The usage of a robotic simulator hasprovidedthe advantages of the efficientdevelopment and testing of robotics applications, saving time and resources and making easier publics demonstrations. This thesis project consists on the simulation of a wheel loader at an industrial environment inthe cycle of material handling. For the development of the Project have been used the Robot Operating System (ROS) and Gazebo frameworks which allows to reproduce the 3D map of the work site as well as the robotic wheel loaderand simulate it in a realistic way. The developed softwarealsoprovidesthemechanism to drive the wheel loader throughthereproduced terrain, to controlthe movement of the different articulated joints of the robot, to recompile information of the environmentthroughdifferent sensors (Laser, Odometry, GPS, IMU, etc) and to provide of a waypoint routes to the robot. Furthermore the simulator will be able to reproduce and integrate an asphalt plant modelto the scenario. Allowing an interaction with the wheel loader, this will transport gravel from the piles of the terrain to the pocket of the asphalt plant.

Construction machines, also referred to as engineering vehicles or earth movers, are used in a variety of tasks related to infrastructure development and material handling. While modern construction machines represent a high level of sophistication in several areas, their suspension systems are generally rudimentary or even nonexistent. This leads to unacceptably high vibration levels for the operator, particularly when considering front loaders and dump trucks, which regularly traverse longer distances at reasonably high velocities. To meet future demands on operator comfort and high speed capacity, more refined wheel suspensions will have to be developed. The aim of this thesis is therefore to investigate which factors need to be considered in the fundamental design of suspension systems for wheeled construction machines. The ride dynamics of wheeled construction machines are affected by a number of particular properties specific to this type of vehicle. The pitch inertia is typically high in relation to the mass and wheelbase, which leads to pronounced pitching. The axle loads differ considerably between the loaded and the unloaded condition, necessitating ride height control, and hence the suspension properties may be altered as the vehicle is loaded. Furthermore, the low vertical stiffness of off-road tyres means that changes in the tyre properties will have a large impact on the dynamics of the suspended mass. The impact of these factors has been investigated using analytical models and parameters for a typical wheel loader. Multibody dynamic simulations have also been used to study the effects of suspended axles on the vehicle ride vibrations in more detail. The simulation model has also been compared to measurements performed on a prototype wheel loader with suspended axles. For reasons of manoeuvrability and robustness, many construction machines use articulated frame steering. The dynamic behaviour of articulated vehicles has therefore been examined here, focusing on lateral instabilities in the form of “snaking” and “folding”. A multibody dynamics model has been used to investigate how suspended axles influence the snaking stability of an articulated wheel loader. A remote-controlled, articulated test vehicle in model-scale has also been developed to enable safe and inexpensive practical experiments. The test vehicle is used to study the influence of several vehicle parameters on snaking stability, including suspension, drive configuration and mass distribution. Comparisons are also made with predictions using a simplified linear model. Off-road tyres represent a further complication of construction machine dynamics, since the tyres’ behaviour is typically highly nonlinear and difficult to evaluate in testing due to the size of the tyres. A rolling test rig for large tyres has here been evaluated, showing that the test rig is capable of producing useful data for validating tyre simulation models of varying complexity. The theoretical and experimental studies presented in this thesis contribute to the deeper understanding of a number of aspects of the dynamic behaviour of construction machines. This work therefore provides a basis for the continued development of wheel suspensions for such vehicles. / QC 20110531

The construction industry is facing a reality where the dependency on fossil fuels needs to cease and be replaced by options that are more climate friendly. One such option is the electrification that has not made a breakthrough in the construction industry yet and therefore needs to be examined. In this thesis an investigation is made by two different systems of wheel loaders and trucks. One system that conducts machines run by electricity and another one where the system is powered by diesel. The investigation is based on goal formulation which serves as the basis for answering these questions. The machines were examined in such as to obtain results that illustrate which system of machines that are profitable with regards to time, energy consumption, carbon dioxide emissions and total costs. This thesis has also as an intent to identify any advantages and disadvantages of each transport method. This is done in order to lend structure to any further research conducted in the future. To be able to compare and examine the properties of the machines, these machines were applied to a tunneling project. The project that was received was the metro station Hagalunds industriområde. The planned expansion of the subway will lead to a new metro line between Arenastaden and Odenplan, where Hagalunds industriområde will become an intermediate station. In order to truly optimize our efforts and carry out the calculations, the focus was placed on a partial stretch of 1 000 meters with respect to the main tunnel and working tunnel. The result obtained shows that the electric wheel loader leads to less time, carbon dioxide emissions and better energy efficiency than the diesel-powered