Effektivare energiutnyttjande hos skogsmaskiner

8802010

^F(S)m

Tommy Helgesson

Effektivare energiutnyttjande

hos skogsmaskiner

Trätek

Tommy Helgesson

EFFEKTIVARE ENERGIUTNYTTJANDE HOS SKOGSMASKINER (STU-rapport Dnr 83-3933) TräteknikCentrum, Rapport P 8802010 Nyckelord energy consumption forest management machinery Stockholm f e b r u a r i 1988

I N N E H Å L L S F Ö R T E C K N I N G Sid SAMMANFATTNING 3 BAKGRUND 4 FÖRSÖKSMETOD 4 Mätningsförfarande 5 Hur mätvärdena samlats i n 5

Upplösning på mätdata 5 Hur mätvärdena b e a r b e t a t s 5 Begränsningar och möjligheter 5

RESULTAT 6 SLUTSATSER 7 K r a n f u n k t i o n e n 8 Fäll- och g r i p f u n k t i o n e n 8 Matnings- och k v i s t n i n g s f u n k t i o n e n 8 Kapfunktionen 9 övriga f u n k t i o n e r 9 O l i k a t y p e r av hydraulsystem 10 Verkningsgrad 10 BILAGA 1-2

SAMMANFATTNING

Genomförda mätningar v i s a r a t t e n e r g i - och e f f e k t u t t a g e t på skogsmaskinerna v a r i e r a r mycket k r a f t i g t under a r b e t s c y k e l n . Möjligheten a t t minska e n e r g i -u t t a g e t i v a r j e e n s k i l d f -u n k t i o n är begränsad. Däremot kan e t t jämnare e f f e k t u t t a g åstadkommas genom bättre s t y r n i n g av a r b e t e t inom den e n s k i l d a

f u n k t i o n e n och mellan de o l i k a f u n k t i o n e r n a . En utjämning av e n e r g i - och e f f e k t u t t a g e t l e d e r t i l l möjlighet a t t sänka d e t maximala e f f e k t u t t a g e t . Det är dimensionerande för maskinen. Detta har g i v e t v i s s t o r betydelse för maskinutvecklingen och l e d e r på s i k t t i l l lättare och smidigare maskiner. Några sätt a t t konkret åstadkomma d e t t a på dagens maskiner är:

A t t b l o c k e r a övriga h y d r a u l f u n k t i o n e r under de mycket k o r t a men e f f e k t -krävande kapoperationerna.

A t t u t r u s t a fällsågen med e f f e k t r e g l e r i n g .

A t t minska ledningsförlusterna i hydraulsystemen genom bättre l e d n i n g s -dragning, komponentplacering och dimensionering av ledningarna.

E t t genomförande av dessa åtgärder på dagens skördare torde möjliggöra en t j u g o p r o c e n t i g sänkning av i n s t a l l e r a d e f f e k t i hydraulsystemen utan pres-tationssänkning för maskinen.

På nästa g e n e r a t i o n skogsmaskiner kan y t t e r l i g a r e utjämningar erhållas ge-nom:

A t t införa d a t o r i s e r a d k r a n s p e t s s t y r n i n g .

A t t införa s e r i e l l d a t o r s t y r n i n g av hela maskinens hydraulsystem som d e l s s t y r f u n k t i o n e r n a på e t t mera energibesparande sätt, d e l s s t y r

f u n k t i o n e r n a så a t t o l i k a t o p p b e l a s t n i n g a r s k i l j s åt tidsmässigt och således i n t e adderas.

A t t införa a k t i v a k v i s t n i n g s v e r k t y g .

Hur s t o r a sänkningar av i n s t a l l e r a d e f f e k t som då kan uppnås b e r o r , förutom på de här föreslagna åtgärderna, också på u t v e c k l i n g e n av förflyttningstek-n i k e förflyttningstek-n . Aveförflyttningstek-n där pågår försök som pekar på a t t bättre r e g l e r i förflyttningstek-n g av drivmo-menten t i l l d r i v h j u l e n kan reducera e f f e k t b e h o v e t k r a f t i g t . Man torde g r o v t kunna räkna med a t t f r a m t i d e n s upparbetningsmaskiner kan utföra samma arbe-te som dagens men med f y r t i o procents lägre i n s t a l l e r a d e f f e k t .

BAKGRUND

De mobila upparbetningsmaskiner som används inom skogsbruket är genomgående u t r u s t a d e med hydraulsystem för energiöverföring från motor t i l l v e r k t y g . Maskinerna har e f t e r hand u t v e c k l a t s och b l i v i t a l l t m e r komplexa, även med avseende på hydraulsystemen. H y d r a u l t e k n i k e n och komponenterna som används är i huvudsak av samma s l a g som på andra mobila maskiner, t i l l exempel en-t r e p r e n a d - och j o r d b r u k s m a s k i n e r . Typisken-t för skogsmaskinerna är dock a en-t en-t f l e r a v e r k t y g s i t t e r r e l a t i v t långt från motorn och på rörliga kranarmar, v i l k e t l e d e r t i l l energiförluster i ledningssystemet.

