Trolley R&D project for a small portal log yard crane

This master’s thesis was done for Andritz Inc. Atlanta Georgia. The purpose of the thesis was to develop a new trolley for a small portal log yard crane. In the beginning of the thesis the basic principles of the systematic design processes have been described, along which the design work of the trolley has proceeded. The second literature part consists of the design and dimensioning of the welded steel structures under fatigue loading. The design work of the trolley consists of the engineering and the selection of the mechanical components and the design of the load carrying structure for the trolley. The realization of the steel structure of the trolley is based on the fatigue and static dimensioning. The fatigue dimensioning is grounded in the life expectations estimated for the trolley and the static dimensioning is based on the CMAA guidelines. The computer aided element method was utilized in the design of the steel structure. The effective notch method and the hot spot method were used in the fatigue calculations. The trolley structure was carried out by using the sheet metal parts in order to manufacture the structure as effective and low cost way as possible. The corner stone of the dimensioning of the trolley structure was the utilization of the open profiles made of welded or cold formed sheet metals, which provide better weldability, weld inspection, access for repairs and corrosion protection. As a last part of the thesis a new trolley traveling system was developed. The distribution of the wheel loads of the trolley bogies on the main girder was also studied, which led to an innovative suspension arrangement between the trolley leg and the bogie. The new bogie solution increases the service life of the main girder of the crane and improves the stability of the bogies. The outcome of the thesis is an excellent trolley structure from the weight and the service life point of view.

Diplomityö on tehty Andritz Inc:lle Atlantaan. Diplomityön tarkoituksena oli suunnitella pienen puukenttänosturin nostovaunu. Työn alussa on käsitelty kirjallisuuden pohjalta systemaattisen koneensuunnitteluprosessin perusperiaatteita, joiden mukaan nostovaunun kehityö on edennyt. Työn toinen kirjallisuusosuus käsittelee hitsattuja väsytyksen alaisia teräsrakenteita sekä niiden mitoittamista. Nostovaunun suunnittelutyöhön kuului mekaanisten komponenttien suunnittelu ja valinta sekä kantavan teräsrakenteen suunnittelu. Teräsrakenteen toteutus perustuu väsymis- ja staattiseen mitoitukseen. Väsymismitoitus pohjautuu nostovaunun elinikäennusteisiin ja staattinen mitoitus CMAA nosturistandardin suosituksiin. Teräsrakenteen mitoituksessa hyödynnettiin tietokoneavusteista elementtimenetelmää. Väsymismitoitustyökaluina käytettiin tehollisen lovijännityksen menetelmää sekä hotspot –menetelmää. Nostovaunu suunniteltiin levyrakenteiseksi jolloin rakenteen yksittäisten osien muodot ja materiaalipaksuudet voitiin vapaasti valita ja optimoida, sekä valmistus maailman eri osissa on helpompaa, kun rakenne ei ole sidottu tietyn standardin mukaisiin valmisprofiileihin. Nostovaunurakenteen mitoituksen kulmakivenä oli levystä hitsattujen tai kylmämuovattujen avoprofiilien käyttö, jota sallii paremman hitsattavuuden, hitsien tarkistettavuuden, korjattavuuden sekä korroosiosuojattavuuden. Työn viimeisinä osuuksina kehitettiin uudenlainen pyörävetotapa nostovaunulle. Vetotavan yhteydessä pyöräkuormien jakaantumista nosturin pääkannattimelle tutkittiin, jonka pohjalta kehitettiin innovatiivinen nostovaunun kiinnitys teleihin. Uudenlainen teliratkaisu pidentää nosturin pääkannattimen elinikää sekä parantaa telien suuntavakautta. Työn tuloksena saavutettiin kevyt ja kestoiältään erinomainen rakenneratkaisu nostovaunulle.