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.

Polymeeripinnoitteen aiheuttamat itseherätteiset värähtelyt nipillisessä telasysteemissä

Lukuisissa teollisuussovelluksissa materiaalien, kuten paperin ja teräslevyjen, muokkaamiseen käytettävät pyörivät nippitelat kärsivät aina erilaisten herätteiden synnyttämistä mekaanisista värähtelyistä, jotka voivat aiheuttaa virheitä valmistettaviin tuotteisiin. Tässä työssä tutkittiin viskoelastisia polymeerejä ja polymeeripinnoitteen nipilliseen telasysteemiin synnyttämiä haitallisia itseherätteisiä värähtelyjä. Työn polymeerejä käsittelevässä kirjallisuusosassa luotiin katsaus amorfisten polymeerien fysikaalisiin ominaisuuksiin. Kokeellisessa osuudessa tutkittiin tarkemmin kahden amorfisen telapinnoitepolymeerin termoreologisia ja mekaanisia ominaisuuksia suoritettujen DMTA-mittausten perusteella. Sovittamalla toisen polymeerin master-käyrään yleistetty lineaarisen standardiaineen malli saatiin selville polymeerin mekaaniset parametrit ja approksimaatio sen relaksaatiospektrille. Telapinnoitteen nipilliseen systeemiin synnyttämiä itseherätteisiä värähtelyjä ja niiden seurauksia tarkasteltiin kahdelle telalle ja polymeeripinnoitteelle kehitetyn analyyttisen mallin ja numeeristen laskujen avulla. Pinnoite mallinnettiin lineaarisen standardiaineen mukaisesti. Telasysteemin parametrit määritettiin DMTA-mittaustuloksista ja systeemiä vastaavasta koelaitteesta kokeellisella moodianalyysillä ja elementtimenetelmällä. Numeerisesta stabiilisuusanalyysistä ja liikeyhtälöiden integroinneista saadut tulokset kertovat telapinnoitteen aaltomaisista deformaatiomuodoista ja niiden synnyttämistä taajuusalueittain esiintyvistä epästabiileista värähtelyistä. Telasysteemi on epästabiili pinnoitedeformaatiokuvion systeemiin aiheuttaman herätevoiman taajuuden ollessa lähellä systeemin korkeampaa ominaistaajuutta. Numeerisista tuloksista voitiin ennustaa nopean ja hitaan barringin olemassaolo.

Segmentation of Industrial Customers – Case: Finnish Mechanical Engineering Companies

Segmentointi on perinteisesti ollut erityisesti kuluttajamarkkinoinnin työkalu, mutta siirtymä tuotteista palveluihin on lisännyt segmentointitarvetta myös teollisilla markkinoilla. Tämän tutkimuksen tavoite on löytää selkeästi toisistaan erottuvia asiakasryhmiä suomalaisen liikkeenjohdon konsultointiyritys Synocus Groupin tarjoaman case-materiaalin pohjalta. K-means-klusteroinnin avulla löydetään kolme potentiaalista markkinasegmenttiä perustuen siihen, mitkä tarjoamaelementit 105 valikoitua suomalaisen kone- ja metallituoteteollisuuden asiakasta ovat maininneet tärkeimmiksi. Ensimmäinen klusteri on hintatietoiset asiakkaat, jotka laskevat yksikkökohtaisia hintoja. Toinen klusteri koostuu huolto-orientoituneista asiakkaista, jotka laskevat tuntikustannuksia ja maksimoivat konekannan käyttötunteja. Tälle kohderyhmälle kannattaisi ehkä markkinoida teknisiä palveluja ja huoltosopimuksia. Kolmas klusteri on tuottavuussuuntautuneet asiakkaat, jotka ovat kiinnostuneita suorituskyvyn kehittämisestä ja laskevat tonnikohtaisia kustannuksia. He tavoittelevat alempia kokonaiskustannuksia lisääntyneen suorituskyvyn, pidemmän käyttöiän ja alempien huoltokustannusten kautta.

