<p>Syftet med detta examensarbete har varit att undersöka, vidareutveckla samt ta fram nya koncept som alternativ till den befintlig lösning för styrning av kopplingshylsor i en powershift-transmission. Vidare har trender inom transmissionsmekanismer undersökts.</p><p>Arbetet har bedrivits som en förstudie med framtagande av QFD, och kravspecifikation samt konceptgenerering med utvärdering av tänkbara koncept. Funktionsanalys uppfördes som stöd till idégenereringen som bedrivits med hjälp av brainstorming, brain-writing och morfologisk metodik.</p><p>Under arbetet med QFD:n uppenbarades en problematik som kan ge upphov till skevhet med faktorer som viktas på fel systemnivå. Som exempel kan inverkan på effektförluster och motorbelastning av mekanismens kraftsystem vara en källa till skevhet.</p><p>Resultatet mynnar ut i fyra koncept för styrning och kontroll av kopplingshylsor i en power shift-transmission. Tre av koncepten baseras på borstlösa DC (BLDC) motorer med mekanisk utväxling för val och förflyttning av kopplingshylsan. Det fjärde konceptet är en välbeprövad lösning där kopplingshylsan förflyttas med hjälp av hydraulkolvar tillika skiftaxel. Samtliga koncept medger icke-sekventiella växelval för optimering av prestanda och växlingskomfort.</p><p>Genomförd förstudie kring växelmekanismer talar för att elektriska motorer kommer att ersätta mindre hydrauliska system i framtiden. Såväl forskning som miljöaspekter och allmän teknikutveckling pekar mot detta.</p><p>Rekommendationer för fortsatt arbete med projektet innefattar djupare patentsökningar, detaljkonstruktion, simulering och validering, vilka är punkter som behöver ytterligare uppmärksamhet.</p>

No description available.

Syftet med detta examensarbete har varit att undersöka, vidareutveckla samt ta fram nya koncept som alternativ till den befintlig lösning för styrning av kopplingshylsor i en powershift-transmission. Vidare har trender inom transmissionsmekanismer undersökts. Arbetet har bedrivits som en förstudie med framtagande av QFD, och kravspecifikation samt konceptgenerering med utvärdering av tänkbara koncept. Funktionsanalys uppfördes som stöd till idégenereringen som bedrivits med hjälp av brainstorming, brain-writing och morfologisk metodik. Under arbetet med QFD:n uppenbarades en problematik som kan ge upphov till skevhet med faktorer som viktas på fel systemnivå. Som exempel kan inverkan på effektförluster och motorbelastning av mekanismens kraftsystem vara en källa till skevhet. Resultatet mynnar ut i fyra koncept för styrning och kontroll av kopplingshylsor i en power shift-transmission. Tre av koncepten baseras på borstlösa DC (BLDC) motorer med mekanisk utväxling för val och förflyttning av kopplingshylsan. Det fjärde konceptet är en välbeprövad lösning där kopplingshylsan förflyttas med hjälp av hydraulkolvar tillika skiftaxel. Samtliga koncept medger icke-sekventiella växelval för optimering av prestanda och växlingskomfort. Genomförd förstudie kring växelmekanismer talar för att elektriska motorer kommer att ersätta mindre hydrauliska system i framtiden. Såväl forskning som miljöaspekter och allmän teknikutveckling pekar mot detta. Rekommendationer för fortsatt arbete med projektet innefattar djupare patentsökningar, detaljkonstruktion, simulering och validering, vilka är punkter som behöver ytterligare uppmärksamhet.

No description available.

Projektbeskrivning: Bakgrund: Vid valsning av tunna band med hög hållfasthet används reversibla mångvalsarsverk. Kundkraven är höga vad gäller bandens planhet. Planheten kan styras genom de planhetsställdon som valsverket är utrustat med. Syfte: Förvärva kunskap om hur de olika ställdonen inverkar på planheten. Varje enskilt ställdons inverkan på planheten kan undersökas genom att genomföra en föreskriven förändring av ställdonets läge och därefter utvärdera planhetsförändringen som uppkom. Försöken utförs i ett 20-valsarsverk vid Sandvik Materials Technology i Sandviken. Mål: Förbättra den automatiska planhetsregleringen.

