Design of a folding staircase for an automated rubber-tired gantry crane

Abstract

In this master’s thesis, the aim was to replace the vertical ladder used to access a RTG crane with a safer stairway. The need for a new type of stairway came from customers demanding a safer way to access the crane than a ladder. Replacing the ladder with stairs brings complications to maintenance access to the equipment under the sill beam and creates safety issues with automated cranes. Because of these factors the new stair design needed to be foldable in nature to make it able to be moved out of the way of maintenance procedures or to prevent collisions with objects in the yard.

Commercial solutions were researched, and it was found out that there were no products in the market that could provide the desired functionality in a way that all requirements are met. Because of this, a new custom design was created to provide the functionality. Systematic machine design process was used to guide the design process. DFMA (Design For Manufacturing and Assembly), motion analysis and finite element analysis were utilized to ensure a high-quality design.

The aim of the thesis was met, and a new stairway design was created that allows maintenance access to the equipment under the sill beam. The solution is modular in a way that it can be used both in automated and manually operated cranes. The electrical actuation of the stairs for automated cranes still needs some work from electrical and automation engineers to integrate seamlessly into the crane control system, but the mechanicals are production ready after a structural analysis on the service platform components is performed.

Tämän diplomityön tavoitteena oli korvata kumipyöräisen satamanosturin ensimmäiselle huoltotasolle johtavat pystysuorat tikapuut turvallisemmalla portaikolla. Tarve portaikolle tuli asiakkaiden vaatimuksista tikkaita turvallisemmalle nousuratkaisulle. Tikapuiden korvaaminen portaikolla aiheuttaa kulkuongelmia alimmaisen poikittaisen teräspalkin alla sijaitsevan laitteiston huoltoon, sekä turvallisuusongelmia automaattinostureiden kanssa. Tämän johdosta uuden porrasratkaisun tuli olla taittuva, jotta se saadaan siirrettyä pois edestä huoltotoimenpiteitä varten, tai yhteentörmäykset nosturin käyttöalueella sijaitsevien esineiden kanssa voidaan estää.

Valmiita kaupallisia ratkaisuja tutkittiin, ja tultiin lopputulokseen, ettei markkinoilla ole valmiita ratkaisuja, joiden avulla haluttu toiminnallisuus voitaisiin suoraan saavuttaa. Tämän takia suunniteltiin uusi portaikko, joka mahdollistaa halutun toiminnallisuuden. Systemaattista koneensuunnittelua käytettiin ohjaamaan suunnitteluprosessia. Liikeanalyysiä, DFMA:ta, ja tietokoneella suoritettua elementtimenetelmään perustuvaa lujuuslaskentaa käytettiin keinoina varmistamaan korkealaatuinen suunnittelutyö.

Työn tavoitteeseen päästiin, ja uusi portaikko suunniteltiin niin, että alimmaisen poikittaisen teräspalkin alla oleva laitteisto on mahdollista huoltaa. Ratkaisu on modulaarinen siten, että sitä voidaan käyttää manuaalisella tai sähköisellä käytöllä nosturista riippuen. Sähkökäytön viimeistely vaatii vielä työtä sähkö- ja automaatioinsinööreiltä, mutta suunnittelun mekaaninen puoli on huoltotason komponenttien lujuustarkastelua vaille tuotantovalmis.