wheel loader. On the other hand, the disadvantage is that the purchase cost of the electric wheel loader leads to greater total costs. These investments may be necessary to break the dependence on fossil fuels. When comparing the trucks, the result showed that the electric truck is a better alternative from an environmental perspective and total costs. While the diesel-powered truck saves on both time and energy. The reason why the total cost of the diesel-powered truck differs greatly from the electricpowered truck is the rental costs. If the diesel-powered truck was instead purchased, the total cost difference could be reduced. / Bygg- och anläggningssektorn står inför en verklighet där beroendet av fossila bränslen behöver brytas och ersättas med miljövänligare alternativ. Ett sådant alternativ är elektrifieringen som inte riktigt har slagit igenom för anläggningssektorn och därför behöver undersökas. I detta examensarbete undersöks två olika system av hjullastare och lastbilar. Ett system där maskinerna drivs med el och ett annat system med maskiner som drivs på diesel. Undersökningen hade målformuleringen som utgångspunkt för att besvara frågeställningarna. Maskinerna granskades för att erhålla ett resultat som visar vilket system av maskiner som är lönsammare att använda med avseende på tidsåtgång, energiförbrukning, koldioxidutsläpp samt totala kostnader. Examensarbetet har även som syfte att redogöra eventuella för-och nackdelar för respektive transportmetod. Detta för att ge ytterligare underlag till vidare forskning. För att kunna jämföra och undersöka maskinernas egenskaper applicerades dessa maskiner på ett tunneldrivningsprojekt. Projektet som erhölls var tunnelbanestationen Hagalunds industriområde. Den planerade utbyggnaden av tunnelbanan kommer att leda till en ny tunnelbanelinje mellan Arenastaden och Odenplan, där Hagalunds industriområde kommer bli en mellanliggande station. För att avgränsa arbetet och genomföra beräkningarna lades fokus på en delsträcka om 1 000 meter med avseende på huvudtunnel och arbetstunnel. Resultatet som erhölls visar att den eldrivna hjullastaren leder till mindre tidsåtgång, koldioxidutsläpp och bättre energieffektivitet än den dieseldrivna hjullastaren. Däremot är nackdelen att inköpskostnaden för den eldrivna hjullastaren leder till större totala kostnader. Dessa investeringar kan vara nödvändiga att vidta för att beroendet av fossila bränslen ska brytas. Vid jämförelse av lastbilarna visade resultatet att den eldrivna lastbilen är ett bättre alternativ ur miljöperspektiv och totala kostnader. Medan den dieseldrivna lastbilen sparar på både tid och energi. Anledningen till att totala kostnaden för dieseldrivna lastbilen skiljer sig mycket från den eldrivna lastbilen är hyreskostnaderna. Om den dieseldrivna lastbilen istället köptes in, kunde den totala kostnadsskillnaden reduceras.

Modelling and simulation of complex and multi-domain mechanical systems has become of major importance in the last few years to address energy and fuel consumption performance evaluation. The goal is to unify the available modelling languages aiming to improve scalability and easiness of handling complex multi-domain models. Modelica Modelling Language was born in 1997. It has three main features: object-oriented, equation based with non-causal design structure and multi-domain environment. This thesis aims to give an overview of using Modelica on Modelon Impact software to model and simulate a complete 3D wheel loader dynamic system. The project wants to show how the model has been developed focusing on each sub-system implementation. The 3D wheel loader model is designed following the top-down and bottom-up design approaches and focusing on the powertrain sub-system with the engine, transmission and driveline blocks. The combination of the two logics is used to smooth the modelling path and exploit all the benefits. For the simulation experiments, test rig models are implemented to verify the dynamics of individual sub-systems. The model is simulated giving a set of input signals and solving the dynamic equations using different numerical solvers and comparing the elapsed simulation time. The simulation results show that the Radau5ODE explicit solver achieves faster simulation with stable solution given by the variable step size parameter. However, more studies and specific background are needed to update the complexity of the model and compare it with the already existing one. / Modellering och simulering av komplexa mekaniska system med flera domäner har fått stor betydelse under de senaste åren för att utvärdera energi och bränsleförbrukning. Målet är att förena de tillgängliga modelleringsspråken för att förbättra skalbarheten och underlätta hanteringen av komplexa modeller med flera områden. Modelica-modelleringsspråket föddes 1997. Det har tre huvudfunktioner: objektorienterat, ekvationsbaserat med icke-kausal designstruktur och en miljö med flera områden. Syftet med denna avhandling är att ge en översikt över användningen av Modelica i programvaran Modelon Impact för att modellera och simulera ett komplett dynamiskt 3D-system för hjullastare. Projektet vill visa hur modellen har utvecklats med fokus på varje delsystems genomförande. 3D-modellen för hjullastaren har utformats enligt top-down och bottom-up principerna och fokuserar på delsystemet drivlina med motor, transmission och drivlina. Kombinationen av de två logikerna används för att jämna ut modelleringsvägen och utnyttja alla fördelar. För simuleringsförsöken har testriggmodeller införts för att kontrollera dynamiken hos enskilda delsystem. Modellen simuleras med en uppsättning insignaler och de dynamiska ekvationerna löses med hjälp av olika numeriska lösare, varefter den förflutna simuleringstiden jämförs. Simuleringsresultaten visar att den explicita lösaren Radau5ODE ger en snabbare simulering med en stabil lösning som ges av parametern variabel stegstorlek. Det behövs dock fler studier och mer specifik bakgrund för att uppdatera modellens komplexitet och jämföra den med redan existerande modeller.