Cascade Drives specializes in high-performance electromechanical linear actuators (EMA). The company has developed a range of linear rack and pinion actuators based on a patented load distribution technique that allows multiple pinions to interact with a single gear rack. A project where one of their EMAs is to be implemented into an excavator boom is about to be initiated. It is suspected that extreme shock loads are present in such applications. The shock loads could potentially cause problems for the structural integrity of the gear train. This master thesis focused on defining requirements for an overload protection mechanism and identifying and evaluating possible solutions that could be implemented into the EMA to protect it from damage. At the start of the thesis, a pre-study had already been conducted. The author found that the forces present during shock loading warrant some protection strategy to be researched and implemented into the EMA. A comprehensive multibody dynamics model (MBD) of the EMA was developed in MSC Adams (View) to validate the result from the pre-study. The MBD model was later expanded to include a torsional stiffness model derived from physical tests and the flexibility of the excavator boom itself, which was extracted from flexible body simulations of the excavator boom assembly in Adams. The expanded MBD model simulations revealed that a protection mechanism was needed in the thought application. Three protection mechanisms/strategies were simulated and evaluated in the MBD environment. A slipping solution in the form of a friction clutch, a disconnecting solution in the form of an electromagnetic clutch, and an active solution in which the electric motor was controlled to produce maximum torque in the opposite direction of motion at the point of impact to dampen the loads through the gear train. Running the motor in reverse at impact proved to be an insufficient strategy. Even for an idealized motor that combined the maximum torque from the strongest motor and the rotational inertia from the lightest motor available for the EMA, simulations resulted in loads above the static load limit through the gear train. The friction clutch was shown to be plausible but inefficient. The slipping torque of a friction clutch had to be detuned way below the static load limit due to the delays in peak torque throughout the gear train, which meant that the overall actuating force of the actuator was severely hampered. The electromechanical disconnecting clutch was proved to be the most promising alternative. The disconnecting clutch completely disengages the upstream components from the downstream components in the drive train, meaning that the overall system performance remained unchanged. The response times needed depended on where the clutch was installed, from around 16ms if only the motor was disengaged up to 17ms if both the motor and the brake were disengaged. Further analysis of triggering strategies and response times has to be conducted to definitely decide if an electromagnetic clutch is a viable option. Still, the result from this thesis shows that it is a promising path. / Cascade Drives är specialiserade på högpresterande elektromekaniska linjära ställdon. Företaget har utvecklat en rad linjära ställdon av kuggstångskonfiguration som bygger på en patenterad lastfördelningsteknik som möjliggör för flera pinjonger att interagera med en enda kuggstång. Ett projekt där ett av deras ställdon ska implementeras i en grävmaskinsbom är på väg att inledas och man misstänker att det i en sådan applikation kan uppstå extrema chocklaster, vilka potentiellt kan orsaka stora skador på ställdonets drivlina. Detta examensarbete fokuserade på att kravställa och analysera ett överbelastningsskydd och att identifiera och utvärdera olika möjliga lösningar som kan implementeras i ställdonet för att skydda det från skador. En förstudie kring problemet har redan genomförts där författaren fann att de krafter som uppstår vid chocklaster motiverar att någon form av skyddsstrategi undersöks och implementeras i ställdonet. En omfattande multibody dynamics (MBD) modell av ställdonet utvecklades i MSC Adams (View) för att validera resultatet från förstudien. MBD-modellen utvidgades senare till att innefatta en torsionsflexmodell härledd från fysiska tester och även flexibiliteten hos själva grävmaskinbommen som extraherades från flexible body-simuleringar av grävmaskinens bomaggregat i Adams. Resultat från de utökade MBD-modellsimuleringarna visade att en skyddsmekanism behövs för att skydda drivlinan i ställdonet mot överlast i den tänkta grävmaskinsapplikationen. Tre olika skyddsmekanismer/strategier simulerades och utvärderades i MBD-miljön. En glidande lösning i form av en friktionskoppling, en frånkopplande lösning i form av en elektromagnetisk koppling, och en aktiv lösning där elmotorn reglerades till att producera maximalt vridmoment bakåt vid tidpunkten för kollisionen för att minska belastningarna i drivlinan. Att köra motorn bakåt vid kollision visade sig vara otillräckligt. Även för en idealiserad motor som kombinerade det maximala vridmomentet från den starkaste motorn som simulerades med rotationströgheten från den lättaste motorn som simulerades resulterade simuleringar i krafter genom drivlinan överstigande den statiska maxbelastningen. Friktionskopplingen visade sig vara en möjlig men ineffektiv lösning. Friktionskopplingens utlösningsmoment måste trimmas ner långt under den statiska maxbelastningen på grund av tiden det tar för maxbelastningen att propagera genom drivlinan. Detta innebar att ställdonets totala prestanda minskade rejält. Den frånkopplande elektromekaniska lösningen visade sig vara det mest lovande alternativet. Det faktum att den frånkopplande kopplingen helt kopplar bort komponenterna uppströms från komponenterna nedströms i drivlinan innebar att systemets prestanda förblev oförändrad. Svarstiderna som krävdes berodde på var kopplingen var installerad, från cirka 16ms om bara motorn skulle kopplas ur och upp till 17ms om både motorn och bromsen kopplades ur. Ytterligare analyser av utlösningsstrategier och svarstider måste genomföras för att definitivt avgöra om en elektrisk frånkopplande koppling är ett bra alternativ, men resultaten från denna avhandling visar att det är en lovande väg.