Self assessment report for international accreditation - Bachelor's and Master's degree programmes in Mechanical Engineering

Itsearviointiraportissa kuvataan Lappeenrannan teknillisen yliopiston konetekniikan kandidaatin ja diplomi-insinöörin tutkinto-ohjelmat opetussuunnitelman 2011-2012 mukaisesti. Itsearviointiraportti on tuotettu saksalaisen ASIIN-akkreditointiorganisaation raportointimallin mukaisesti.

Containment Measures in Adolescent Psychiatric Care - Focus on Mechanical Restrain

Rajoitetoimet, erityisesti sitominen, nuorisopsykiatrisessa hoitotyössä Tutkimuksen tavoitteena oli kuvata ja syventää tietoa rajoitetoimien, erityisesti sitomisen, käytöstä nuorisopsykiatrisessa vastentahtoisessa osastohoidossa. Tutkimuksen tavoitteena oli kuvata hoitajien, lääkäreiden ja potilaiden asenteita eri rajoittamiskeinoja kohtaan nuorisopsykiatrisessa osastohoidossa, kerätä tietoa yhden vuoden aikana tapahtuneiden sitomisten määrästä ja luonteesta sekä kuvata potilaiden kokemuksia sitomisesta nuorisopsykiatrisen osastohoidon aikana. Tutkimus tuottaa arvokasta tietoa korkeatasoisten sitomiskäytäntöjen kehittämiseen nuorisopsykiatrisessa osastohoidossa, sekä sitomisten määrää vähentämällä että sitomistapoja kehittämällä. Tavoitteena on parantaa sidottujen potilaiden kliinistä hoitoa. Tutkimusaineisto kerättiin suomalaisilla, pääkaupunkiseudulle sijoittuvilla, nuorisopsykiatrisilla osastoilla neljässä vaiheessa lokakuun 2009 ja huhtikuun 2012 välisenä aikana. Helsingin ja Uudenmaan sairaanhoitopiirin (HUS) nuorisopsykiatrian erikoisalan seitsemän suljetun osaston hoitohenkilökunta sekä lääkärit suhtautuivat myönteisesti rajoittamistoimenpiteisiin. Nuorisopsykiatriset potilaat suhtautuivat rajoittamistoimenpiteisiin kriittisemmin kuin henkilökunta. Nuoret suhtautuivat myönteisimmin tarvittaessa annettavaan lääkitykseen, ajoittaiseen tarkkailuun ja kulun rajoittamiseen. Vähiten hyväksytty menetelmä oli verkkosänky. Nuoret arvioivat sitomisen kolmen vähiten hyväksytyn menetelmän joukkoon. Sitomisen esiintyvyys ja pitkien sitomisten määrä olivat korkeita tutkimukseen valituissa yksiköissä. Useimmat sidotut nuoret tiesivät syyn sitomiseensa, suhtautuivat siihen ambivalentisti nähden siinä sekä hyötyä että haittaa, pitäen sitä kuitenkin rangaistuksena. Huolimatta tästä, suurin osa haastatelluista nuorista koki, että joissain tilanteissa sitomista tarvitaan nuorisopsykiatrisessa osastohoidossa. Nuorilla oli monia ehdotuksia, kuinka parantaa sitomista käytännön osastohoidossa. Tämä väitöskirja tuottaa uutta tietoa eri rajoittamistoimenpiteiden ja sitomisen toteuttamisesta nuorisopsykiatrisessa osastohoidossa. Käytännön hoitotyön parantamiseksi nuorisopsykiatrisilla osastoilla tarvitaan laaja-alaista ja syvälle luotaavaa koulutusta, jotta rajoittamis-toimenpiteiden määrää voidaan vähentää. Myös kriisitilanteiden hallintaan tarvitaan uusia keinoja. Tietoa, kuvausta toimenpiteistä ja tilanteiden käsittelyä jälkikäteen tulee tarjota ala-ikäiselle potilaalle hänen kehitystasonsa huomioiden. Sitomisten määrää tulee vähentää ja niiden kestoa lyhentää. Nuorten tulee olla aktiivisesti mukana kehittämässä aggression hallintamenetelmiä suomalaisessa nuorisopsykiatrisessa osastohoidossa.