Elektriska maskiner för utlastning av bergmassor under mark används främst inom gruvindustrin men även vid drivning av bergrum och tunnlar med konventionella metoder i övriga anläggningssektorn. Elektriska maskiner för kontinuerlig lastning är en typ av maskiner som främst används vid schaktning av bergmassor i trånga orter. Detta examensarbete undersöker hur elektriska maskiner för kontinuerlig lastning kan användas vid utlastning av bergmassor från drivningen av en planerad avloppstunnel i Stockholm och jämför detta med utlastning med hjälp av dieseldriven hjullastare. Jämförelsen görs mellan en specifik maskin och en specifik metod i respektive maskinkategori och med avseende på tidsåtgång, energiförbrukning, koldioxidutsläpp och kostnader vilka beräknas utifrån en vald delsträcka av avloppstunneln. Arbetet syftar även till att identifiera andra för- och nackdelar med respektive utlastningsmetod samt att skapa en grund för vidare kalkylering i anbudsskedet. Resultaten visar att den elektriska maskinen för kontinuerlig lastning har hög lastkapacitet jämfört med hjullastaren i de studerade metoderna. För att detta ska ge tidsvinster i utlastningen som helhet vid schaktning i trånga orter behöver man dock utarbeta en metodik där den höga lastkapaciteten tas till vara genom att minimera väntetiden mellan de transportfordon som ska lastas. Resultaten visar även att energiförbrukning och koldioxidutsläpp minskas genom användning av den elektriska maskinen för kontinuerlig lastning. Maskiner för kontinuerlig lastning minskar även kostnaden för energiförbrukning och kan minska tid och kostnader för drivning av tunneln genom att reducera antalet nischer för lastning och vändning. / Electrical machines for underground transportation of shot rock are mainly used in the mining industry but also in conventional tunneling using drilling and blasting techniques in the construction industry. Electrical machines for continuous loading are a type of machines that are mainly used for excavation of shot rock in narrow drifts. This degree project investigates how electrical machines for continuous loading can be used in excavation and transportation of shot rock from a planned waste water tunnel project in Stockholm, Sweden. It compares a method using an electrical machine with a method using a diesel powered wheel loader. The comparison is made between two specific machines using two specific loading methods with respect to time required, energy consumption, carbon dioxide emissions and costs. Calculations are made based on a selected section of the tunnel. The degree project also seeks to identify other advantages and disadvantages of each method and to create a basis for further calculations. The results show that the electrical machine for continuous loading has a high loading capacity compared to the wheel loader in the studied methods. For this to provide time savings in the excavation stage as a whole in narrow drifts, a methodology needs to be developed where the high loading capacity is taken advantage by minimizing waiting time between the vehicles to be loaded. The results also show that the energy consumption and carbon dioxide emissions can be reduced by using the electrical machine for continuous loading. Machines for continuous loading can also reduce the cost of energy and might reduce time and costs for the excavation of the tunnel as a whole by reducing the number of niches for loading and turnaround.