Målet med det här arbetet var att implementera och bygga ett komplett testsystem för reglering som efterfrågades av företaget Prevas AB i Karlstad. De önskade ett testsystem som reglerar en vattentemperatur som de kan använda på kontoret för att genomföra egna tester, analyser samt lära nyanställda medarbetare mer om automation. Testsystemet har även ett tillhörande HMI (Machine Human Interface) som användaren styr regleringen ifrån. Regleringen i testsystemet använder PID(Proportional–integral–derivative)-reglering och är inställd med lambdametoden. PID-reglering är den vanligaste använda metoden inom tillverkningsindustrin för reglering, men trots det är det många av dagens PID-regleringar som underpresterar. En anledning är slitage i mekaniska ställdonen som finns i processerna. För att utvärdera att testsystemet fungerar samt för att visa vad det kan användas till, har en mindre analys av ett mekaniskt ställdon genomförts, där antalet tillslag för ett ställdon i det byggda systemet undersökts. Testsystemet som byggdes uppfyller de krav som ställts från Prevas och de är nöjda med resultatet. Analysen som genomfördes visade att testsystemet fungerade och kan användas till den typen av test. Analysen i sig visade att simulationen som implementerats i testsystemet inte fungerade som den skulle och därmed är några testresultat ogiltiga. Rapporten presenterar hur ett testsystem för reglering kan implementeras och sedan vad det kan användas till.

In a world where development of new technology moves rapidly towards renewable energy resources, it is important to implement new technology for efficiency improvement on existing products. This is Cascade Drives ambition, to enable a shift from hydraulic usage in heavy vehicles to a solution that is completely electromechanical driven, to improve energy efficiency.  Currently, Cascade Drives are developing electromechanical linear actuators to replace hydraulic driven actuators in heavy vehicles such as forklifts, both for lifting and steering applications.  These actuators are designed with a rack and pinion setup where multiple pinions are placed on a single rack and by using a patented flexible solution, an otherwise overdetermined system can share the load evenly over the pinions. This significantly reduce the size of each pinion and the overall package.  This master thesis aims at investigating the power losses in this electromechanical actuator and implement a model in the loop (MIL) to predict the efficiency and how this alters for different speeds and loads applied on the actuator.  A model to predict the efficiency was implemented in Simulink software and two different verification tests on physical prototypes were conducted. The results showed that the predicted load dependent losses corresponded well to the measured values. The speed dependent losses proved harder to predict. / I en värld där utveckling av ny teknik rör sig snabbt mot förnybara energikällor är det viktigt att implementera ny teknik för effektivisering av befintliga produkter. Detta är Cascade Drives ambition, att möjliggöra en övergång från användandet av hydraulik i tunga applikationer till en lösning som är elektromekaniskt driven, för att förbättra energieffektiviteten.  För närvarande utvecklar Cascade Drives elektromekaniska ställdon för att ersätta hydrauliskt drivna ställdon i tunga fordon så som gaffeltruckar, både för lyft- och styrapplikationer.  Dessa ställdon är utformade med en rack- och kugghjulsuppsättning där flera kugghjul är i ingrepp med ett enda rack och genom att använda en patenterad flexibel lösning kan ett annars överbestämt system dela belastningen över alla kugghjul. Detta leder till att storleken på varje hjul kan minskas och även den totala storleken på produkten blir mindre.  Detta examensarbete syftar till att undersöka effektförlusterna i detta elektromekaniska ställdon och implementera en så kallad ”Model In the Loop” (MIL) för att förutsäga verkningsgraden och hur denna förändras för olika hastigheter och krafter som appliceras på ställdonet.  En modell för att prediktera verkningsgraden implementerades i Simulink programvara och två olika verifieringstester på fysiska prototyper genomfördes. Resultaten visade att prediktionen för de lastberoende förlusterna motsvarade de uppmätta värdena. De hastighetsberoende förlusterna visade sig svårare att förutsäga.

