Effekt og konsekvensanalyse i bruk av ekspanderende PIN-teknologi i ulike typer utstyr (tunge maskiner)

PIN bolter er benyttet for å tillate relativ bevegelse mellom to deler i et ledd, som i en gravemaskin eller en kran. Tradisjonelt sett har slike bolter en sylindrisk form og de er sikret mot rotasjon ved f.eks. en låseplate. For å installere en slik sylindrisk bolt, så må boltdiameteren være mindre enn hulldiameteren den skal plasseres i, noe som er typisk for komponenter på store maskiner og tungt utstyr, og som er en lav-kostands metode og dermed vidt utbredt i ulike industrier. Andre løsninger kan være bruk av press- eller krympepasninger, som er noe mer komplisert og kostnadsdrivende. Et feil designet ledd vil ikke bare oppleve slakk som medfører overbelastninger og feil i last- og torsjonsoverføringer, men det vil også forårsake slitasje som igjen fører til økte vedlikeholdskostnader og redusert levetid for hele systemet, og til og med tap av menneskeliv. Slakk oppstår når bolten er mindre enn diameteren av hullet, enten pga. slitasje i kontaktflatene eller evt. pga. for lite kontakt ved bruk av press- eller krympepasninger. Bondura® Technology sin PIN-bolt er en innovativ løsning som eliminerer slark i kontaktflatene i bolta ledd. Ved å stramme opp endeboltene på en Bondura® PIN sammenstilling så vil disse presse aksielt de konede endehylsene inn på de konede endene på bolten, og endehylsene ekspanderer da radielt og skaper slik en presskraft eller kilkraft mellom overflaten av den konede enden av bolten og innsiden av hullet som bolten er plassert i. En Bondura® PIN sammenstilling vil gi en bedre og mer kontrollert lastfordeling i kontaktflaten med utstyret, samt eliminere slitasje og forebygge selve ovaliteten. Dette medfører også en enklere installasjons- og demonteringsprosess, og en sikrere løsning totalt sett. Bondura® PIN løsningen krever derimot videre undersøkelse og forskning ved bruk i ulike maskiner og utstyr, under varierende operasjonsbetingelser. Hovedmålet er å dokumentere effektene på leddene, på utstyret, på boltene og for kundene / brukerne ved å benytte ulike sylindriske og ekspanderende PIN bolter i varierende type store maskiner og tungt utstyr. Studiet vil sette søkelys på både utsyr i operasjon hos kunder, ved hjelp av intervjuer, analyser og på eksperimentelt arbeid.

Expanding pin solutions of various types and shapes have been commercially available for use in machines, cranes, and different equipment for around 30 years, but they are still not as well-known and comprehensively applied as the case in more standard cylindrical pin solutions. There are currently 2 – 4 companies on the global arena supplying such specialized pin solutions, in addition to several smaller companies supplying to their local or national marked, or to their own use in own machines. This PhD study has focused on the effects and consequences of applying expanding pin solutions in heavy machinery, and the theoretical background, research methodology, and results are presented in nine published papers. The results from the questionnaire-based survey (Specific objective (i), and RQ1 and RQ2), with corresponding discussions, were presented in Chapter 4.2.1, based on responses from stakeholders with some, or comprehensive, knowledge and experience with one or more types of expanding pin solutions. The majority, or 85 % of the respondents, stated that the economic impact of use of expanding pins compared to standard pins was important or very important for them and their clients. The results regarding the studies of traditional expanding pins (Specific objectives (ii), and (iv), and RQ3), with corresponding discussions, were presented in Chapter 4.2.2, which is based mainly on experimental tests. It could clearly be observed that when applying an expanding pin in a radial spherical plain bearing, the rotational moment needed to turn the outer ring relatively to the inner ring was considerably reduced, compared to the lowest torque value, for all values of external load. This effect happened for all torque values for the configuration with two expanding sleeves on one bearing, and for all torque values except the highest for the configuration with one expanding sleeves on one bearing. The results regarding the studies of newly developed pin solutions (Specific objectives (iii), and RQ4), with corresponding discussions, were presented in Chapter 4.2.3, which is based mainly on experimental tests. A pin solution which combined preloaded and expanding pin capabilities was investigated and showed interesting results. The axial preload was achieved by torquing a number of smaller bolts (tightening screws) instead of one bigger nut (as for normal bolt-nut systems), and the radial expanding locking was achieved as for “normal” expanding pin solutions, with axially cut sleeves. It can be concluded that the expanding pin system in general is very well appreciated by those who have experiences with it, and it has an important economic impact, both when it comes to safe handling the pins and during operation and repairs of machines and equipment. This pin solution can improve the functionality of a bearing, reduce downtime due to repairs, increase shear capacities of flanged connections, and eliminate self-loosening of bolts.

Bondura har utviklet teknologi som gjør bolter selvekspanderende slik at de passer perfekt i ledd og eliminerer risiko som oppstår ved krave om installasjonsklarering for å sikre at bolten kan fysisk føres på plass i ulike ledd. Bolten er konet i formen og det plasseres en innvendig konet hylse i hver ende av bolten. Når man så strammer til endeskruene / mutrene så påføres det aksiell kraft på hylsene slik at disse presses inn på de konete endene på bolten og ekspanderer mot kontaktflatene til den innvendige hullveggen på utstyret. Dermed fyller man hele ringrommet, eliminerer klaringene mellom bolt og utstyr, og dermed unngås slitasjeinduserende bevegelser. Hovedmålet med doktorgradstudiet er å dokumentere og kartlegge de tekniske konsekvensene på utstyr og bolt ved bruk av kil-tilnærmet ekspanderende PIN-løsninger under ulike operasjonelle formål. Vi skal se nærmere på effekten av temperatur, vibrasjoner, slitasje, korrosjon og ulike operasjonelle belastninger. Dette må kartlegges for ettersom denne kunnskapen mangler og er et hinder for videreutvikling av teknologien. Det mangler forståelse av de ulike fysiske påkjenningene som oppstår under operasjonelle forhold ved bruk av ekspanderende PIN-teknologi. Sentrale utfordringer blir hvordan man innhenter kritisk informasjon for å ivareta dokumentasjonskrav og -kvalitet. Dette er grunnen til at tidligere forskning kun gir veiledende konklusjoner. Utfordring blir å finne metoder, teknikker og modeller som tillater måling og analyse av fysiske påkjenninger i 360 graders retning under et utall av ulike operasjonelle forhold. Hvordan kan vi sørge for at dette studie vil resultere i ny kunnskap og konklusjoner som tillater utvikling av virkelighetsnære matematiske modeller som tillater videre analyse, numerisk eksperimentering og tilstandsbasert vedlikehold gjennom operasjonell overvåking?