För att vara konkurrenskraftiga på marknaden tvingas företag utveckla nya strategier för produktutveckling, som kan anpassas till allt högre kundbehov. Syftet med detta arbete var att effektivisera produktutvecklingen för företag inom tillverkningsindustrin. Målet var att utveckla en effektiv arbetsprocess för produktutveckling samt att tillämpa processen på ett projekt, där ett helautomatiskt snabbfäste till mindre hjullastare skulle standardiseras till företaget OilQuick.Examensarbetet delades in i två delar. Den första delen behandlar skapandet av arbetsprocessen. Denna grundas i befintlig forskning och identifierades genom en litteraturstudie. Den andra delen behandlar tillämpning av arbetsprocessen på standardiseringen av snabbfästet till hjullastare. Data och kunskap till arbetet samlades in genom marknadsundersökningar, studiebesök, möten med kunder och Reverse Engineering. Kundkraven rangordnades med Best-worst metoden och översattes till tekniska produktegenskaper med Kvalitetshuset.Tre koncept genererades i Autodesk Inventor utifrån kraven och produktegenskaperna, samt datan som framkom av Reverse Engineering och marknadsundersökningen. Enligt kundkravet behövde det färdiga snabbfästet passa minst fyra olika hjullastarmodeller i viktklassen fem till åtta ton. Detta medförde att alla tre koncepten modulbaserades, både för att underlätta eventuella modifikationer mellan hjullastarmodellerna och för att minimera antalet detaljer som behövde modifieras. Alla tre konceptens redskapsgrindar hade standardiserade mått som passade de undersökta hjullastarmodeller. Det koncept som bäst uppfyllde kundkraven utvärderades med Fuzzy TOPSIS metoden. Det slutgiltiga konceptet justerades utifrån kundens önskemål innan det färdiga resultatet presenterades.Resultatet visade att arbetsprocessen var effektiv; Reverse Engineering och samarbetet med kunden gav en inblick i problematiken och förståelse för produkten, Best-worst metoden gjorde att rangordningen av kraven gick snabbt utan att minska på pålitligheten och Fuzzy TOPSIS metoden effektiviserade konceptvalet samtidigt som alla inblandades åsikter blev hörda. För att effektivisera produktutvecklingen ytterligare bör fler metoder undersökas alternativt utvecklas.Konceptförslagen som konstruerades påvisade att det är möjligt att standardisera gränssnittet mellan hjullastare och redskap. Genom modulärkonstruktion kunde snabbfästet anpassas till fyra olika hjullastarmodeller. Innan vidareutveckling av snabbfästet bör fler hjullastare mätas upp och studeras. / In order to be competitive in the market, companies are forced to develop new strategies that can be adapted to ever-increasing customer requirements. The purpose of the work was to streamline product development for companies in the manufacturing industry. The objective was to develop an efficient work process for product development and apply the process to a project where a standardized fully automatic quick coupler for smaller wheel loaders would be developed for the company OilQuick.The thesis was divided into two parts. The first part deals with the development of a work process based on existing research. The second part deals with the application of the work process. Data for the application was collected through market research, meetings with customers and Reverse Engineering. Customer requirements were ranked using the Best-worst method and translated into technical specifications using the method QFD (House of Quality).Three concepts were generated based on the resulting requirements from the QFD. According to the customer requirements, the quick coupler had to be compliant with at least four different wheel loader brands in the weight span from five to eight tons. This meant that all three concepts were based on modular design, both to facilitate modifications between the wheel loader brads and to minimize the number of details that needed to be modified. All three of the concept's attachment brackets had standardized dimensions that fitted all examined wheel loader models. To determine which concept that best met the customer requirements the Fuzzy TOPSIS method was used. The final concept was adjusted based on OilQuick's requirements before the finished result was presented.The results showed that the work process was efficient and reliable and that the developed concept proposal indicates that it is possible for the company to standardize the interface between wheel loaders and attachments. With modular design the quick coupler can be adapted to the wheel loader brands that were studied. To ensure that the quick coupler can be applied to a larger variety of wheel loaders, it is necessary to examine and take measurements of more wheel loader brands before further development.