Energiöverföring och e n e r g i u t n y t t j a n d e t i skogsmaskinernas a r b e t s c y k l e r har t i d i g a r e i n t e s t u d e r a t s på e t t övergripande sätt. Tillgången på b i l l i g e n e r g i och möjligheten a t t lösa energiproblemen genom i n s t a l l a t i o n av moto-rer med större e f f e k t har säkerligen h a f t s t o r b e t y d e l s e härför.

På senare år har i n t r e s s e t för energifrågorna ökat och bränslemätningar har genomförts på f l e r t a l e t o l i k a skogsmaskiner. Dessa mätningar säger dock i n g e t om hur e n e r g i u t t a g e t fördelar s i g på de o l i k a f u n k t i o n e r n a under a r -b e t s c y k e l n .

En förutsättning för a t t kunna t i l l v e r k a lätta, driftsäkra, e f f e k t i v a och bränslesnåla skogsmaskiner är a t t man känner t i l l v i l k a t o t a l a e f f e k t - och e n e r g i u t t a g som e r f o r d r a s för de o l i k a momenten under maskinens a r b e t s c y k e l och hur dessa överlappar varandra. Den ökade k o m p l e x i t e t e n hos maskinerna har också ökat behovet av kunskap f o r k o n s t r u k t i o n av hydraulsystemen. I p r o j e k t e t har v i k o n c e n t r e r a t våra mätningar på de arbetsmoment som avser fälIning-kvistning-kapning av träd. Skogsmaskinens förflyttning studeras inom e t t p r o j e k t v i d Sveriges L a n t b r u k s u n i v e r s i t e t (SLU).

Målet med p r o j e k t e t är:

- A t t s k a f f a kunskap om de ingående maskinfunktionernas energibehov och söka besparingar genom energisnålare f u n k t i o n e r / v e r k t y g .

Att s k a f f a kunskap om energibehovets v a r i a t i o n under a r b e t s c y k e l n så att e n e r g i u t t a g e t kan minskas och jämnas u t genom bättre s t y r n i n g e l l e r ackumulering av e n e r g i .

FÖRSÖKSMETOD

För a t t bestämma e n e r g i u t t a g e t under a r b e t s c y k e l n har mätningar genomförts på e t t a n t a l o l i k a maskiner under r e a l i s t i s k a arbetsförhållanden. De e r -hållna r e s u l t a t e n har jämförts med r e s u l t a t e n från laboratoriekörningar med o l i k a v e r k t y g för k v i s t n i n g och kapning.

Mätningar i hydraulsystem på skogsmaskiner i arbete kräver en omfattande mätutrustning anpassad för miljön. Någon sådan mätutrustning fanns i n t e tillgänglig då p r o j e k t e t s t a r t a d e s så en väsentlig d e l av p r o j e k t e t har be-stått i u t v e c k l i n g och f r a m t a g n i n g av lämplig mätutrustning.

Mätningsförfarande

Vid mätningarna valdes e t t a n t a l lämpliga träd u t . Maskinen placerades i normalt läge i förhållande t i l l trädet. Mätvärdesinsamlingen s t a r t a d e s då kranen kördes från neutralläge, d v s h e l t hopdragen och med bearbetnings-delen r a k t framför maskinen. Kranen kördes därefter u t , bearbetningsbearbetnings-delen p o s i t i o n e r a d e s mot trädet, trädet fälldes, k v i s t a d e s och kapades v a r e f t e r kranen kördes t i l l b a k a t i l l neutralläget och mätvärdesinsamlingen avbröts Hela förloppet v i d e o f i l m a d e s för v a r j e träd.

Hur mätvärdena samlats i n

Vid insamlingen använder v i , som framgår av b i l a g a 1, e t t specialprogram där v i kan bestämma både i n s a m l i n g s f r e k v e n s och hur många medelvärdesbildningar som s k a l l göras. Detta innebär a t t om v i beställer i n s a m l i n g s f r e -kvensen 10 Hz och 8 medelvärdesbildningar kommer d a t o r n a t t 10 gånger per sekund göra 8 AD-omvandlingar per kanal och medelvärdesbilda d e t t a t i l l e t t värde per kanal som läggs i n i minnet.

