Konstruktionsförslag på vattensystem till Scanias tillsatsbroms

Målet med examensarbetet har varit att ta fram ett fungerande förslag på befintligt vattensystem mellan motor och retarder, som är billigt, monteringsbart, har låg vikt och lång livslängd i fordon. Retarder är en hjälpbroms och har som främsta uppgift att minska slitage på de ordinarie bromsarna. För att lösa detta gjordes först en nulägesbeskrivning där kylvattenröret kartlades. Därefter intervjuades Scania personalen på Retarder och det resonerades kring tidigare konstruktioner gjorda på området. De teorier som användes var monteringsanpassad konstruktion (DFA), tillverkningsanpassad konstruktion (DFM), miljöanpassad konstruktion (DFE), feleffektanalys (FMEA) och Scania produktions system (SPS). För att säkerställa vilken typ av material och tillverkningsmetod som ska användas i konstruktionen gjordes ett "out of the box" tänkande. Informationen som framkom pekade på att dimensionen borde optimeras, det betydliga materialet ändras och att fästena på kylvattenröret borde elimineras. Detta för att erhåll en billigare, lättare och mer monteringsvänligare konstruktion. Konstruktionsförslaget är ett kylvattenrör med fästen som är av bockad plåt och som monteras på gummirör för att dämpa vibrationerna. Här har jag ersatt de svetsade fästena med monterbara fästen som håller kylvattenröret på plats. Vidare har godstjockleken på kylvattenröret optimerats från 2 mm till 1,5 mm och jag har behållit det befintliga materialet SS-EN 1010216, tryckkärlsstål, då både aluminium och plast inte höll vid de vibrationer som uppkom i fordonet. Dessutom har fästena, som håller upp hela konstruktionen av kylvattenröret mot växellådan, omkonstruerats så att det passar det nya konstruktionen. Dessa fästen monteras på växelhuset med två stycken M10 skruvar i varje fäste. Simuleringar med finita elementmetoden (FEM) genomfördes för att undersöka deformationer och spänningar som uppstod när kylvätskan passerade genom kylvattenröret och då vibrationer uppstod från motorn, pumpen, hjulen eller vägunderlagen. Resultat från analyser med FEM tydde på att de största påkänningarna fanns på de rundfästen som håller upp kylvattenröret. Den högsta statiska spänningen på dessa fästen är 75 MPa med en sträckgräns på 500MPa. Denna anses vara låg och betraktas inte som kritisk. Vid den dynamiska analysen resulterade detta i att egenfrekvens uppkom vid 162 Hz som är över Scanias kritiska intervall, 150 Hz. För att säkerställa att konstruktionen är hållbar bör en prototyp tillverkas och testas. Förslaget presenterades för både chefen och montörerna på monteringsområdet och de var positiv inställda till förslaget av en rad olika anledningar så som lättare montering, kortare monteringstider, ergonomisk montering, kvalitetssäkrad montering samt förmonteringsbar. Dessutom kan bemanningen minimeras till följd av de korta monteringstiderna.The aim of the thesis has been to develop a workable proposal on the existing water system between the engine and retarder that is inexpensive and has adjustable mounting, light weight and long life. A retarder is a helping brake and its main task is to reduce wear on the regular brakes. To solve this, first a description of the present situation was mapped on the cooling tube. Then, Scania staff was interviewed at the Scania Retarder section and we had a discussion about the company’s previous designs. The theories used were Design For Assembly (DFA), Design For Manufacture (DFM), Design For Environment (DFE), Failure Mode and Effect Analysis (FMEA) and Scania Production System (SPS). To ensure the type of material and the manufacturing process "out of the box thinking" was made in the construction. The information that emerged was that one could optimize the dimension, possibly amending the existing material and eliminate a bracket on the coolant pipe. The aim of this design is not only to obtain a cheaper and lighter construction but it should also be easier to assemble. The design proposal is a Cooling Water Pipe with brackets that are made of bent sheet metal and are mounted on rubber tubes in order to damp vibrations. Here I have replaced the welded brackets with mountable brackets that hold the cooling water pipe in place. Furthermore, the thickness of the cooling water pipe was reduced from 2 mm to 1.5 mm and I have retained the existing material SS-EN 1010216, pressure vessel steel, because both aluminium and plastic are not held at the vibrations that were generated in the vehicle. In addition, brackets which hold up the whole construction of the cooling water pipe against the gearbox were redesigned so that they fit the new structure. These brackets were mounted on the gear housing with two M10 screws on each bracket. Simulations that were made in the Finite Element Method (FEM) were conducted to investigate the deformations and stresses that occur when the coolant passes through the cooling water pipe and when vibrations arise from engine, pump, wheel or road. Results from analyzes, using finite element, indicate that the most critical stresses are on the round brackets who are holding up the cooling water pipe. The maximum static stress on these brackets is 75 MPa with yield strength of 500MPa. This is considered to be low and not critical. However in the dynamic analysis the natural frequency occurred at 162 Hz which is over Scania’s critical range, 150 Hz. To ensure the structural integrity, a prototype should be made and tested in order to authenticate that the safety margin is sufficient and that the natural frequency is within the critical interval. The proposal has been presented to the staff at the assembly department and they were positive about this suggestion due to many reasons such as easier installation, reduced installation time, ergonomic mount ability, quality controlled assembly and ability to pre-mount. In addition, the assemblers thought that this design proposal can minimize staffing as a result of the short assembly times