Förbränning av fossila bränslen är den största orsaken till ökade växthusgasutsläpp i atmosfären som i sin tur ligger till grund för klimatförändringarna. Europeiska Unionen uttrycker klimatförändringarna som ett existentiellt hot och har som mål att Europa ska bli en klimatneutral kontinent till år 2050. Arbetsmaskiner, som vanligtvis drivs på diesel, är ett energikrävande fordonsslag vid användning som år 2016 stod för 6 % av Sveriges totala växthusgasutsläpp. Vätgas kan vara ett alternativt drivmedel till diesel eller andra fossila drivmedel för att minska de utsläpp som arbetsmaskiner ger upphov till. Syftet med studien är att uppmärksamma arbetsmaskiners roll i en omställning till vätgasdrift samt sprida kunskap om vad en omställning skulle innebära för dagens användare av arbetsmaskiner. Detta görs genom att belysa möjlig etablering i nutid av fem utvalda vätgasdrivna arbetsmaskiner samt gestalta dem i ett framtida vätgassamhälle. De arbetsmaskiner som inkluderas i studien är hjullastare, pistmaskin, sopmaskin, traktor och motviktstruck. Metoden består av en förenklad litteraturöversyn i kombination med personlig kommunikation samt en anpassning av verktyget Technology Readiness Level (TRL) i syfte att bedöma den tekniska mognaden. Resultatet visar att det i dagsläget finns etableringsmöjligheter i olika former för samtliga arbetsmaskiner i regionen baserat på TRL. Vätgasdrivna motviktstruckar och sopmaskiner är båda tillräckligt mogna tekniker för att etableras direkt på marknaden genom inköp. Vätgasdrivna hjullastare, traktorer och pistmaskiner är fortfarande under utveckling och kan därför etableras i regionen genom forskning och ytterligare utveckling eller först efter produktlansering på marknaden. De utvalda vätgasdrivna arbetsmaskinerna kan verka i ett framtida vätgassamhälle på liknande vis som motsvarande fossildrivna arbetsmaskiner gör idag med fördelar som mindre miljöpåverkan, vibrationer och buller som i sin tur medför mindre underhållsbehov med tillhörande kostnader. Resultatet visar att det finns möjligheter redan idag att påskynda en förändring, inte bara i Gävleborg utan i hela Sverige. De utvalda arbetsmaskinerna är verksamma inom branscher som motsvarar stora delar av det svenska näringslivet, en omställning till vätgasdrift kan därför ha en stor betydelse för en nationell reducering av växthusgasutsläpp. Det finns stor potential, särskilt för aktörer inom industrin, att upprätta egen vätgasproduktion och därmed bli självförsörjande på vätgas som drivmedel till arbetsmaskiner. Detta kan bli en av de radikala förändringar som enligt EU behövs för att uppnå målet om att åstadkomma klimatneutralitet år 2050. / Burning of fossil fuels is the biggest cause of increased greenhouse gas (GHG) emissions into the atmosphere, which in turn leads to climate change. The European Union expresses climate change as an existential threat and aims to make Europe a climate-neutral continent by 2050. Non-road machinery vehicles (NMV), which are usually powered by diesel, are an energy-intensive type of vehicle during usage that in 2016 accounted for 6% of Sweden's total GHG emissions. Hydrogen can be an alternative fuel to diesel or other fossil fuels in order to reduce the emissions that originate from NMVs. The aim of this study is to draw attention to the role of NMVs in a conversion to hydrogen operation and to spread knowledge about what a conversion would mean for today's users of work machines. This is done by highlighting possible establishment in the present of five selected hydrogen powered NMVs and illustrate them in a future hydrogen society. The NMVs included in the study are wheel loaders, snow groomers, street sweepers, tractors and counterbalanced forklifts. The method consists of a simplified literature review in combination with personal communication and an adaptation of the tool Technology Readiness Level (TRL) in order to assess technical maturity. The results show that there are establishment opportunities in the present in various forms for all NMVs in Gävleborg based on TRL. Hydrogen powered counterbalanced forklifts and street sweepers are both sufficiently mature technologies to be established directly in the market through purchasing. Hydrogen powered wheel loaders, tractors and snow groomers are still under development and can therefore be established in the region through research and further development or after product launch. The selected hydrogen powered NMVs can operate in a future hydrogen society similarly to fossil-fueled NMVs but with benefits such as less environmental impact, vibrations and noise which in turn entails less maintenance needs with associated costs. There are opportunities already today to accelerate a change, not only in Gävleborg but throughout Sweden. The selected NMVs are active in industries that correspond to large parts of the Swedish business community, a transition to hydrogen operation can therefore be of great importance for a national reduction of GHG emissions. There is great potential, especially for players in the industry, to establish their own hydrogen production and thereby become self-sufficient in hydrogen intended for NMVs. This could be one of the radical changes that, according to the EU, are needed to achieve the goal of accomplishing climate-neutrality by 2050.