Multibody Simulation Model of the Roller Test Rig

Multibody simulation model of the roller test rig is presented in this work. The roller test rig consists of a paper machine’s tube roll supported with a hard bearing type balancing machine. The simulation model includes non-idealities that are measured from the physical structure. These non-idealities are the shell thickness variation of the roll and roundness errors of the shafts of the roll. These kinds of non-idealities are harmful since they can cause subharmonic resonances of the rotor system. In this case, the natural vibration mode of the rotor is excited when the rotation speed is a fraction of the natural frequency of the system. With the simulation model, the half critical resonance is studied in detail and a sensitivity analysis is performed by simulating several analyses with slightly different input parameters. The model is verified by comparing the simulation results with those obtained by measuring the real structure. Comparison shows that good accuracy is achieved, since equivalent responses are achieved within the error limit of the input parameters.

Dynamic Analysis Model of Spherical Roller Bearings with Defects

Rolling element bearings are essential components of rotating machinery. The spherical roller bearing (SRB) is one variant seeing increasing use, because it is self-aligning and can support high loads. It is becoming increasingly important to understand how the SRB responds dynamically under a variety of conditions. This doctoral dissertation introduces a computationally efficient, three-degree-of-freedom, SRB model that was developed to predict the transient dynamic behaviors of a rotor-SRB system. In the model, bearing forces and deflections were calculated as a function of contact deformation and bearing geometry parameters according to nonlinear Hertzian contact theory. The results reveal how some of the more important parameters; such as diametral clearance, the number of rollers, and osculation number; influence ultimate bearing performance. Distributed defects, such as the waviness of the inner and outer ring, and localized defects, such as inner and outer ring defects, are taken into consideration in the proposed model. Simulation results were verified with results obtained by applying the formula for the spherical roller bearing radial deflection and the commercial bearing analysis software. Following model verification, a numerical simulation was carried out successfully for a full rotor-bearing system to demonstrate the application of this newly developed SRB model in a typical real world analysis. Accuracy of the model was verified by comparing measured to predicted behaviors for equivalent systems.

Virtuaaliprototyypin käyttö roottorin dynamiikan analysoinnissa

Työn tavoitteena oli selvittää kaupallisen dynamiikansimulointiohjelmiston soveltuvuus roottoridynamiikan analysointiin. Työssä keskityttiin erityisesti roottorin dynamiikkaan vaikuttavien epäideaalisuuksien mallintamiseen. Simulointitulosten tarkkuutta selvitettiin mittauksilla. Lisäksi vertailtiin yleiskäyttöisen dynamiikan simulointiohjelmiston ja roottoridynamiikan erikoisohjelmiston teoriaa. Tutkittava roottori oli paperikoneen putkitela. Telan joustavuus kuvattiin elementtimenetelmällä ratkaistujen moodien avulla. Elementtimallissa huomioitiin telan vaipan seinämänpaksuusvaihtelu, joka vaikuttaa telan massa- ja jäykkyysjakaumaan. Dynamiikkaohjelmistossa mallinnettiin telan tuennasta tulevat herätteet. Dynamiikkaohjelmistona käytettiin ADAMS:ia ja FEM-ohjelmana ANSYS:stä. Tuloksista havaittiin käytetyn menetelmän soveltuvan roottoridynamiikan analysointiin ja roottorin epäideaalisuuksien mallintamiseen. Simulointimallilla saatiin esille murtolukukriittiset pyörimisnopeudet ja telan kriittinen pyörimisnopeus vastasi hyvin mittaustuloksia.

