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