Hydrostaattisen kuormituselementin parametrien vaikutus tehontarpeeseen

Työssä tutkitaan paperiteollisuuden käyttämän taipumakompensoidun telan hydrostaattisen kuormituselementin parametrien vaikutusta tehontarpeeseen ja kuormituselementin käyttäytymistä eri parametreilla. Työssä käsitellään hydrostaattisen kuormituselementin FE-laskennassa käytetyn mallinosien rakentaminen, kokoonpano ja teoria. Lisäksi analyyttinen laskenta esitetään lyhyesti. FE-laskennassa käytetään virtaus-rakenne -vuorovaikutusanalyysiä. Laskenta suoritetaan ANSYS/Flotran ohjelmistolla (versio 5.5). Hydrostaattisen kuormituselementin tehontarpeen vähentämiseen löytyi kolme tekijää. Suurimpana yksittäisenä tekijänä on elementin kitkapinta-alan pienentäminen, jolla saavutetaan 44 % kitkatehontarpeen pieneneminen. Seuraavaksi eniten vaikuttaa kitkatehontarpeeseen kuormituselementin muotoilu, jolla saavutetaan 20 % kitkatehontarpeen pieneneminen. Kolmantena tekijänä on viskositeetin pienentäminen, jolla suurimmillaan saavutetaan 15 % kitkatehontarpeen pieneneminen.

Modulaarisuuden tajoamat mahdollisuudet tela-alustaisten taisteluajoneuvojen kehittämisessä

Aseiden hinnannousun ja kaluston kehitystarpeen lisääntymisen myötä ajoneuvovalmistajat ovat pyrkineet kehittämään entistä kustannustehokkaampia modulaarisia taisteluajoneuvoja. Samaan alustaratkaisuun pyritään rakentamaan useita erilaisia ajoneuvoja, jolloin säästetään valmistus- ja korjauskustannuksissa. Tutkimus toteutettiin kirjallisuustutkimuksena, jonka tarkoituksena oli tutkia alan kirjallisuutta ja käyttää sitä työn pohjana. Keskeisiksi lähteiksi valikoitui Ari Laaksosen Liikkuvuus 2030 – Tulevaisuuden taisteluajoneuvon taktiset ja operatiiviset suorituskyky vaatimukset -julkaisu (2009), jossa käsitellään monipuolisesti ympäristön ja kustannusten asettamia vaatimuksia tulevaisuuden taisteluajoneuvolle. Samaa aihealuetta käsittelee Maanpuolustuskorkeakoulun sotatekniikan laitoksen Teknisen kehityksen suuntalinjat -teos. Tutkimuksessa selvitettiin, miten modulaarisella rakenteella kehitetään taisteluajoneuvoja, niiden taistelukykyä ja soveltuvuutta sekä sodanajan tehtäviin että rauhanaikana annettavaan koulutukseen. Nykyajan asevoimien tehtävät eivät rajoitu ainoastaan kotimaan sotilaalliseen puolustamiseen, vaan tehtäviä on myös omien rajojen ulkopuolella. Kansainvälinen kriisinhallinta asettaa kalustolle erilaisen toimintaympäristön, jonka vaatimusten mukaisesti operaatioihin osallistuvat ajoneuvot on varustettava. Modulaarisuudella pyritään vastaamaan erilaisten toimintaympäristöjen haasteisiin. Modulaarisia ajoneuvoja suunnittelemalla pyritään hakemaan etuja niin asiakkaan kuin valmistajankin näkökulmasta. Edut ovat ennen kaikkea kustannussäästöjä, jotka heijastuvat koko ajoneuvon elinkaareen. Nämä säästöt voivat olla yksittäisen ajoneuvon valmistamiseen tai päivittämiseen liittyviä, tai laajemmin ajateltuna koko tuoteperhettä koskevia huolto-, varastointi- ja koulutuskustannuksiin asti ulottuvia säästöjä. Tämän lisäksi ajoneuvon suorituskykyä voidaan parantaa koko suunnitellun elinkaaren ajan. Tutkimuksen perusteella voidaan todeta, että modulaarisuus tulee ratkaisemaan useita taisteluajoneuvojen ongelmia ja antamaan paljon mahdollisuuksia niiden kehittämiselle. Tulevaisuudessa kustannustehokkuus, suojan parantaminen sekä ajoneuvon koko elinkaaren ajan jatkuva päivittäminen ovat keskeisimmät suunnittelun ja ajoneuvokehityksen lähtökohdat.

