In this thesis a method for determining optimal dead space in an axial-type expander is developed. The axial-type expander in question is for use in a steam engine, a environmental friendly and fuel-agnostic alternative to the ICE-engine. Optimal dead space is of importance as an increase in the dead space lowers the efficiency of the engine, however, is needed to ensure operation of expander as the piston could otherwise collide with the expander chamber top surface. The model for determining the optimal dead space in this thesis is based on vectorial tolerance models used for kinematic assemblies, and include the effect of thermal expansion, clearances at joints, manufacturing tolerances and deformations. With resulting tolerances and safety factors, a safe position of the expansion chamber top surface can then be established by Monte Carlo analysis. With input of design variables and the effect from factors mentioned and their effect on the minimal safe distance is calculated using the model in this thesis. From numerical analysis, the factors having the most contribution on the dead space are concluded to be thermal expansion of piston and piston rod, dimensional manufacturing tolerances of piston and piston rod, clearance at ball joints, axial clearance at shaft and bending of Z-shaft. / I detta examensarbete har en metod för att bestämma det optimala avståndet mellan kolv och expansionskammarens högsta yta tagits fram. Axial-kolvmotorn avses för bruk i en ångmotor, ett miljövänligt alternativ till bensin och dieselmotorer som kan drivas med många drivmedel, t.ex. biomassa. Att bestämma detta optimala avstånd är viktigt eftersom en ökning i detta avstånd minskar motorns effektivitet. Dock behövs ett visst avstånd för att säkerställa att ingen kontakt mellan de två ytorna sker under drift. Modellen framtagen i detta examensarbete baserar sig på tolerans analys-modeller med vektorer som används för mekanismer under rörelse. I denna modell inkluderas effekten av termisk expansion, glapp i kontakt mellan komponenter, tillverkningstoleranser och deformationer på kolvens rörelse. Med hjälp av resulterande toleranser och säkerhetsfaktorer kan genom Monte Carlo simulationer ett optimalt avstånd mellan kolv och expansionkammaren bestämmas. Genom inmatning av designvariabler och undersökta effekter kunde genom numerisk analys konstateras att de viktigaste parametrarna att undersöka med störst effekt på axial-kolvmotorn var termisk expansion av kolv och kolvstång, dimensionella toleranser av kolv och kolvstång, glapp i kul-kontakter, axial rörelsefrihet vid kulled och böjning av Z-axel.

Skanska Grundläggning in Region Special wishes to gain an increased understanding of the extent to which it differs in the wear of percussion hammers and pilot drill crowns, depending on which driving medium is used in down-the-hole drilling, as well as logistical and economic aspects depending on the chosen method. Down-the-hole drilling means that the hammer works down in the borehole and forms one of the components at the far end of the drill string together with a drill bit. The blow of the hammer is created by air or water at high pressure. The piling method that is examined is drilled steel pipe piles, which means that a steel pipe pile is driven into the ground in step with the hammer and the drill bit's advancement. Once the desired depth has been reached, the drill string with the drill bit is pulled out of the casing and then the steel pipe pile is filled with concrete. The study aims to examine the products' lifespans and repair intervals from several different perspectives and set them against reality, as well as what the different methods have for differences regarding logistics and establishment. This is to create a basis for future decisions on the most suitable method of down-the-hole drilling. The beginning of the study consisted of qualitative preliminary interviews to identify and create a problem formulation that was dealt with via a literature study, five semi-structured interviews, eleven questionnaires, internal data from drilling protocols and purchasing. The result shows that there is some difference in wear in the hammer depending on whether it is an air or water powered system, the wear appears in different places and can have an impact on the life of the hammer. The wear that occurs most frequently on drill bit is grinding on the buttons. Geotechnical differences for various projects are a significant factor in the service life of the equipment. An air hammer requires that the air constantly being mixed with lubricating oil and that an air compressor consumes more diesel compared to a high-pressure pump for the equivalent water hammer. The handling of water that is flushed out of the borehole is considered a concern. To reduce wear on water hammers and thus fewer replacements and more repairs, a drill bit intended for water powered down-the-hole hammer should be used. DTH-drilling with an air hammer is considered an industry standard and a certain skepticism towards a water powered system may indicate inexperience. / Skanska Grundläggning inom Region Special önskar att få en ökad förståelse hur vida det skiljer sig vid slitage av hammare och pilotborrkrona beroende på vilket drivande medium som nyttjas vid sänkhammarborrning, samt logistiska och ekonomiska aspekter beroende på vald metod. Sänkhammarborrning innebär att hammaren arbetar nere i borrhålet och utgör en av komponenterna längst ut på borrsträngen tillsammans med en borrkrona. Hammarens slag skapas