mål. På samma sätt som på den gamla manipulatorn, måste 

svetsförloppet övervakas av operatören och svetspistolens läge justeras mellan 

svetssträngarna. Givetvis finns en viss effektivisering i att svetspistolen är enklare 

att justera jämfört mot den befintliga konstruktionen, men den huvudsakliga 

vinsten ligger i det faktum att svetskvaliteten kan säkerställas med denna nya utrustning. 

Om själva manipulatorn ska göras effektivare, krävs en svetsrobot vilket inte 

kan motiveras ekonomiskt. Möjligen kan dock hastigheten på själva svetsförloppet 

ökas genom metoden som beskrivs i kapitel 2.





Däremot finns det troligtvis goda möjligheter att effektivisera hanteringen runt 

omkring själva svetsningen. Detta kan ske till såväl operatörens som företagets 

fördel. Dock bör effektiviseringar göras endast om det är nödvändigt, förbättringar 

av ett tillverkningsmoment kan skapa onödiga flaskhalsar på andra ställen i tillverkningskedjan. 

Slutligen kan vi konstatera att vi har uppnått målet att förbättra säkerställandet 

av rundsvetsoperationen, samtidigt som de större kranpelare som idag är och i 

framtiden kan vara aktuella kan svetsas i manipulatorn.

7. Referenser. 


(1) AGA. 

http://www.aga.com 2003-11-05. 

(2) Bertil Gustafsson, svetsansvarig på Ferruform i Luleå. 

Tfn 0920-766 00, växel. 

(3) PEKAB Pumpservice AB. 

Kent Nilsson, tfn 0920-231 460 

(4) Mekanex. 

http://www.mekanex.se 2003-11-04. 

(5) Sture Lönnelid, Rune Norberg: 

Formelsamling för Teknologi och Konstruktion M. 

(6) SKF Huvudkatalog. 

(7) Solectro. 

http://www.solectro.se 2003-10-30. 

Tfn 040-536 600 

(8) APE Industri AB 

Tfn 08-632 63 70, Fax 08-632 08 60 

(9) Gör rätt – Liten vägvisare i att göra riktiga skruvförband. 

Utgiven av Bulten AB. 

(10) Tibnor AB 

www.tibnor.se 2003-12-02. 



Sidan 22 av 23

8. Bilagor. 

Bilaga 1: Materialkostnader. 


Bilaga 2: Kostnader för köpedetaljer 

Bilaga 3: Kostnad för arbete. 

Bilaga 4: Ritningsförteckning och ritningar 



Sidan 23 av 23

Källa: Tibnor AB (www.tibnor.se 2003-12-02) 