Moottoriajoneuvon suorituskyvyn mittausjärjestelmä

Työn tarkoituksena oli toteuttaa moottoriajoneuvon suorituskyvyn mittaukseen käytettävä järjestelmä. Järjestelmä koostuu sylinterin muotoisesta rullasta ja tiedonkeruujärjestelmästä. Rullaa, jonka hitausmomentti tunnetaan kiihdytetään ajoneuvon vetopyörien välityksellä ja mitatuista arvoista lasketaan teho ja vääntömomenttiarvot moottorin kierrosluvun funktiona. Tiedonkeruu tapahtuu PC-mikrotietokoneen avulla, johon on liitetty tiedonkeruukortti. PC-mikrotietokone muodostaa käyttöliittymän, jonka avulla saadut tulokset esitetään kuvaajien avulla käyttäjälle. Käyttöliittymän avulla suoritetaan myös tulosten talletus ja raportin tulostus. Teoriaosassa tarkastellaan suorituskyvyn mittaamiseen käytettyjä menetelmiä ja laitteistoja, sekä tiedonkeruujärjestelmän rakennetta ja sen valintaan vaikuttavia tekijöitä. Käytännön osassa suunnitellaan muokkainkortti, jonka avulla erilaisilta antureilta saadut signaalit voidaan sovittaa tiedonkeruukortin tuloalueelle sopiviksi. Myös käyttöliittymän toimintaa ja sen rakentamiseen käytettyjä työkaluja tarkastellaan.

Viilukuivurin suunnittelu kuivaustehon ja -laadun parantamiseksi

Työn tarkoitus tutkia viilukuivurin ilmankiertoa. Tietojen pohjalta suunnitellaan alustava 6-kerroskuivuri. Lisäksi diplomityössä tutkitaan erilaisten kuivausparametrien vaikutusta kuivaustapahtumaan. Viilunkuivauksessa on tärkeää tasainen kuivaustulos. Kuivaustapahtumaan vaikuttavat monet parametrit, joista yksi tärkeimmistä on kuivausilman nopeus suuttimissa. Kun viilukuivurin kuivausilman kierto on tasapainossa, saadaan kuivurin jokaisen kerroksen suutinnopeus yhtäläiseksi. Työ tarkastelee kuivurin kennon eri osien: puhaltimen, patterin, kanavien ja suutinlaatikoiden vaikutusta kuivausilman virtaamiin. Tietojen perusteella on tarkoitus optimoida kuivausolosuhteet kennon eri osissa. Teorian lisäksi työssä on tarkasteltu erilaisten virtausmallien avulla kuivausilman kiertoa kennossa. Eri kuivausparametrien vaikutusta on tutkittu viilun kuivumista simuloivalla ohjelmalla. Kuivurin konstruktion kuormituskestävyyttä on arvioitu FEM-malleilla. Lopputuloksena on saatu alustava malli VTS6x6200 kuivurille.

Päällystyskoneiden runkojen värähtelyiden FE-analysoinnin kehittäminen

Työssä kehitettiin päällystyskoneen runkojen FE-analysointia erityisesti vastelaskennan kannalta, joskin myös ominaistaajuuslaskennan tarkentamiseksi esitettiin parannuksia. Työssä rajoitutaan harmonisten telaherätteiden aiheuttamien vasteiden analysointiin. . Työssä käsitellään värähtelyjen teoriaa ja tarkastellaan Abaqus-ohjelmiston (versio 5.8) laskentamenetelmiä vakiotilan värähtelyvasteen laskemiseksi. FEM-mallin rakenteeseen liittyen käsitellään perustuksien ja maaperän, konepalkin ja telaherätteiden mallintamista ja mallinnuksen laajuutta. Telaherätteitä käsitellään yksittäisen telan ja telojen samanvaiheisuuden kannalta. Samanvaiheisuutta tutkitaan työssä kehitetyllä summafunktiolla. Värähtelyjen mittaukseen FEM-mallien verifioimiseksi esitetään parannuksia. Nykyinen mallinnustapa käsitellään lyhyesti. Parannusehdotuksia kokeiltiin mallintamalla Rauma 400-päällystyskone ja vertaamalla tuloksia mitattuihin. Laskennan tulokset vastasivat vaihtelevasti mittaustuloksia, mittaustulosten puutteellisuus vaikeutti vertailua. Tulosten perusteella herätetiedon parantaminen on perusteltua ja mallin laajennus lisää todenmukaisuutta. Maaperän huomiointi vaikuttaa ennen kaikkea ominaistaajuuksiin ja muotoihin ja suora ratkaisutapa on käyttökelpoinen vasteen laskentamenetelmä otettaessa maaperä huomioon.

