Työkoneen rungon rasitusten mittausjärjestelmän suunnittelu

Abstract

Liikkuvien työkoneiden rungot altistuvat jatkuvalle muuttuva amplitudiselle kuormitukselle. Koneiden rungot ovat usein hitsattuja rakenteita, jotka ovat erityisen alttiita rakenteen väsymisen aiheuttamille vaurioille. Luotettava rakenteiden väsymismitoitus vaatii tarkkaa tietoa koneen käytöstä sekä käyttöolosuhteista. Väsymismitoituksen kannalta kriittisten rasitusten määrittäminen vaatii usein voimamittauksia joko prototyyppistä tai vastaavasta käytössä olevasta rakenteesta. Palmgren-Miner vauriosumma on keskeinen muuttuja väsymismitoituksessa, jonka määritykseen voimanmittausdataa hyödynnetään. Diplomityössä etsitään ratkaisu tutkimuskysymykseen: Kuinka selvittää liikkuvan työkoneen rungon kestävyyteen vaikuttavat jännitysheilahdukset? Työssä suunnitellaan systeemitasolla voimanmittausjärjestelmä osaksi liikkuvan työkoneen automaatiojärjestelmää. Suunniteltava mittausjärjestelmä mahdollistaa rungon jännitysheilahteluiden kokeellisen mittaamisen sekä kriittisen prosessidatojen tallennuksen. Työ on luonteeltaan kehittämistutkimus, jossa voimanmittausjärjestelmän suunnittelu toteutetaan systeemisuunnittelua ja V-mallia hyödyntäen. Systeemisuunnittelu on järjestelmällinen prosessi, joka kattaa järjestelmän suunnittelun, toteutuksen, ylläpidon ja käytöstä poiston. Se perustuu systeemiajatteluun ja tähtää kokonaisuuden hallintaan yhdistämällä tekniset, taloudelliset ja toiminnalliset näkökulmat. Keskeisiä vaiheita systeemisuunnittelussa ovat vaatimustenmäärittely, järjestelmän arkkitehtuurin suunnittelu, alijärjestelmien suunnittelu, toteutus ja integrointi. Systeemisuunnittelu kulkee rinnakkain projektinhallinnan kanssa, jotta kaikki tekniset ja toiminnalliset osat saadaan toimimaan yhtenä kokonaisuutena ja näin projekti täyttämään sille asetetut vaatimukset. Suunnitteluprosessi jaettiin konseptin kehitykseen ja tekniseen kehitykseen, joissa määritettiin järjestelmän sidosryhmä- ja järjestelmävaatimukset. Suunnittelun tuloksena syntyi systeemitason suunnitelma joustavasta ja modulaarisesta voiman mittausjärjestelmästä. Mittausjärjestelmässä voiman mittaus tapahtuu venymäliuskoilla. Mittaus integroidaan koneen automaatiojärjestelmään, mikä mahdollistaa mittausdatan sekä muun prosessidatan tallennuksen samalla mittausohjelmistolla suoraan järjestelmän keskusyksiköstä. Suunnitelmaa voidaan pienillä muutoksilla helposti soveltaa myös muihin kohteisiin kuin työnkohteena olevaan työkoneeseen. Järjestelmän avulla voidaan mitata koneen rungon jännitysvaihtelua sekä seurata laitteen todellista käyttöä. Mittausdatan avulla voidaan kehittää koneen käyttövarmuutta ja toiminnallista turvallisuutta. Järjestelmän tuottamaa tietoa voidaan hyödyntää tulevaisuudessa tuotekehityksessä. Ymmärrys koneen rungon kuormituksista sekä käytöstä tuottaa laitetoimittajalle lisäarvoa tulevaisuuden uusien laitteiden suunnitteluun. Diplomityössä syntyi ratkaisu, jonka avulla tiedetään miten toteuttaa mittausjärjestelmä, jolla voidaan selvittää liikkuvan työkoneen rungon kestävyyteen vaikuttavat jännitysheilahdukset. Työssä saatiin ratkaisu tutkimuskysymykseen.