Formeritelan alipaineen vaikutus kartonkikitaformerin vedenpoistojakaumaan ja rainan ominaisuuksiin

Diplomityön tavoitteena oli selvittää kartonkikitaformerin formeritelan alipaineen vaikutusta vedenpoistoon ja rainan ominaisuuksiin. Kirjallisuusosuudessa selvitetään erilaisten vedenpoistotapahtumien teoreettisia vedenpoistokaavoja sekä niiden avulla laskettuja vedenpoistopaineita. Kokeellisessa osuudessa verrataan vedenpoistopaineen ja vedenpoistomäärän mandollista suhdetta. Kokeiden perusteella voi todeta, että alipaineella voi vaikuttaa kokonaisvedenpoistoon sekä vedenpoistojakaumaan. Vedenpoistopaineen ja poistuneen vesimäärän välistä riippuvuussuhdetta ei useimmissa tutkituissa vedenpoistotapahtumissa ollut havaittavissa. Nykyiset vedenpoistopaineen yhtälöt kattavat tela-alueen vedenpoistotapahtumat vain osittain. Tela-alueen vedenpoistotapahtumien ja erilaisten riippuvuussuhteiden ymmärtäminen vaatii tulevaisuudessa vielä enemmän tutkimustyötä.

Lujitemuovisen kaavinterän kannatinpalkin suunnittelu

Diplomityössä perehdytään lujitemuovikomposiitteihin sekä niiden valmistusmenetelmiin. Tavoitteena on kehittää lujitemuovinen paperikoneen kaavinterän kannatinpalkkirakenne. Suunniteltavalla tuotteella pyritään korvaamaan perinteisesti teräksestä valmistetut paperikoneiden kaavinterän pidikepalkit paremmin tarkoitukseen sopivalla lujitemuovisella rakenteella sekä parantamaan jo tuotannossa olevan tuotteen ominaisuuksia. Työssä selvitetään tuotteen vaatimukset, joiden pohjalta laaditaan tuotteen vaatimusprofiili ja suoritetaan materiaalinvalinta perustuen ominaisarvovertailuihin. Suunnitteluosiossa tutkitaan eri rakenneratkaisujen soveltuvuutta kohteeseen. Tutkimustulosten perusteella saatiin kattava kuva eri materiaalien soveltuvuudesta kohteeseen sekä kehitettiin rakenneratkaisu, joka täyttää tuotteelta vaaditut ominaisuudet. Tutkimustulosten pohjalta syntyi myös uuden tyyppinen rakenne jolla saavutetaan huomattavaa tilansäästöä perinteisiin rakenneratkaisuihin nähden. Tämän rakenneratkaisun kehitystyötä on tarkoitus jatkaa.

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.

Telan ja nuohoimen kunnossapitopalveluiden kehittämisvaihtoehdot: kannattavuus ja markkinat

The purpose of this thesis was to find possible development options for roll and sootblower maintenance services in an industrial maintenance company. In addi-tion company wanted to know the size of the maintenance market in both of these services and what services it should offer to markets. Research method of this work was case-study and research approach was mainly analytical but it also had some features of constructive approach. This thesis consists of theoretical literature review and empirical case-study. Theoretical part of this thesis included theories about strategic planning of maintenance, service production, customer value, profitability and methods to analyze company’s current environment. Strategic maintenance elements, service concept and aspects of customer value were found to plan and develop maintenance services. The result of the empirical part of this thesis was that problems in roll maintenance were narrowed down to organization of mainte-nance services and in sootblower maintenance services problems were narrowed down to maintenance methods. Based on this scope four development options were formed which of all turned out to be profitable. Market size for roll and maintenance services in Eastern Finland was determined and recommendations of services, which company should offer to these markets, were given.

Vibrations in Rotating Machinery Arising from Minor Imperfections in Component Geometries