Rullakuljettimen mallinnuksen automatisointi

Tämä diplomityö käsittelee erään rullakuljettia valmistavan yrityksen suunniteluprosessin tehostamista suunnitteluautomaatilla. Diplomityön tavoitteena oli parametrisoida asiakkaan 3D-tuotemalli ja luoda erillinen käyttöliittymä, jolla mallia voidaan määrätyissä rajoissa varioida. Diplomityön tuloksena syntyi toimiva Microsoft Excelilla toteutettu suunnitteluautomaatti, jolla voitiin varioida SolidWorksilla luotua tuotemallia. Suunnitteluautomaatti päivitti mallin lisäksi myös tuotteen valmistuspiirustukset ja komponenttien valmistukseen käytettävät työstökoneiden ohjaustiedostot. Automaatin käyttö lyhensi tuotteen variointiin kuluvaa aikaa alkuperäisestä yhdestä työviikosta kahteen tuntiin, poisti suunnitteluvirheet lähes kokonaan ja vähensi yrityksen rutiinisuunnitteluun käyttämää työaikaa.

Designing a new type of support for rotary kilns

Lime kiln is used as a part of the modern kraft pulp process in order to produce burnt lime from lime mud. This rotating kiln is supported by support rollers, which are traditionally supported by journal bearings. Since the continuous growth in the production of pulp mills requires larger lime kilns, the traditional bearing construction has become unreliable. The main problem especially involves the running-in phase of the bearings. In the present thesis, a new type of support roller was developed by using the systematic approach of machine design. Structural analysis was conducted on the critical parts of the selected structure by the finite element method. The operation of hydrodynamic bearings was examined by analytical methods. As a result of this work, a new type of support for rotating kilns was designed, which is more reliable and easier to service. A new support roller geometry is described, which pro¬vides for significant cost savings.

Syrjäytystilavuuspumpun toiminnallisen välyksen säätömekanismin kehitys

Syrjäytystilavuuspumppua käytetään kuluttavien, syövyttävien, jähmeiden ja kiteytyvien väliaineiden pumppaukseen. Sähkömoottorin pyörittämä akseli puristaa rullan välityksellä letkun tiiviisti rungon sisäpintaa vasten työntäen samalla väliainetta edellään kulkiessaan letkua pitkin. Puristuksen jälkeen letku palautuu pyöreään muotoonsa muodostaen alipaineen pumpun imupuolelle. Nykyisen konstruktion iskunsäätö on toteutettu ruuvi-epäkeskomekanismilla, jolle haetaan vaihtoehtoja. Tässä työssä on tavoitteena kehittää syrjäytystilavuuspumpun iskunsäätömekanismista nykyistä konstruktiota yksinkertaisempi ja halvempi vaihtoehto. Työssä ideoidaan koneensuunnittelun perinteisin keinoin uusia ratkaisuvaihtoehtoja, joista kaksi valitaan jatkokehitykseen. Näistä kahdesta valitaan nykyiseen konstruktioon tehdyn vertailun jälkeen toinen lopulliseksi vaihtoehdoksi.

Puulevystä valmistettujen kalusteosien pintakäsittelyn kehittäminen UV-telalinjalla

Diplomityö tehtiin Kidex Oy:lle, joka on Kiteellä sijaitseva Martela-konsernin tytäryhtiö. Kidex Oy toimii sopimusvalmistajana Martelalle sekä muille valituille levykalusteasiakkaille, ja tuotteet ovat pääasiassa toimisto- ja keittiökalusteita. Kevättalvella 2008 yritykseen siirrettiin Nummelasta pintakäsittelyosasto, jolla on tehty petsaus- ja lakkaustöitä. Näiden lisäksi tehtaalla on pohdittu mahdollisuuksia maalaustöihin, jotta UV-telalinjan kapasiteetti saataisiin paremmin käyttöön Työssä selvitettiin, mitä muutoksia UV-kovettuvilla aineilla maalaaminen vaatii linjaan ja luotiin edellytykset maalaustoiminnan aloittamiselle. Muutokset pyrittiin pitämään niin vähäisinä kuin mahdollista. Lisäksi määritettiin maalattavien tuotteiden laadun kriteerit ja todennusmenetelmät, jotka voidaan viestiä asiakkaille väärinkäsitysten välttämiseksi. Laadun todentamista varten valmistettiin sarja koekappaleita, joista mitattiin asiakkaan kannalta tärkeimmät maalikalvon ominaisuudet. Työssä tarkasteltiin myös pintakäsittelylaitoksia koskevaa VOC-asetusta ja verrattiin liuottimien kulutusta asetuksen määrittämiin rajoihin. Puulevystä valmistettujen kalusteosien pintakäsittely UV-telalinjalla eroaa oleellisesti perinteisistä menetelmistä esimerkiksi tuotantonopeuden osalta, joka johtuu pääasiassa pinnoitekalvon hetkessä tapahtuvasta kovettumisesta UV-valon vaikutuksesta. UV-aineet ovat käytännössä täysin kiinteistä aineista koostuvia, eivätkä näin sisällä vaarallisia haihtuvia liuottimia. UV-kovettuvilla tuotteilla maalaaminen on viime vuosina runsaasti tutkittu alue, joka eroaa tietyiltä osin myös pintakäsittelystä UV-kirkaslakoilla. Pigmentoitujen kalvojen kovettuminen vaatii erilaista UV-säteilyä ja levitysmäärien seuranta on huomattavasti tarkempaa.

Dynamic interplay between the intermediate filament protein nestin and Cyclin-dependent kinase 5

Cellen har ett s.k. cytoskelett som bl.a. ger stadga åt cellen och deltar i dess form- och rörelsefunktioner. Intermediärfilamenten är en viktig del av cytoskelettet och de har länge varit kända för sina väsentliga roller i att upprätthålla den cellulära organisationen och vävnadernas integritet. På senare år har man insett att intermediärfilamenten har en större funktionell mångsidighet än man tidigare tänkts sig, i och med att en rad olika studier har visat betydelsen av intermediärfilamenten vid olika signaleringprocesser. Dessa proteinnätverk samverkar nämligen med kinaser och andra viktiga signalfaktorer och deltar därmed i cellens signaleringmaskineri. Intermediärfilamentproteinet nestin används ofta som en markör för stamceller men dess fysiologiska funktioner är i stort sett okända. Interaktion mellan nestin och ett signalkomplex bestående av cyklin-beroende kinas 5 (eng. Cyclin-dependent kinase, Cdk5) och dess aktivatorprotein p35 upptäcktes i vårt laboratorium före denna avhandling påbörjades. Därför var syftet med min avhandling att undersöka den funktionella betydelsen av nestin i regleringen av Cdk5/p35 komplexet. Cdk5 är ett multifunktionellt kinas som reglerar både utvecklingen och stressreaktioner i nerver och muskler. Vi visade att nestin skyddar neuronala stamceller under oxidativ stress genom dess förmåga att hämma Cdk5s skadliga aktivitet. Genom att förankra Cdk5/p35 komplexet, reglerar nestin den subcellulära lokaliseringen av Cdk5/p35 och minskar klyvningen av p35 till den mer stabila aktivatorn p25. Vi demonstrerade också aktiveringsmekanismen för Cdk5 under differentiering av muskelceller. Proteinkinas C zeta (PKCzeta) avslöjades ha en förmåga att accelera klyvningen av p35 till p25, och därmed öka aktiviteten hos Cdk5. Nestin kunde genom sin förmåga att reglera Cdk5 signalkomplexet styra muskelcellernas differentiering. Denna doktorsavhandling har på ett avgörande vis ökat förståelsen av de reglerande mekanismer som styr Cdk5 aktivering. Avhandling presenterar nestin och PKCzeta som kritiska faktorer i denna reglering. Vidare innehåller avhandlingen ny information om de cellulära funktionerna hos nestin som vi har visat vara en viktig reglerare av cellernas överlevnad och differentiering.

