Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Concept Development of anElectromechanical Cylinder: With a Cascade Gear Unit
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.).
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.).
2014 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Konceptutveckling av elektromekanisk cylinder : med en kaskadväxelenhet (Swedish)
Abstract [en]

A new invention has been developed by CorPower Ocean; a mechanical rack and pinion solution

called a cascade gearbox. The primary function of the gearbox is transforming a linear motion

into a rotational motion. The novelty is its unique properties; it is capable of combining heavy

loads and high velocities, and at a high efficiency. CorPower Ocean is aiming at finding

applications where the gearbox’s unique properties can be

of use. If the gearbox is combined

with a motor it forms an electromechanical actuator. Therefore, an investigation of applications

using actuators has been targeted. More specifically, the master thesis assignment was to

examine in which applications the transition of a cascade electromechanical actuator was

technically viable. Research questions that derived was to answer if an implementation of an

cascade electromechanical cylinder is technically feasible and if it implicates improved results

regarding environmental related goals.

The methodology executed to finalize the project included several stages. The first stage was the

background study which consisted of reviewing trends and gathering technical data for case

studies of targeted applications. The targeted applications were heavy lifting equipment and

injection molding machines. With the help of CorPower software, gearbox dimensioning

examples were drafted and could be evaluated from a size and weight perspective. To further

evaluate potential applications, interviews were conducted with targeted equipment

manufacturers. The selection of applications was completed by evaluating the interview

responses and the drafted gearbox examples.

Chosen applications were ultimately a nine tonnes forklift and an empty container handler,

mainly due to good customer response, integration ability and potential of performance

enhancement. An optimisation was performed to achieve a concept solution that satisfied

customer needs such as low cost and a slim design. In order review the business cases in each

application, energy savings and performance cases were conducted, benchmarking against the

hydraulic solution. In the ECH case, the energy saved was 54% and the productivity increased

with 9.6%. In the forklift case, the energy saved was 52% and the productivity increased with

1%. Both of applications have great potential of a transition from hydraulic cylinders to

electromechanical cylinders in terms of implementation and technical feasibility. The final

concept solutions exceeded the hydraulics in performance, retaining a slim and acceptable size

and design. Furthermore, this sector of heavy lifting equipment had high potential for

electrification which can contribute to reduced emissions and fuel savings.

Keywords: electromechanical cylinders, concept development, cascade gearbox

Abstract [sv]

En ny innovation har utvecklats av CorPower Ocean; en mekanisk rack och pinjonglösning

kallad kaskadväxel. Dess primära funktion är att transformera en linjär rörelse till en roterande

rörelse och vice versa. Nyhetsvärdet är växellådans unika prestanda; den kan hantera

kombinationen av höga laster och höga hastigheter till en hög verkningsgrad. Nu önskar

CorPower Ocean att hitta applikationer där kaskadväxelns unika prestanda kommer till

användning. Om kaskadväxeln kombineras med en motor bildas en elektromekanisk aktuator,

och därför har en utredning av applikationer som använder aktuatorer utsetts som en marknad att

undersöka närmare. Mer specifikt var examensuppdraget att undersöka i vilka applikationer en

sådan övergång skulle vara genomförbar ur ett tekniskt perspektiv. Forskningsfrågor som

önskades besvaras var huruvida en sådan övergång är genomförbar ur ett tekniskt perspektiv och

om en sådan implementation innebär förbättringar vad gäller miljörelaterade mål.

Metodologin som användes för att slutföra projektet utgjordes av flera steg. Första steget var att

genomföra en bakgrundsstudie om elektrifiering och produkttrender samt samla teknisk data på

utsedda applikationer. De utsedda övergångsområdena var maskiner för tunga lyft samt

plastformssprutningsmaskiner. Med CorPowers mjukvara kunde dimensioneringsexempel göras

för kaskadväxellådor och utvärderas utifrån sin storlek och vikt. För en fortsatt utvärdering av

applikationer genomfördes intervjuer med tillverkare av de utsedda applikationerna. Val av

applikationer slutfördes genom att utvärdera svar från målkunder samt dimensioneringsexempel

av växellådorna.

De valda applikationerna blev slutligen en nio tons gaffeltruck och en tomcontainertruck. Valet

baserades huvudsakligen på bra respons från kunder, bra integrationsmöjligheter samt potentiella

prestandaförbättringar. Fokus låg på att byta ut lyftcylindrarna och bortse från övriga mindre

cylindrar. Lösningarna optimerades för att matcha kundkrav så som kostnad och passform.

Ett energibesparingscase utfördes för att jämföra kaskadlösningen med nuvarande hydrauliska

lösning. I tomcontainertruckens fall sänktes energiförbrukningen med 54 % och produktiviteten

ökade med 9.6%. I gaffeltruckens fall sjönk energiförbrukningen med 52 % och produktiviteten

ökade med 1 %. Båda applikationerna uppvisade stor potential för ett byte från hydraulcylindrar

till elektromekaniska cylindrar. De slutgiltiga koncepten överträffade hydraulikens prestanda

medan de bibehöll en acceptabel storlek. Vidare fanns det en stor potential inom lyftindustrin att

genom elektrifiering kunna minska utsläpp och bränsleförbrukning.

Nyckelord: elektromekanisk cylinder, konceptutveckling, kaskadväxel

Place, publisher, year, edition, pages
2014. , 84 p.
Series
MMK 2014:46 MPI 03
Keyword [en]
electromechanical cylinders, concept development, cascade gearbox
Keyword [sv]
elektromekanisk cylinder, konceptutveckling, kaskadväxel
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-157313OAI: oai:DiVA.org:kth-157313DiVA: diva2:769577
Supervisors
Examiners
Available from: 2014-12-08 Created: 2014-12-08

Open Access in DiVA

Concept Development of an Electromechanical Cylinder(2028 kB)1217 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2028 kBChecksum SHA-512
d0a122d9b72e7dbab06f1b53bd9ed52cd1bd293dcfa258901929cd2d9fdeb0495d272c5efdeeb5fb7158e8380af4c219063b24f78deaac64a99df691172227b0
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Machine Design (Dept.)
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 1217 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 509 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf