This report has examined the possibilities of stiffening and strengthening a ground stabilization mast, in a way that a small production company can manufacture. The soil stabilization technique in question is Jet-Grouting also called injection drilling, which involves drilling to the desired depth and then letting high-pressure water jets mixed with filling mass to erode the surrounding soil mass and form pillars below the ground surface. The study intends to explore the possibility of placing a simplified model in the simulation program ANSYS that uses the finite element method (FEM) to obtain its results. The product development method described by Karl T. Ulrich and Steven D. Eppinger in the book "Product Design and Development" is then used to produce improvement proposals that will strengthen the mast. The purpose of this study was to identify the strength of a ground stabilization mast and then produce and present an improvement proposal, based on the rotation head that is now mounted on the ground stabilization mast. This rotary head is named "RH24X HP 67 TS" and is produced by Eurodrill, and it generates a maximum torque of 24 kNm. The simulations on the mast with the given torque resulted in the highest stress of 158 MPa to which the mast body was exposed to. With the design that the mast current design, it entails a 2.3 factor of safety, which is considered acceptable since the recommended factor of safety for this type of heavy machine is about 2 (Khan, et al., 2016). When the torque was increased to the limit of the mast, i.e., when the factor of safety is close to 1, it resulted in a maximum torque of 54 kNm. Mounting a rotary head with a torque of 54 kNm is therefore not recommended due to the low safety margin that it would entail. Market research has been done and the proposals presented in this study presents similar manufactures and series as of the current rotary head. The recommended rotary heads come from the Eurodrill X-series and are called "RH32X HP 67 TS" and it produces a maximum torque of 32 kNm, alternatively "RH 4300 HP 48 TSS" which produces a torque of 34 kNm. The improvement proposals presented in this report are developed by evaluating the results of the simulations performed and then identifying the weakest areas. Then, based on the product development method, generate a proposal that can stiffen and strengthen the ground stabilization mast. The improvement proposal on the cradle showed with the rotary head "RH24X HP 67 TS" a 4.8 factor of safety, compared to the current cradle which has a 2.6 factor of safety, it is almost a doubling in strength. A new design of trusses was presented and resulted in a 35% increase in rigidity without the need to add any new material. This means that by re-examining the structure of the truss you can strengthen and possibly check the rigidity of the mast, which among other things leads to better manoeuvrability without any real extra costs being needed. / Denna rapport har undersökt möjligheterna att styva och styrka upp en markstabiliseringsmast på ett sätt som ett mindre produktionsföretag klarar av att tillverka. Markstabiliseringstekniken i fråga är Jet-Grouting även kallad injiceringsborrning, som går ut på att man borrar till önskat djup för att sedan låta högtrycksvattenjetstrålar blandat med fyllnadsmassa erodera den kringliggande jordmassan och bilda pelare under markytan. Studien ämnar utforska möjligheten med att placera en förenklad modell i simuleringsprogrammet ANSYS som använder finit elementmetod (FEM) för att få fram sina resultat. Därefter används produktutvecklingsmetoden som beskrivs av Karl T. Ulrich och Steven D. Eppinger i boken ”Product Design and Development”, för att ta fram förbättringsförslag som ska styrka upp masten. Studien har haft som syfte att ta reda på hållfastheten hos en markstabiliseringsmast och sedan ta fram och presentera ett förbättringsförslag, utifrån det rotationshuvud som nu är monterat på markstabiliseringsmasten. Detta rotationshuvud har benämningen ”RH24X HP 67 TS” och är producerad av Eurodrill och genererar ett maximalt vridmoment på 24 kNm. Simuleringarna på masten med det givna vridmomentet resulterade i den högsta spänningen på 158 MPa som mastkroppen utsattes för. Med det utförande som masten är idag medför det en 2,3 säkerhetsfaktor, vilket är anses vara acceptabelt eftersom den rekommenderade säkerhetsfaktorn för denna typ av tungmaskin ligger på cirka 2 (Khan, et al., 2016). När man sedan ökade vridmomentet till mastens bristgräns, det vill säga när säkerhetsfaktorn tangerar 1, resulterade det i ett maximalt vridmoment på 54 kNm. Att montera ett rotationshuvud med ett vridmoment på 54 kNm är därför inte att rekommendera på grund av den låga säkerhetsmarginalen som det skulle innebära. Därför presenteras förslag på rotationshuvuden som masten kan klara av, genom en marknadsundersökning gjord på liknade tillverkare och serier som dagens rotationshuvud. De rotationshuvud som rekommenderas kommer från Eurodrill X-serie och heter ”RH32X HP 67 TS” och den producerar ett maximalt vridmoment på 32 kNm, alternativt ”RH 4300 HP 48 TSS” som producerar ett vridmoment på 34 kNm. Förbättringsförslagen som presenteras i denna rapport är framtagna genom att utvärdera resultaten av de utförda simuleringarna och sedan identifiera de svagaste områdena. Därefter genereras förslag utifrån produktutvecklingsmetoden som kan styva och stärka upp markstabiliseringsmasten. Förbättringsförslaget på släden visade med rotationshuvudet ”RH24X HP 67 TS” en 4,8 säkerhetsfaktor, jämfört med den nuvarande släden som har en 2,6 säkerhetsfaktor vilket är nästan en fördubbling i hållfasthet. En ny design av fackverk presenterades och resulterade i 35 % ökad styvhet utan att behöva addera något nytt material. Det innebär att man genom att ompröva fackverkets struktur kan stärka och eventuellt kontrollera mastens styvhet, vilket bland annat leder till bättre manövrerbarhet utan några egentliga extra kostnader behövs.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:mdh-53553 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Skog, Axel |
| Publisher | Mälardalens högskola, Akademin för innovation, design och teknik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | Swedish |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0033 seconds