Materialkostnader 

Ämne Artikel nr Dimension Längd Kostnad 

Hålprofiler Tibnor mm m 

Kr 

VKR S355J2H 42601 80x80x5 7,5 1080:- 

VKR S355J2H 77121 160x80x5 3,5 730:- 

VKR S355J2H 24153 40x40x4 2,3 120:- 

Material Artikel nr Dimension Längd Kostnad 

Vinkelstång Tibnor mm m 

Kr 

S235JRG2 83469 40x40x4 0,3 7:- 


Ämnesrör Tibnor Dy x Di mm m 

Kr 

S420N 40342 56x36 0,4 154:- 

S420N 54628 140x100 0,13 231:- 


Rundstång Tibnor Ø mm m 

Kr 

S235JRG2+C 31270 25 0,12 8:- 

C45E 63144 20 0,6 34:- 


Plattstång Tibnor mm m 

Kr 

EN6082-T6 115787 50x40 0,2 40:- 

Material Artikel nr Tjocklek Area 

Plåt 

Tibnor mm m 2 

Kostnad 

Kr 

EN6082-T651 79443 12 0,1 191:- 

Material Artikel nr Tjocklek Area 

Cranab mm m 2 

Kostnad 

Kr 

Domex 420 Mc 9029222 40 0,03 49:- 

Domex 420 Mc 9028714 15 1,07 504:- 

Domex 420 Mc 9670064 10 1,56 464:- 

Domex 420 Mc 9030662 8 0,8 190:- 

Domex 420 Mc 9670076 4 0,37 42:- 

Material summa: 3844 Kr 

Hanterings kostnad, 30% 

av matrl. kost. 1160 Kr 

Totalt 5004 Kr 

Bilaga 1

Köpedetaljer 

Offert från Art nr Detalj Antal Pris 

Kr 

PEKAB SK 9016.1-80 motor + vinkelväxlare 1 6800:- 

PEKAB frekvensstyrning med 

potentiometer 

1 2400:- 

APE 75-11B Friktionsmaterial, 1 1550:- 

Industri AB 

8,0x635x608 

SOLECTRO 92510078676 DomiLINE 120, slag 100 

mm 

1 3845:- 

SOLECTRO 92510078676 DomiLINE 120, slag 250 

mm 

1 3845:- 

SOLECTRO 925031242 DomiLINE 120, 

montageplatta 

1 625:- 


fastsättningssats 

1 170:- 


montageplatta 

1 625:- 

- 6004-2RS1 Kullager 6004-2RS1 12 900:- 

Uppskattade 

fraktkostnader 

1000:- 

Bilaga 2. 

Summa köpedetaljer: 21 760 Kr

Arbetskostnader 

ARBETE KOSTNAD 

Ställtids kostnader a`615 Kr/h 2500:- 

Operationstider a`615 Kr/h 1150:- 

Svetsmontage a`300 Kr/h 4800:- 

Montering a`300 Kr/h 6000:- 

Målning inkl färg. a`615 Kr/h 1800:- 

Iordningställande av arbetsplatsen a`300 Kr/h 2400:- 

Summa Kr 18 650:- 

Bilaga 3

Ritningar 

Bilaga 4 

Sida 1 (2) 

I vissa sammanställningsritningar finns likadana detaljer som i andra. Om inte sökt 

detaljritning hittas under önskad sammanställningsritning, så fån man gå in i nedanstående 

förteckning och se under vilken sammanställningsritning den ligger. 

I vissa fall refererar sammanställningsritningar till ritningsnummer x. Med det menas att 

detaljen ej är uppritad. 

Svetsmanipulator, ritn. nr: 100 

Motdocka, ritn. nr: 200 

Stora oket , ritn. nr: 300 

Fästplåt, ritn.nr: 400 

Stora oket, ritn. nr: 401 

Bromsenhet, ritn. nr: 301 

Bromsbelägg, ritn. nr: 402 

Bromsarm, ritn. nr: 403 

Bromsarm, ritn. nr. 500 

Distans, ritn. nr: 404 

Överarm, ritn. nr: 405 

Överarm ritn.nr. 501 

Sidoplåt, ritn. nr: 406 

Tvärstag, ritn. nr: 302 

Rullenhet, ritn.nr. 303 

Rulle, ritn. nr: 407 

Lageraxel, ritn.nr: 408 

Ok, ritn. nr: 409 

Bromsenhet, ritn. nr: 304 

Bromsarm, ritn. nr: 410 

Överarm, ritn.nr: 411 

Stora oket, ritn.nr: 305 

Botten plåt, ritn. nr: 306 

Övre plåt, ritn.nr: 307 

Undre plåt, ritn.nr: 308 

Toppring, ritn. nr: 309 

Stativ, ritn. nr: 201 

Fästplatta, ritn.nr: 310 

Revben, ritn.nr: 316

Svetsenhet, ritn.nr: 202 

Fästblock, ritn. nr. 311 

Pistolfäste, ritn. nr: 312 

Fästarm, ritn. nr: 313 

Rörsektion 3, ritn. nr: 412 

Vinkelfäste, ritn. nr: 413 

Rörsektion 2, Ritn. nr. 414 

Rörsektion 1, ritn. nr: 415 

Justeringsplåt, ritn. nr: 314 

Bygel, ritn. nr: 315 

Förstyvning, ritn. nr: 416 

Spännplåt, ritn. nr: 417 

Halvmåne, ritn.nr: 418 

Bilaga 4 

Sida 2 (2)

LTU-YTH-EX--03/09--SE - Luleå tekniska universitet

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?