Puun kuorimakoneen valssimekanismin optimointi : aisan lujuuden sekä inertian tarkastelu
Ylisaari, Roope (2025)
2025
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2025051913261
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2025051913261
Tiivistelmä
Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli optimoida puun kuorimakoneen valssimekanismin aisan rakennetta siten, että sen massaa saataisiin kevennettyä ilman, että lujuusominaisuudet heikkenisivät. Työ toteutettiin osana täysin uuden kuorimakoneen kehitysprojektia Valon Kone Oy:lle. Yksittäisten rakenteiden keventämisellä pyrittiin parantamaan koko mekanismin suorituskykyä.
Aisan keventämiseksi hyödynnettiin topologiaoptimointia, jonka avulla saatiin aikaan rakenteellisesti optimaalinen ratkaisuehdotus annetuilla mitta- ja kuormitusehdoilla. Aisan lujuus analysoitiin elementti menetelmällä (FEM), ja toiminnallisia vaikutuksia arvioitiin mekanismisimulaatioiden avulla. Molemmissa tarkasteluissa käytettiin aiempaa rakennetta vertailukohtana, mikä mahdollisti rakenteellisten ja dynaamisten vaikutusten havainnointiin.
Optimoinnin tuloksena aisan painoa onnistuttiin vähentämään noin 7 prosenttia. Samalla suurimmat jännitykset saatiin laskettua alle asetetun tavoitetason, 80 megapascalin. Kevennetty rakenne myös laski hydraulisylinteriltä vaadittavaa voimaa erityisesti valssien avausliikkeen alkuvaiheessa, jolloin liike on raskain. Tulokset osoittavat, että huolellisesti suunniteltu rakenne voi samanaikaisesti keventää rakennetta, parantaa kestävyyttä ja tehostaa mekanismin toimintaa.
Aisan keventämiseksi hyödynnettiin topologiaoptimointia, jonka avulla saatiin aikaan rakenteellisesti optimaalinen ratkaisuehdotus annetuilla mitta- ja kuormitusehdoilla. Aisan lujuus analysoitiin elementti menetelmällä (FEM), ja toiminnallisia vaikutuksia arvioitiin mekanismisimulaatioiden avulla. Molemmissa tarkasteluissa käytettiin aiempaa rakennetta vertailukohtana, mikä mahdollisti rakenteellisten ja dynaamisten vaikutusten havainnointiin.
Optimoinnin tuloksena aisan painoa onnistuttiin vähentämään noin 7 prosenttia. Samalla suurimmat jännitykset saatiin laskettua alle asetetun tavoitetason, 80 megapascalin. Kevennetty rakenne myös laski hydraulisylinteriltä vaadittavaa voimaa erityisesti valssien avausliikkeen alkuvaiheessa, jolloin liike on raskain. Tulokset osoittavat, että huolellisesti suunniteltu rakenne voi samanaikaisesti keventää rakennetta, parantaa kestävyyttä ja tehostaa mekanismin toimintaa.