Siirrettävän henkilönostimen ohjaus- ja hydraulijärjestelmän suunnittelu

Abstract

Siirrettäviä henkilönostimia käytetään lukuisissa eri työtehtävissä sekä rakentamisessa että teollisuudessa. Vuosien kuluessa henkilönostinalasta on kasvanut miljardiluokan markkinasegmentti. Kiristyvät turvamääräykset ja teknologinen kehitys asettavat jatkuvasti uusia haasteita ja vaatimuksia henkilönostinten suunnittelulle, valmistukselle ja käytölle. Rakenteellisesti siirrettävien henkilönostimien nostorakenteet perustuvat, joko saksimekanismiin tai puomiin. Jakauma on likimain tasan molemmille tyypeille, mutta puomikäyttöiset nostimet voidaan jakaa useisiin eri alalajeihin riippuen puomin ja koneen alustan toteutustavasta. Tässä diplomityössä selvitetään Leguan Lifts Oy:n valmistamien henkilönostinten ominaisuuksia ja peilataan niitä markkinoilla tarjolla oleviin ratkaisuihin sekä etsitään uusia käyttäjävaatimuksia henkilönostinten toiminnallisuudelle. Tavoitteena tutkimukselle on suunnitella uusi siirrettävä henkilönostinmalli, jossa yhdistyvät Leguan-henkilönostinten vahvat ominaisuudet ja uudet toiminnot, joita vanhat mallit eivät ole tarjonneet. Uusia toimintoja ovat muun muassa automaattitasaus ja langaton ohjaus. Henkilönostolaitteet kuuluvat EY-tyyppihyväksynnän piiriin, jolloin niille on haettava tarkastavan laitoksen hyväksyntä ja niiden on täytettävä konedirektiivin 2006/42/EY vaatimukset. Viimevuosina tärkeimmistä henkilönostin suunnitteluun liittyvistä standardeista EN 280 ja AS/NZS 1418.10 ovat päivittyneet merkittävästi. Ohjausjärjestelmäsuunnittelussa turvatoimintojen toteutuksessa on otettu käyttöön ISO 13849-1 mukaiset toiminnallisenturvallisuuden tasot (PL). Standardeissa on myös huomioitu langattoman ohjauksen turvallisuusvaatimukset ja turvalaitteiden ohituksen toteutukselle esitetään vaatimuksia. Uuden siirrettävän henkilönostinmallin suunnittelusta käsitellään tässä työssä hydraulijärjestelmän komponenttivalintaa, turvallisuusratkaisuja ja toimilaitteiden mitoitusta. Toisena tärkeänä osa-alueena työssä määritellään ohjausjärjestelmän toiminnalliset vaatimukset sekä turvallisuusvaatimukset jatkosuunnittelua ja toteutusta varten. Lisäksi työssä toteutetaan suunniteltavalle koneelle alustava vaara-analyysi ja tutkitaan markkinoilla olevia turvalogiikoita. Työn tuloksena saadaan suunnitelmat hydraulijärjestelmän toteutuksesta siirrettävään henkilönostimeen. Suunnitelmat sisältävät järjestelmäkaaviot, valitut komponentit ja yleiset toteutusperiaatteet. Ohjausjärjestelmän tyyppihyväksyntää varten saadaan dokumentti toteutetusta alustavasta vaara-analyysistä. Toiminnallisista vaatimuksista ja turvallisuusvaatimuksista saadaan toiminnallinen määrittely suunniteltavalle siirrettävälle henkilönostimelle.

Mobile elevating work platforms are used in various tasks in the construction and other industries. Over time, the aerial work platform industry has grown to be a market segment with annual turnover of several billions. Tightening safety regulations and technological development continuously set new challenges and demands for design, manufacturing and use of elevating work platforms. Structure of lift mechanism in mobile elevating work platforms is either based on a scissor or a boom mechanism, with each holding approximately fifty percent market share, but boom lifts can be divided to many subcategories depending on boom and undercarriage configuration. In this thesis mobile elevating work platforms manufactured by Leguan Lifts are studied. They are compared to solutions available on market and new user demands are researched. The goal is to design a new mobile elevating work platform by combining strong features of Leguan machines with new features such as automatic stabilization and wireless control. Mobile elevating work platforms are under the EC type approval and they need to be inspected by a notified body to meet the requirements of the Machinery directive 2006/42/EC. The two most important standards for the design of mobile elevating work platforms, EN 280 and AS/NZS 1418.10, have recently gone through a major update. For safety related parts of control system performance levels (PL) according to ISO 13849-1 have been adopted. Standards also include requirements for wireless remote control systems and bypassing safety features. In this paper component selection, safety features and actuator sizing for fluid power system are discussed. Another important part of this work is to define functional and safety requirements for the future design and implementation. On top of that, the preliminary risk assessment is done for the designed machine, and safety controllers found in markets are studied. This study provides circuit diagrams and defines suitable components for designed fluid power system. Preliminary risk analysis for control system validation and machine type approval is also provided. Lastly, the functional specification of designed mobile elevating work platform is written in this research, based on functional and safety requirements.