7 januari 2018

Tekniska axplock från Krandagarna 2017

Tekniskt sett har kranarna sett likadana ut under ett sekel, men 2000-talet har inneburit betydande detaljförändringar i form av bland annat digitalisering. På Krandagarna i Göteborg visades det senaste i form av kranteknik, bland annat för uppdatering av befintliga traverser och andra lyftredskap.

I dag är kranarna inne i ett generationsskifte, där mycket av styrningen flyttas från kranbanor och torn till kontrollskåp och datorer i markplanet. Gamla reläer och kablar skiftas mot PLC-styrning och trådlös kontroll, medan reparationer och underhåll allt oftare sker på distans utan riskabel och mödosam klättring på lejdare och längs hala balkar.

Modernisering kräver förberedelser

”Målet med vårt projekt SafeCrane var att minska risken för personskador i samband med användning av kranar. Vi vill också införa den typ av säkerhetsklassning, som är vanlig för styrsystem inom industrin”, förklarar Johan Gustafsson från Cranex i Luleå.

”För varje delfunktion i en kran eller travers som byggs om ställer vi ett antal frågor. Normalt är risken vid själva lyftet mindre än vid körning av trallan eller kranen längs kranbanan. För det första måste man veta vad som skall detekteras, till exempel fasta föremål, passerande fordon och personer i ett område som skannas av automatiskt. För det andra måste man utvärdera vad som skall göras och för det tredje vilken form av reaktion som krävs, nödstopp, inbromsning, varningssignaler med mera.”

Cranex bygger om kranarnas styrsystem till digital teknik, vilket kräver färre komponenter än relätekniken.
”Styrsystemets säkerhet bygger förutom redundans på felsäkra kretsar och kvittering vid varje ingrepp. Enbart våra egna mekaniker har tillträde till säkerhetsfunktionerna. Det kan ibland uppstå frågor om hur den nya tekniken skall godkännas vid en tredjepartsinspektion. Inom kranvärlden är detta nytt, men inom en övriga PLC-världen är lösningarna kända och beprövade”, säger Johan Gustafsson.

Föreskrifter om säkra styrsystem

”Hur vet man att styrsystemet är säkert och hur säkert är det?” Frågan ställs av Nikola Darebrant på Kiwa Inspecta.

Under 2016 påbörjade Arbetsmiljöverket ett större marknadskontrollprojekt inom maskinsäkerhet med fokus just på styrsystem. Av 20 kontrollerade maskiner från 19 tillverkare uppvisade 17 brister i styrsystemet.

”I föreskriften AFS 2008:3 sägs bland annat att fel i styrsystemets maskin- eller programvara och logik inte får leda till riskfyllda situationer.”

En annan föreskrift som påverkar styrsystem är AFS 2006:4 om användning av arbetsutrustning, där det bland annat sägs att man regelbundet bör kontrollera att instruktioner följs och att inte säkerhetssystem kringgås.

”Det sistnämnda är viktigt i samband med reparation och ombyggnad, då en kontroll skall ske – dock inte nödvändigtvis en komplett besiktning enligt förskriften AFS 2003:6 om besiktning av lyftanordningar.”

När det gäller standarder pekar Nikola på EN13849 och EN62061 för maskinernas del och EN61508 och EN60511 för processektorns del.

”I EN60204:32 sägs att styrsystemets prestanda skall fastställas efter en riskanalys av den lyftande maskinen. I EN13135:2013 sägs att säkerhetsrelaterade delar av systemet skall överensstämma med PL (Performance Level) C eller D (för högriskapplikationer). Man bör göra en kvantifiering av risken för systemets del. Det räcker inte med att rita upp en riskgraf – man måste gå in i den och verifiera vilka skydd som behövs.”

Men, de flesta felen uppstår faktiskt långt tidigare innan styrsystemet tas i bruk. Enligt brittisk statistik härstammar 44 % av felen från specifikationen och 15 % följer med från design eller implementation, medan 20 % uppstår vid modifiering efter driftsättning.

