Dynamisk optimering av hyttupphängning
Industriteknik Nord AB tillverkar gruvmaskiner under varumärket JAMA. Under utvecklingen med den nya skrotaren SBU8000 har man lagt stor vikt vid att minimera vibrationer som maskinens förare utsätts för. Företaget har ett mål att kunna klara det nya EU-direktiv som sätter gränser för exponering av helkroppsvibrationer. En del i konstruktionsförbättringarna på den nya maskinen är en ny typ av fjädrad hyttupphängning. Industriteknik Nord AB vet dock inte hur den nya hytten uppför sig under drift samt hur den klarar av att förebygga vibrationer. För att få klarhet har detta examensarbete genomförts i samrådan med kunnig personal från institutionen Arbetsvetenskap, avdelningen Ljud och vibrationer på Luleå tekniska universitet. Målen sattes till att undersöka hyttens egenfrekvens samt om nödvändigt omkonstruera eller modifiera för att uppfylla egenfrekvenserna 1,5 Hz i z-led samt 4-5 Hz i x- och y-led, detta för att undvika resonanser där EU-direktivets har de hårdaste kraven. De hjälpmedel som fanns tillgängliga var CAE-verktyget I-DEAS 11, dynamiksimuleringsprogrammet MSC.ADAMS 2003 samt ritningsprogrammet AutoCAD 2004. Till en början skapades en 3D-modell i I-DEAS 11 från 2D-ritningar som fanns tillgängliga från Industriteknik Nord AB: s konstruktionsarbete. 3D- modellen importerades till MSC.ADAMS 2003 där låsningar, krafter, fält och fjädrar skapades. I MSC.ADAMS 2003 kunde sedan vibrationsanalyser och dynamiska simuleringar göras för att ta reda på hyttupphängningens egenfrekvens och stabilitet. Svaren från analyserna visade att hyttupphängningens egenfrekvens i z-led var bra men att dess egenfrekvens i x- och y-led var väldigt låg. Analyserna visade också att hyttupphängningen var alldeles för mjuk och riskerade att stöta emot gummistoppar samt stötdämparnas ändlägen. För att klara kraven på egenfrekvens och stabilitet gjordes en designstudie för att undersöka vilka parametrar som kunde ändras för att uppnå rätt egenskaper. Designstudien visade att det inte räckte med att göra några små förändringar för att klara kraven, en förstyvande konstruktion i x- och y-led var nödvändig. Olika idéer togs fram som skulle ge hyttupphängningen dess önskvärda egenskaper. Det slutliga valet föll på en konstruktion med extra förstyvande stålfjädrar. Många simuleringar gjordes i MSC.ADAMS 2003 där en mängd olika positioner kunde studeras för att finna den optimala placeringen för de extra förstyvande fjädrarna. Efter kompromissande mellan funktion, design och möjlig placering fastställdes de kompletterande fjädrarnas placering till att de skulle bilda två plan som går genom hytten för att få den att rotera/translatera kring den punkt som föraren befinner sig i. Nästa fas i arbetet blev att dimensionera de fjädrar, fjäderpaket och fästen som ingick i den kompletterande hyttupphängningen. Konstruktionsritningar togs fram för att möjliggöra produktion av den nya upphängningen. För att få kunskap om vilken dämpning hyttupphängningen bör ha utfördes ett test på den stötdämpare som finns i upphängningens konstruktion. Testet gjordes hos Testlab på Luleå tekniska universitet. I testet mättes kraft, läge och tid hos olika inställningar på stötdämparen för att kunna ta fram vilken dämpningskonstant som fanns vid stötdämparens olika inställningar. Därefter kunde nya simuleringar i MSC.ADAMS 2003 genomföras för att ta fram vilken inställning som stötdämparna bör ha. Vibrationsmätningar i full skala kommer att utföras på den nya maskinen i en närbelägen gruva för att verifiera att maskinen uppfyller det nya EU- direktivet. Vill industriteknik Nord AB optimera den traditionella hyttupphängningen ytterligare bör hytten få större rörelsefrihet vilket ger fjädrarna större möjlighet att hinna bromsa upp hytten vid en kraftig stöt. Om upphängningen skulle göras semiaktiv eller helt aktiv skulle troligen ännu större förbättringar med avseende på vibrationer kunna genomföras. Detta skulle dock bli både dyrt och kräva en hel del testande.