När ett ställdon får som krav att kunna överföra höga krafter i relativt höga hastigheter med en dessutom väldigt hög precision är elektromekaniska ställdon oftast att föredra. En traditionell pinjong-kuggstång-uppställning uppfyller vissa av de kraven, men om kraften ska ökas behövs det fler än ett pinjongpar. Begränsningar på tillverkningsprecisionen för dessa kugghjul gör att deras ansättning på kuggstången blir omöjlig för uppsättningar med fyra eller åtta pinjongpar eftersom ett sådant ställdon blir statiskt överbestämt och på grund av tillverkningstoleranser kan det bli svårt att erhålla jämn lastfördelning mellan pinjongerna. Därför utvecklade företaget Cascade Drives innovativa kugghjul (cdGear) med s.k. Flex Units som har en självinställningsfunktion i själva kugghjulen vilken tillgodogör för tillverkningstoleranser och spelet som ska undvikas. Flex Units består av bl.a. av gummielement som förutom att tillåta enstaka pinjongers rotation för inställning även har en mycket bra dämpningsförmåga, särskilt vad det gäller plötsliga stötlaster. Stötbelastningar förekommer ofta vid drift av arbetsmaskiner där Cascade Drives-ställdonet har hittat sin största användning. Plötsliga och höga stötbelastningar, som t.ex. när en grävmaskin kör in i ett gupp eller en snöröjare kör på en kantsten kan påverka maskinkomponenternas livslängd betydligt. Ett eventuellt maskinhaveri riskerar skador på både fordonet, föraren och omgivningen. Rapporten redogör för hur en teoretisk modell byggdes upp för att matematiskt beskriva dessa stötbelastningar och metoder som användes i datorprogrammet MATLAB för att beskriva det dynamiska förloppet i ställdonet under stötbelastningens inverkan. Ytterligare redogörs avgränsningar som görs på modellen och tills slut ges förslag på möjliga förbättringar för vidare arbete med modellen. Projektets syfte är inte att utvärdera hela Cascade Drives-ställdonet utan endast skapa en modell som kan tillämpas på alla möjliga scenarion av stötmoment. Rapporten innehåller några exempel på stötbelastningar och redogör för hur de påverkar olika kugghjul som ingår i ställdonet och hur det påverkar maskinen i sin helhet. För de scenarion som MATLAB-koden testades för noteras en mycket god dämpningsförmåga även vid förhållandevis höga laster (flera ton av last). Detta tack vore de patenterade flexenheterna och gummikutsarna, som kan dimensioneras och väljas för material beroende på tillämpningsområde och det tillåtna monteringsutrymmet i ställdonet. Denna modell baseras på dimensioner och materialdata tillförda av uppdragsgivaren för det aktuella ställdonet. Mer noggranna värden och en bättre kännedom om tillämpningsområdet skulle ge möjligheter för omdimensionering av flexenheterna och en mer optimal dämpnings- och momentöverföringsfunktion i ställdonet. / When requirements for an actuator include big momentum, fast transfer of the forces with a very high positioning precision, electro-mechanical actuators are often the constructor's first choice. A traditional rack-pinion setup answers to some of the requirements, but if the goal is to increase the forces which the rack undergoes, more than one pair of pinions is necessary. Production limitations, inevitable tolerances and gaps as a result make it almost impossible to have setups of four or eight pinion-pairs on one single rack because a such actuator would be statically overdetermined and out of manufacturing costs it can be difficult to procure equal load distribution between the pinions. Overcoming this challenge helped the company called Cascade Drives based in Stockholm, Sweden, to patent a new type of gear they call cdGear. CdGear give pinion the ability to position itself to the rack automatically, due to the rubber parts inside the gear that also work as shock load-absorbers for the whole actuator. Shock loads are very frequent in the type of work where these actuators found their biggest application. Heavy-duty machines are often exposed to sudden and high loads on their moving parts, i.e. when an excavator drives over a bump or a snow-plowing machine drives into a curbstone. The sudden impact on the working parts will cause a greater stress on the equipment, shorten its lifespan and a machine part's failure can even cause serious damage on workers, machine, and the environment. This thesis describes a theoretical model created for the purpose of calculating the effects of shock loads on the actuator based on the mathematical description of gear behaviour during the impact. It also includes the methods used to create a model in MATLAB that simulates the dynamical forces, model's limitations, and suggestions on how to improve its accuracy. This project does not aim to improve the overall performance of the Cascade Drives-actuator, but rather deliver a sufficient virtual model that works for the most shock load scenarios, that in the end will give the commissioner useful data and clues on how to improve their product. The thesis does include a few different shock load scenarios that prove the code's functionality and give answers to how some shock loads affect gears inside the actuator and performance of the machine itself. For the virtual tests done Cascade Drives-actuator performs very good in damping the shock loads, even when the loads reach a corresponding force of a few tons. CdGear and elasticity inside its rubber parts are the main reason why the actuator performs so well, and the rubber parts inside the gear can be changed in respect to the application and the mounting space allowed. The model described in the report includes dimensions and material's data provided by the commissioner for the actuator in question. More exact and relevant results can be acquired if the input values are more precise, and the area of usage is described in more detail. More optimal rubber parts inside the CdGear would result in a better performing actuator that besides being able to transfer huge torque also could absorb the inevitable shock loads in a very satisfactory manner.