Microstructural and environmental effects on the mechanical properties of porous particle-polymer composites

Papper kan anses vara ett av de mest använda materialen i det dagliga livet. Tidskrifter, tidningar, böcker och diverse förpackningar är några exempel på pappersbaserade produkter. Papperets egenskaper måste anpassas till användningsändamålet. En tidskrift kräver t.ex. hög ljushet, opacitet och en slät yta hos papperet, medan dessa egenskaper är mindre viktiga för en dagstidning. Allt tryckpapper behöver vissa mekaniska egenskaper för att tåla vidarebearbetning såsom kalandrering, tryckning och vikning. Man kan bestryka papper för att förbättra dess optiska egenskaper och tryckbarhetsegenskaper. Vid bestrykning appliceras en dispersion av mineralpigment och polymerbindemedel som ett tunt lager på papperets yta. Bestrykningsskiktet kan ses som ett komplext, poröst kompositmaterial som även bidrar till papperets mekaniska egenskaper och dess processerbarhet i diverse konverteringsoperationer. Kravet på framställning av förmånligt papper med tillräckliga styrkeegenskaper ställer allt högre krav på optimeringen av pappersbestrykningsskiktets egenskaper och produktionskostnader. Målet med detta arbete var att förstå sambandet mellan pigmentbestrykningsskiktets mikrostruktur och dess makroskopiska, mekaniska egenskaper. Resultaten visar att adhesionen i gränsytan mellan pigment och bindemedel är kritisk för bestrykningsskiktets förmåga att bära mekanisk belastning. Polära vätskor är vanliga i tryckfärger och kan, eftersom de påverkar syra/bas-interaktionerna mellan pigment och latexbindemedel, försvaga denna adhesion. Resultaten tyder på att ytstyrkan hos bestruket papper kan höjas genom användning av bifunktionella dispergeringsmedel för mineralpigment. Detta medför inbesparingar i pappersproduktionen eftersom mängden bindemedel, den dyraste komponenten i bestrykningsskiktet, kan minskas.

Magnesium hydroxide-based peroxide bleaching of high-brightness mechanical pulps

A high final brightness is desired in most paper and board products. This requires bleaching processes that are able to produce high-brightness pulps. Mechanical pulps are widely bleached for high brightness using alkaline hydrogen peroxide with traditional sodium hydroxide and sodium silicate as additives. With high doses however, peroxide bleaching causes high organic loads in the mill effluent and anionic trash carry-over to papermaking. To alleviate the problems that arise from the use of sodium-based additives in peroxide bleaching, interest in the use of alternative magnesium-based chemicals has increased. In this study, a new, technical high-purity magnesium hydroxide-based bleaching additive was evaluated on laboratory-scale, pilot-scale and mill-scale experiments and trials for its ability to produce a high brightness in peroxide bleaching without the known problems of sodium-based chemicals. The key findings of this study include: a high brightening potential of peroxide bleaching using the Mg(OH)2-based additive, significant reductions (40-70%) in all categories of environmental load, and cationic demand lowered by 60-70% in bleached pulp with no loss in strength properties or in sheet bulk. When used in TMP refiner bleaching, the Mg(OH)2-based additive resulted in savings in specific energy consumption and provided a good bleaching response.