”Man måste ha en bra valideringsplan, som utvärderar systemet både genom testning och analys. Kom också ihåg isbergseffekten – de direkta kostnaderna är bara toppen på det hela. Störd produktion och eventuella person- och sakskador är det som inte syns innan något inträffar!”

DWP-kalkylering och stålkonstruktionsanalys diagnostiserar kranen

En kran är utsatt för olika typer av arbetscykler som påverkar dess livslängd. När designgränsen uppnåtts ökar risken för haverier. För att kontrollera hur den aktuella användningen står sig jämfört med designkriterierna kan man göra en DWP-kalkyl, som är en teoretisk beräkning av lastcykler och lastspektrum.

”Stålkonstruktionen konsumerar livslängd genom lastcykler medan maskinerier konsumerar livslängd genom driftstimmar”, förklarar Juhani Dahlbacka från Konecranes. ”

Juhani påpekar några typiska felkällor vid DWP-analys.
”Man kan få felaktiga resultat för stålkonstruktioner i lägre klasser, t ex med längre spännvidd. DWG-kalkylen tar inte hänsyn till hur kranen används i praktiken, utan antar alltid värsta möjliga scenario, att lasten alltid lyfts i mitten.  Om man arbetar med dellaster konsumeras betydligt mindre livslängd. Man förutsätter också att kranen och maskineriet underhålls enligt tillverkarens anvisningar.”

Stålkonstruktionsanalys med FEM-beräkningar, som kan användas för att skapa en överskådlig graf, kan ge svar på många frågor – hur farliga är sprickor, kan man behålla grundkonstruktionen och bara uppdatera maskineri och elektrisk utrustning?

”Kritiska punkter är till exempel fogen mellan sidoplåt och ovanplåt, hörn och påsvetsade infästningar. En visuell inspektion ger en grund för mer ingående undersökningar med oförstörande provning.”

En väl genomförd kalkylering och analys skall utmynna i en rapport, där de mest kritiska punkterna identifieras och lyfts fram med tanke på den verkliga utmattningsgränsen för konstruktionen, ett komplement till en klassisk livstidsberäkning.

Termisk sprutning för slitna komponenter

Slitna axlar, kugghjul och löphjul i en kran, till exempel i växellådan eller bromssystemet kanske inte behöver skrotas eller bytas ut. Termisk sprutning kan vara ett alternativ, särskilt om tiden är en kritisk faktor. Vad är då termisk sprutning?

”Termisk sprutning är en beläggningsprocess, som kan jämföras med mikrosvetsning. Ett tillsatsmaterial i form av pulver, tråd, keramik eller plast smälts i en elektrisk ljusbåge, gasflamma eller plasma och sprutas med stor kraft mot den yta som skall behandlas. Det uppstår då en ny yta när tillsatsmaterialet smälter in och bildar en laminär struktur med mekanisk bindning på samma sätt som vid vanlig svetsning”, berättar Olav Norheim från Thermal Spraying & Engineering. ”Fördelarna är att man har ett stort spektrum av tillsatsmaterial och att metoden inte sliter lika hårt på grundkonstruktionen som påsvetsning.”

Olav säger att tekniken utvecklats ytterligare under de senaste åren, till exempel i form av HVAF (High Velocity Air Fuel). Metoden kan ersätta hårdförkromning, som allt mer betraktas som en miljöskadlig teknik för behandling av axlar, valsar och kolvstänger. Det går också att utföra vissa arbeten med mobil utrustning.

”Välj rätt skikttjocklek, särskilt vid hög belastning. Kom också ihåg att termisk sprutning inte ökar hållfastheten i grundmaterialet. Däremot ökar ofta livslängden betydligt, vilket i kombination med de korta ledtiderna gör att räkningen går ihop.”