Cascade Drives has developed an electromechanical linear actuator with a patented feature which allows for load sharing between multiple pinions interacting on the same rack. This arrangement has proven resilient for shock loads, and allows for compact gearbox designs with very high load rating. For the further development of the actuators, access to proper simulation models for various gearbox behaviours is important. One such behaviour is that of the gearbox efficiency. In 2020, a Simulink model for predicting the gearbox efficiency was produced. The aim of this thesis has been to verify the 2020-model using Romax, and also to continue the development of the Simulink model so that it can also handle gearbox acceleration and backdrive. The results from the Romax modelling were while not identical to the 2020 Simulink model results, close enough that the Simulink model could be considered verified through that method. The results from the new dynamic Simulink model were in the same order of magnitude as those of the other two models. To achieve an absolute accuracy for the models, efficiency testing on physical actuators should be executed. / Cascade Drives utvecklar en ny typ av elektromekaniska linjära ställdon. Ställdonen är elektromekaniska och följer konceptet med en kuggstång och pinjonger som drivs av en elektrisk motor. I själva växellådan finns patenterad teknik som tillåter att lasten från kuggstången fördelas jämnt mellan flera pinjonger utan att systemet överbestäms. Detta möjliggör kompakta växellådor till ställdonen som kan ta höga laster och dessutom fungerar utmärkt för chocklaster. I och med att det är helt ny teknik erfordras beräkningsmodeller så att växellådans beteende kan förutspås redan innan prototyper tillverkas. En beräkningsmodell för ställdonets statiska verkningsgrad utvecklades 2020 i Simulink. Detta arbete syftar till att genom Romax verifiera funktionaliteten av modellen från 2020. Dessutom utvecklades modellen vidare för att hantera de dynamiska lastfallen när ställdonet accelererar och drivs från last. Modelleringen Resultaten från modelleringen i Romax och de från den statiska Simulinkmodellen från 2020 var snarlika med en skillnad på ungefär ± 1 %. Graferna över växellådans verkningsgradsbeteende över varierande last och hastighet skiljde sig tillräckligt lite för att bedömningen skulle vara att den statiska modellen kan betraktas som verifierad av Romax. Även den nya dynamiska Simulinkmodellen genererade resultat som liknade de från de statiska Simulinkoch Romax modellerna. För att få en absolut precision på samtliga beräkningsmodeller rekommenderas att genomföra verkningsgradstester på fysiska prototyper för framtiden.