Action of laccase on mechanical softwood pulps

Träfibrernas naturliga egenskaper begränsar deras användning i många tillämpningar. Träfibrernas egenskaper kan modifieras genom att binda nya komponenter med önskade egenskaper till fiberns yta. DI Stina Grönqvist bevisade i sin avhandling att nya funktionella grupper kan bindas till ligninhaltiga träfibrer genom att aktivera ytligninet med lackasenzym. Resultaten kan utnyttjas till att förbättra de traditionella träfibrernas och fiberprodukternas egenskaper samt att hitta nya tillämpningar för träfibrerna. ”Om träfibrerna t.ex. modifieras så att de blir vattenavstötande kan de modifierade träfibrerna användas istället för plast i förpackningar” berättar Stina Grönqvist. Syftet med denna avhandling var att undersöka effekterna av lackasenzym på TMP (termomekanisk massa) och dess fraktioner. I Finland tillverkas TMP av gran och massan innehåller rikligt med lignin. När ytligninet på träfibrernas yta modifieras med hjälp av oxiderande enzymer, såsom lackas, bildas reaktiva radikaler i ligninen på fibrernas ytor. De bildade radikalerna kan utnyttjas till att binda komponenter med nya egenskaper till fiberytan. För att kunna utnyttja den fulla potentialen av den lackasbaserade modifieringsmetoden behövs mera information om så väl de faktorer som påverkar bildningen av radikaler som om mekanismerna hur de nya komponenterna binds till fibrerna ___________________________________ Puukuitujen luontaiset ominaisuudet rajoittavat niiden hyödyntämistä joissakin sovelluksissa. Ominaisuuksia voidaan kuitenkin muuttaa liittämällä kuidun pintaan uusia yhdisteitä. DI Stina Grönqvist osoitti väitöstyössään, että uusia kuitujen ominaisuuksia muuttavia funktionaalisia yhdisteitä voidaan sitoa ligniinipitoisiin puukuituihin aktivoimalla kuitujen pinnan ligniiniä lakkaasi-entsyymillä. Tutkimuksen tuloksia voidaan hyödyntää ligniinipitoisten puukuitujen ominaisuuksien parantamiseen ja jopa täysin uusien ominaisuuksien kehittämiseen. ”Jos kuituja muutetaan vettä hylkiväksi sitomalla kuituihin vettä hylkiviä yhdisteitä entsyymien avulla, voidaan puukuituja käyttää korvaamaan muovia pakkauksissa”, kertoo Stina Grönqvist. Väitöstyön kohteena oli TMP-massan eli kuumahiertämällä valmistetun mekaanisen puumassojen ja niiden fraktioiden muokkaaminen lakkaasi-entsyymillä (TMP, Thermomechanical pulp). Suomalainen TMP-massa valmistetaan kuusesta ja siinä on runsaasti muokkaamatonta ligniiniä. Kun puukuidun pinnan ligniiniä muokataan hapettavilla entsyymeillä, muodostuu kuidun pintaan reaktiivisia radikaaleja. Syntyneiden radikaalien avulla kuituihin voidaan liittää yhdisteitä, jotka antavat kuidulle uusia ominaisuuksia. Menetelmän tarjoamien mahdollisuuksien hyödyntämiseksi tarvitaan tietoa kuidun radikalisointiin ja yhdisteiden liittämiseen vaikuttavista tekijöistä.

Comparison study of two competing models of an all mechanical power transmission system

A comparison between two competing models of an all mechanical power transmission system is studied by using Dymola –software as the simulation tool. This tool is compared with Matlab/ Simulink –software by using functionality, user-friendliness and price as comparison criteria. In this research we assume that the torque is balanceable and transmission ratios are calculated. Using kinematic connection sketches of the two transmission models, simulation models are built into the Dymola simulation environment. Models of transmission systems are modified according to simulation results to achieve a continuous variable transmission ratio. Simulation results are compared between the two transmission systems. The main features of Dymola and MATLAB/ Simulink are compared. Advantages and disadvantages of the two softwares are analyzed and compared.