av luft eller vatten i högt tryck. Pålningsmetoden som undersöks är borrade stålrörspålar, det betyder att ett foderrör drivs ned i marken i takt med hammaren och borrkronans framfart. Väl när önskat djup uppnåtts lyfts borrsträngen med hammaren och piloten upp ur foderröret för att sedan fyllas upp med betong. Studien syftar till att undersöka produkternas livslängder och reparationsintervall från flera olika perspektiv och ställa dem emot verkligheten, samt vad dem olika metoderna har för olikheter kring logistik och etablering. Detta är för att skapa underlag för framtida beslut om mest lämplig metod av sänkhammarborrning. Studiens begynnelse bestod av kvalitativa förintervjuer för att identifiera och skapa en problemformulering som avhandlades via en litteraturstudie, fem semistrukturerade intervjuer, elva frågeformulär, interna data från borrningsprotokoll och inköp. Resultatet visar att det förekommer viss skillnad i slitage i hammaren beroende på om det är en luft- eller vattenanläggning, slitaget visar sig på olika ställen och kan ha betydelse för hammarens livslängd. Det slitage som uppträder mest frekvent på piloter är nedslipning av stift. Geotekniska egenskaper för olika projekt utgör en betydande faktor för utrustningens livslängd. En lufthammare är i behov av att luften konstant beblandas smörjolja och att en luftkompressor förbrukar mer diesel jämfört med en högtryckspump för motsvarande vattenhammare. Efterhanteringen av vatten som spolas upp anses vara ett bekymmer. För att minska slitage på vattenhammare och därmed färre byten och mer reparationer bör en pilotborrkrona avsedd för vattendriven sänkhammarborrning nyttjas. Sänkhammarborrning med lufthammare anses som branschstandard och en viss skepticism mot en vattendriven anläggning kan tyda på oerfarenhet.

Denna rapport redogör framtagningen av en beräkningsmodell för slagtider av pneumatiska cylindrar och manöverdon. Slagtiderna för ett manöverdon kan bestämmas genom experimentella tester. För att underlätta och minska tiden som krävs i samband med testerna skapas en beräkningsmodell som presenterar teoretiska värden för slagtiderna. Denna beräkningsmodell stämmer kvalitativt överens med de experimentella tester som också genomförs i detta arbete. Testerna genomförs först på en enkel pneumatisk cylinder vilket bidrar till kunskaper om slagkarakteristik och slagtider. Denna kunskap är till hjälp för utveckling av beräkningsmodellen. Under testerna mäts bland annat slagtid, kammartryck och kolvens förflyttning vid en mängd olika driftförhållanden. Testerna visar att en av de mest kritiska parametrarna för beräkningsmodellen är C-värdet, en parameter som beskriver flödeskarakteristiken för pneumatiska komponenter. För att få beräkningsmodellen att fungera väl behöver ett så korrekt C-värde som möjligt användas. Beräkningsmetodiken består i stora drag av samband för fyllning och tömning av pneumatiska volymer samt tryckförändringar i cylinderkamrarna vid kompression och expansion. Med en kombination av dessa ekvationer är det möjligt att beräkna slagtiden. Eftersom beräkningsmodellen vill hållas relativt enkel görs ett antal antaganden om systemets parametrar. Dessa antaganden utvärderas efter deras påverkan på slagtiden. Validering mot experimentella resultat visar att beräkningsmodellen generellt fungerar bättre vid höga matningstryck och kritiska flöden. När matningstrycket är lågt och underkritiska flöden erhålls påverkas slagtiden av många fler parametrar, vilket gör att beräkningsmodellen får något sämre precision. Detta resultat är inte helt oväntat eftersom sambandet för kritiskt flöde är relativt enkelt. / This thesis work describes the development of a calculation model for stroke times of pneumatic cylinders and actuators. The stroke time of an actuator can be determined by experimental tests. To facilitate and reduce the time required in connection with the tests, a calculation model is created which presents theoretical values of the stroke time. This calculation model is qualitatively consistent with the experimental tests carried out in this work. The tests are first carried out on a simple pneumatic cylinder, which contributes to knowledge of stroke characteristics and stroke times. This knowledge is helpful for the development of the calculation model. During the tests the stroke time, chamber pressure and piston movement are measured in a variety of operating conditions. The tests show that one of the most critical parameters for the calculation model is the C value, a parameter that describes the flow characteristics of pneumatic components. To make the calculation model reliable, a reasonable C value need to be used. The calculation method consists largely of equations for filling and emptying of pneumatic volumes as well as pressure changes in the cylinder chambers during compression and expansion. With a combination of these equations it is possible to calculate the stroke time. Since the calculation model wants to be kept relatively simple, several assumptions are made about parameters in the system. These assumptions are evaluated according to their potential and impact on the stroke time. Validation experiments show that the calculation model generally works better at high supply pressures and critical flows. When the supply pressure is low and subcritical flow are obtained, the stroke time is affected by many more parameters, which lower the precision of the calculation model. This result is not entirely unexpected since the critical flow equations are relatively simple.