Från kåk till kulturarv : en etnologisk studie av omvärderingen av historiska trästadsområden i Karleby och Ekenäs

I avhandlingen granskar jag hur två historiska trähusmiljöer, Neristan i Karleby och Gamla stan i Ekenäs, ändras till sina inre strukturer och till sin yttre karaktär under 1900-talets senare hälft. Utvecklingen har undersökts genom begreppet gentrifiering som betecknar en fysisk och socioekonomisk förändring av områdena och genom en betoning av den så kallade kulturarvsprocessen som fått områdena att framstå som kulturarv. Avhandlingen är indelad dels i en mer allmän del där den allmänna stadsutvecklingen under efterkrigstiden beskrivs, dels i en mer individanknuten del där personliga upplevelser och uppfattningar om processerna behandlas. Diskussion förs även i dialog med ett omfattande pressmaterial som ger oss en samtidsbeskrivning av den föränderliga staden. I avhandlingen betraktas gentrifierings- och kulturarvsprocesserna därmed ur olika synvinklar främst tematiskt och via olika källor men även kronologiskt från tiden efter andra världskriget till början av det nya millenniet. En av de mest synliga förändringarna har skett i trähusområdenas fysiska gestaltning då hus, gårdar och gatumiljöer har rustats upp och polerats. Det är främst invånarna som stått för den fysiska upprustningen men det har också funnits ett intresse från städernas sida i att rusta upp gatumiljöerna. Tillika har gentrifieringen påverkat städernas inre hierarkier då ett slumrande bostads- och affärsområde har blomstrat upp på nytt och stigit i rang bland städernas övriga delar. En ny typ av affärskultur, som med gentrifieringen har etablerats på områdena, har tillfört en ny slags kommersiell och utseendemässig karaktär än den områdena traditionellt har haft. Upprustningsverksamheten och den mera lyxbetonade kommersiella verksamheten har ytterligare förstärkt kulturarvsprocessen. Speciellt påfallande har den kommersiella gentrifieringen varit i Neristan men trenden kan ses i de båda städerna. För att en gentrifiering kan bekräftas har det varit viktigt att påvisa att det också har skett förändringar i de inre, mera osynliga strukturerna. Ett intervjumaterial som består av 21 intervjuer ger undersökningen lokalt förankrade, konkreta och på erfarenhet baserade perspektiv på stadsomvandlingsprocesserna. Mina informanter beskriver, reflekterar över och tar ställning till förändringarna i trästäderna ur en socialt mänsklig aspekt och utgående från en nutida synvinkel. Informanterna har även visat sig spela olika roller i processerna vilket syns i deras olika sätt att bruka och ta ansvar för de historiska trästadsområdena. De individuella synpunkterna ses i relation till befolkningsuppgifter som ger belägg för en social förändringsprocess. Förutom en gentrifiering av områdena har jag också analyserat hur Neristan och Gamla Ekenäs har berörts av en annan process som jag kallat för en kulturarvsprocess. Kulturarvsprocessen syftar liksom gentrifieringen på en värde- och attitydförändring som har försett historiska trästadsmiljöer med en ytterligare betydelse som kulturarv. Från att man under de första årtiondena efter kriget ville ersätta den gamla stadsbebyggelsen med nytt och modernt byggnadsbestånd vill man numera förvalta trästadsmiljöer på ett annat sätt. I avhandlingen diskuterar jag hur den historiska trästaden uppfattas, tilldelas mening och utnyttjas som ett ansvar och som en resurs i ett nutida och framtida perspektiv. Trästädernas kulturarvsprocess ses i avhandlingen som en valprocess där historiska trästadsområden småningom har valts ut som viktiga bevarandeobjekt. Att Neristan och Gamla Ekenäs har utgjort sådana objekt för en medveten bevarandepolitik kan bekräftas. Skiftningen från att den gamla bebyggelsen i städerna tidigare hotades av rivning, ofta utan