Mechanical design and analysis of modular active magnetic bearing test rig

Tässä työssä on tutkittu modulaarisen aktiivimagneettilaakeroidun koelaitteen mekaanista suunnittelua ja analysointia. Suurnopeusroottorin suunnittelun teoria on esitelty. Lisäksi monia analyyttisiä mallinnusmenetelmiä mekaanisten kuormitusten mallintamiseksi on esitelty. Koska kyseessä on suurnopeussähkökone, roottoridynamiikka ja sen soveltuvuus suunnittelussa on esitelty. Magneettilaakerien rakenteeseen ja toimintaan on tutustuttu osana tätä työtä. Kirjallisuuskatsaus nykyisistä koelaitteista esimerkiksi komponenttien ominaisuuksien tunnistamiseen ja roottoridynamiikan tutkimuksiin on esitelty. Työn rajauksena on konseptisuunnittelu muunneltavalle magneettilaakeroidulle (AMB) koelaitteelle ja suunnitteluprosessin dokumentointi. Muunneltavuuteen päädyttiin, koska se mahdollistaa erilaisten komponenttiasetteluiden testaamisen erilaisille magneettilaakerikokoonpanoille ja roottoreille. Pääpaino tässä työssä on suurnopeus induktiokoneen roottorin suunnittelussa ja mallintamisessa. Modulaaristen toimilaitteiden kuten magneettilaakerien ja induktiosähkömoottorin rakenne on esitelty ja modulaarisen rakenteen käytettävyyden hyödyistä koelaitekäytössä on dokumentoitu. Analyyttisiä ja elementtimenetelmään perustuvia tutkimusmenetelmiä on käytetty tutkittaessa suunniteltua suurnopeusroottoria. Suunnittelun ja analysoinnin tulokset on esitelty ja verrattu keskenään eri mallinnusmenetelmien välillä. Lisäksi johtopäätökset sähkömagneettisten osien liittämisen monimutkaisuudesta ja vaatimuksista roottoriin ja toimilaitteisiin sekä mekaanisten että sähkömagneettisten ominaisuuksien optimoimiseksi on dokumentoitu.

Effect of ultrastructural features on mechanical properties of softwood fiber

The main objective of this study was to develop mathematical model capable to describe the effect of ultrastructural features on the longitudinal modulus of elasticity of softwood fiber. Another objective was to identify, based on ultrastructural features, a potential explanatory factor for the mechanical difference between Norway spruce and Scots pine fibers and to demonstrate its influence utilizing developed modelling tools. According to the literature, the main difference between the pine and spruce fibers is the pit structure, which is clearly different in these fibers. The spruce fiber contains a lot of tiny pits, whereas the pits of the pine fiber are larger and the total number of them is smaller. The effect of the pits on the longitudinal modulus of elasticity of fiber is studied with both the analytical and the numerical model. The results show that, although the spruce fiber seems to contain clearly more pits, larger pits appearing in the pine fiber turn out to have a stronger influence on the longitudinal modulus of elasticity of the fiber. The effect of local variation of microfibril angle which occurs near the pits seems to be minor. Moreover, the results suggest that spruce fibers may have higher ultimate strength due to the more uniform straining behavior.

Inventive design and product development of a mechanical element

The thesis is dedicated to enhancement and development of a Mechanism in Company X in order to increase its key parameters and approve its workability. Current Mechanism model is described in details. The basis of various analysis, models and theories that are reflecting the working process of the Mechanism are included in the thesis. According to these three directions of enhancements are chosen: from mechanical, tribological and conceptual points of view. As the result the list of improvements is presented. The new models of Mechanism are built. The efficiency and lifetime value are obtained in accordance with corresponding estimations. The comparative analysis confirms the necessity of conducted changes. Recommendations for the Company X specialists are represented in the thesis. Proposals for deeper research are also suggested.

Effect of heat input on the mechanical properties of welded joints in high strength steels

Experiments were carried out to determine the properties of the welded joints in 8mm thick high-strength steels produced by quenching and tempering and thermomechanical rolling with accelerated cooling (tensile strength 821–835 MPa). The dependence of the strength, elongation, hardness, impact energy and crack opening displacement on the heat input in the range 1.0–0.7 kJ mm21 was determined. The results show that the dependence of the strength of the welded joints decreases and that of the elongation increases. The heat input has only a slight effect on the impact energy and crack opening displacement in the heat-affected zone.