Vibrations in machines can cause noise, decrease the performance, or even damage the machine. Vibrations appear if there is a source of vibration that excites the system. In the worst case scenario, the excitation frequency coincides with the natural frequency of the machine causing resonance. Rotating machines are a machine type, where the excitation arises from the machine itself. The excitation originates from the mass imbalance in the rotating shaft, which always exists in machines that are manufactured using conventional methods. The excitation has a frequency that is dependent on the rotational speed of the machine. The rotating machines in industrial use are usually designed to rotate at a constant rotational speed, the case where the resonances can be easily avoided. However, the machines that have a varying operational speed are more problematic due to a wider range of frequencies that have to be avoided. Vibrations, which frequencies equal to rotational speed frequency of the machine are widely studied and considered in the typical machine design process. This study concentrates on vibrations, which arise from the excitations having frequencies that are multiples of the rotational speed frequency. These vibrations take place when there are two or more excitation components in a revolution of a rotating shaft. The dissertation introduces four studies where three kinds of machines are experiencing vibrations caused by different excitations. The first studied case is a directly driven permanent magnet generator used in a wind power plant. The electromagnetic properties of the generator cause harmonic excitations in the system. The dynamic responses of the generator are studied using the multibody dynamics formulation. In another study, the finite element method is used to study the vibrations of a magnetic gear due to excitations, which frequencies equal to the rotational speed frequency. The objective is to study the effects of manufacturing and assembling inaccuracies. Particularly, the eccentricity of the rotating part with respect to non-rotating part is studied since the eccentric operation causes a force component in the direction of the shortest air gap. The third machine type is a tube roll of a paper machine, which is studied while the tube roll is supported using two different structures. These cases are studied using different formulations. In the first case, the tube roll is supported by spherical roller bearings, which have some wavinesses on the rolling surfaces. Wavinesses cause excitations to the tube roll, which starts to resonate at the frequency that is a half of the first natural frequency. The frequency is in the range where the machine normally operates. The tube roll is modeled using the finite element method and the bearings are modeled as nonlinear forces between the tube roll and the pedestals. In the second case studied, the tube roll is supported by freely rotating discs, which wavinesses are also measured. The above described phenomenon is captured as well in this case, but the simulation methodology is based on the flexible multibody dynamics formulation. The simulation models that are used in both of the last two cases studied are verified by measuring the actual devices and comparing the simulated and measured results. The results show good agreement.

Panssaroitu pyöräajoneuvo jalkaväen tukeutumispisteenä, tulevaisuuden vaatimuksia

Viimeisen vuosikymmenen aikana Euroopan maat ovat korvanneet tela-alustaisia taisteluajoneuvojaan panssaroiduilla pyöräajoneuvoilla. Yhtenä syynä tähän voidaan pitää Euroo-pan maiden asevoimien keskittymistä aikaisempaa enemmän varsinaisen valtion sotilaallisen puolustamisen sijasta kriisinhallintatehtävien suuntaan. Panssaroidut pyöräajoneuvot soveltuvat kriisinhallintatehtäviin hyvin kustannustehokkuuden ja hyvän operatiivisen liikkuvuuden vuoksi. Panssaroidut pyöräajoneuvot ovat kuuluneet myös Suomen Puolustusvoimien kalustoon jo 1970-luvulta alkaen. Tutkimuksen tarkoituksena on selvittää millaisia vaatimuksia jalkaväki asettaa panssaroiduille pyöräajoneuvoille jalkaväen tukeutumispisteenä. Eri lähteistä saatujen havaintojen perusteella arvioidaan millaisia vaatimuksia panssaroidulle pyöräajoneuvolle asetetaan nyt ja tulevaisuudessa. Tutkimusmenetelminä on käytetty kirjallisuusselvitystä ja vaatimusmäärittelyä. Näiden tutkimusmenetelmien avulla selvitetään mitä panssaroiduilta pyöräajoneuvoilta vaaditaan jalkaväen tukeutumispisteenä. Tutkimuksen painopisteenä on käsitellä taistelu- ja miehistönkuljetuskäyttöön suunniteltuja panssaroituja pyöräajoneuvoja. Tutkimuksessa selvitettäville vaatimuksille taustaa saadaan Irakin ja Afganistanin sodan aikana saaduista jalkaväen kokemuksista sekä Suomen Puolustusvoimien omista havainnoista panssaroitujen pyörä-ajoneuvojen käytöstä. Lisäksi tutkimuksessa selvitetään millaisia uusia panssaroituja pyöräajoneuvoja valmistajat ovat julkaisseet viimeisen kymmenen vuoden aikana. Käsiteltävänä aiheena on myös ajoneuvoihin tehdyt päivitykset, joilla ajoneuvojen elinkaarta voidaan pidentää. Työssä käytetyt lähteet ovat aihealuetta käsitteleviä aiemmin tehtyjä tutkimuksia, lehtiartikkeleita, internet-julkaisuja ja Puolustusvoimien oppaita. Tutkimuksen perusteella voidaan todeta, että jalkaväen vaatimukset panssaroidulle pyöräajoneuvolle jalkaväen tukeutumispisteenä eivät tämänhetkisten arvioiden ja vaatimusten pohjalta tule muuttumaan merkittävästi 2020-luvulla. Ajoneuvojen vaatimukset ja kehitys tulevat jatkossakin keskittymään tilannekuvan, suojan, kantavuuden ja liikkuvuuden parantamiseksi.