vedertagna orsaker, till att gamla trähusmiljöer i sin helhet sedermera försetts med skyddsplan visar att inställningen till gammal byggnadskultur har förändrats. Genom att ha lyft fram rådande värderingssätt har jag belyst denna värdetransformation. Min undersökning visar att gentrifieringen av historiska trästadsområden har drivits framåt av ett lokalt intresse i vilket framför allt de nya invånarna men också myndigheter och bostadsförmedlingen har spelat en aktiv roll. Men naturligtvis skulle processen inte ha initierats utan inspiration och förebilder från annat håll. Däremot har kulturarvsprocessen påverkats starkare av internationella förebilder och av ett nationellt intresse. Processen styrs globalt av ett estetiskt tänkande genom att man via den vill ”vaska fram guldkornen” bland alla kulturhistoriskt värdefulla objekt. Kulturarvsprocessen stöds ytterligare av turismindustrin som uppmuntrar till kommersiell gentrifiering i syfte att själv kunna dra nytta av en revitalisering av det gamla. På lokalnivå används gamla trästadsmiljöer alltmer som marknadsföringsobjekt för städernas image och profilering. Min undersökning visar att kulturarvsprocessen har i de undersökta städerna framskridit i tre olika faser. Den första fasen kom igång under 1970-talet då en del statliga myndigheter och experter började visa intresse och uppskattning för historiska trästadsområden. Trähusmiljöerna i Norden lyftes fram för offentlig debatt i samband med en nordisk trästadskonferens som ordnades 1972 och i ett flertal publikationer som gavs ut. Konferensens betydelse för den gamla bebyggelsens bevarande var betydande och satte i gång en våg av nytänkande och uppskattning av gammal byggnadskultur. Kulturarvsprocessens andra fas aktualiserades under 1980-talet då även pressens roll i bevarandediskussionerna blev mer intensiv och ställningstagande. Under den andra fasen fastställdes också en ny nationell byggnadsskyddslag år 1985. En tredje fas i kulturarvsprocessen inleddes efter att den historiska trästadsdelen i Raumo blivit världsarv 1991 och efter att den nya kommersiella gentrifieringen av historiska trähusmiljöer kom i gång. Då kom också begreppet kulturarv med i diskussionen som en förstärkare av miljöernas betydelse för det lokala, nationella och internationella byggnadsarvet och för städernas egen identitet och image. Upplevelseindustrins uppblomstring och krav på synlighet har gjort trästadsmiljöer till konsumtionslandskap för nya upplevelser. Den historiska trästadsmiljön är inte längre enbart en boendemiljö utan i allt högre grad även en besöksattraktion. Den nya rollen betyder inte automatiskt ett upplivande utan i själva verket har Gamla stan i Ekenäs blivit mer stillsam som följd av gentrifieringen medan turismen har ökat som en del av kulturarvsprocessen. I Ekenäs har säsong- och sommarboende ytterligare gett en särprägel åt Gamla stan och samtidigt saktat ner utvecklingstakten på området. I Neristan har de förut livliga innerstadskvarteren bytts ut mot en välpolerad idyll. Kvartersbutikerna har försvunnit och delvis ersatts med specialaffärer. Trähusområdena har därmed fått en annan roll i den urbana miljön som inte bygger på den roll de tidigare har haft. Avhandlingens problematik har därför genomgående kretsat kring olika sätt att värdera gammal bebyggelse. Både gentrifieringen och kulturarvsprocessen har förvandlat de vardagliga boendemiljöerna i Karleby och Ekenäs från en kulturell och arkitektonisk börda till ett kulturellt kapital och deras betydelse som kulturarvsmiljöer har manifesterats fullt ut. Tillika har processerna framhävt miljöernas särprägel och ökat deras synlighet lokalt och globalt. Uppvärderingen av trähusområdena berättar om att vår uppskattning av den gamla byggnadskulturen har ökat och att vi har insett värdet i att bevara den.