Upplösning på mätdata T r y c k g i v a r e 1»35 bar Flödesqivare 0,9 l/min Hur mätvärdena bearbetats

I n d a t a från mätningarna är a r b e t s t r y c k , r e t u r t r y c k och flöde. Utdata är t r y c k d i f f e r e n s , flöde, e f f e k t och e n e r g i . T r y c k d i f f e r e n s e n ar beräknad från a r b e t s t r y c k minus r e t u r t r y c k och flödet är omräknat t i l l l i t e r / m i n med hän-syn tagen t i l l a k t u e l l k i n e m a t i s k v i s k o s i t e t ( o l j e t e m p e r a t u r ) . Uttagen e f f e k t är beräknad som t r y c k d i f f e r e n s x flöde och anges i kW. Den energi som anges är den under körningen ackumulerade e n e r g i n e n l i g t :

E n e r g i ( n ) = E n e r g i ( n - l ) + e f f e k t x s a m p l i n g s i n t e r v a l l . Anges i kWs.

För a t t nedbringa datamängden t i l l en r i m l i g s t o r l e k har därefter y t t e r l i -gare en medelvärdesbildning s k e t t 4 gånger.

Begränsningar och möjligheter

Monteringen av g i v a r e för t r y c k - och flödesmätning i hydraulsystemen är tämligen svår a t t utföra p g a a t t maskinerna o f t a s t är mycket kompakt byggda med d e l v i s svåråtkomliga h y d r a u l d r a g n i n g a r . Montering har därför måst ske i samarbete med s k o g s m a s k i n t i l l v e r k a r n a , v i l k e t g j o r t a t t v i

t v i n g a t s begränsa mätningarna t i l l färre maskiner än som planerades från början.

Den goda möjligheten t i l l d e t a l j s t u d i e r av skogsmaskinens hydraulsystem un-der a r b e t e , som mätmetoden och mätutrustningen möjliggör, har väckt s t o r t i n t r e s s e hos f l e r a m a s k i n t i l l v e r k a r e och kommer a t t u t n y t t j a s v i d u t p r o v -ningar av nya maskiner. Detta särskilt som f l e r a av s k o g s m a s k i n t i l l v e r k a r n a själva saknar l i k n a n d e mätutrustning.

RESULTAT

T o t a l t o m f a t t a r mätningarna ca s j u t t i o upparbetade inmätta träd. Resultaten f i n n s dokumenterade i diagram, exempel se b i l a g a 2, där ackumulerat e n e r g i -u t t a g , e f f e k t -u t t a g , flöde och t r y c k -under körningen kan avläsas. T i l l v a r j e diagram f i n n s också n o t e r i n g a r om träddiameter, trädlängd, a n t a l kapade s t o c k a r samt k v i s t i g h e t . Dessutom har v a r j e körning v i d e o f i l m a t s så man kan studera v i l k a maskinfunktioner som svarar mot r e s u l t a t e t i diagrammet. V i d e t t f y r t i o t a l mätningar har också bränsleförbrukningen mätts.

Vid en utvärdering av s a m t l i g a diagram kan följande s l u t s a t s e r dras: Det föreligger en k l a r k o r r e l a t i o n mellan e n e r g i u t t a g under den t o t a l a upparbetningscykeIn för kran och skördardel och c y k e l t i d .

Trädlängd, träddiameter och k v i s t i g h e t påverkar e n e r g i u t t a g e t för upp-a r b e t n i n g e n .

E n e r g i u t t a g e t för k r a n a r b e t e t påverkas mest av avståndet t i l l trädet. E n e r g i u t t a g e t för k r a n a r b e t e t är o f t a s t större än e n e r g i u t t a g e t för upparbetningen.

Under den t o t a l a upparbetningscykeln t a s endast halva maximala e f f e k t e n e l l e r mindre u t under 40 % av c y k e l t i d e n .

Genom de s t o r a v a r i a t i o n e r n a på trädlängd, träddiameter och k v i s t i g h e t , som föreligger, kan endast riktvärden på e f f e k t - och e n e r g i u t t a g anges för de o l i k a momenten i a r b e t s c y k e l n . V i d en trädstorlek med d^h 20 cm, en träd-längd på 15-20 m och normal k v i s t i g h e t gäller följande riktvärden för gran:

Fällningsmoment, e n e r g i u t t a g ca 100 kWs och maximalt e f f e k t u t t a g 15-35 kW

beroende på fälltid. Figur 1 v i s a r e n e r g i u t t a g e t för en kedjesåg som funk-t i o n av s n i funk-t funk-t d i a m e funk-t e r n v i d kapning i l a b o r a funk-t o r i e funk-t . På maskinerna krävs större e n e r g i u t t a g p g a förluster och klämningar.

Kapningsrooment, e n e r g i u t t a g som i f i g u r 1 men e t t maximalt e f f e k t u t t a g på

30-70 kW beroende på k a p t i d . Kaptiden bör e j överstiga en sekund om kap-ningen s k a l l k l a r a s utan s p r i c k b i l d n i n g .

Matningsmoment, e n e r g i u t t a g ca 400 kWs, v a r i e r a r mycket med trädlängd och

k v i s t i g h e t , maximalt e f f e k t u t t a g 30-70 kW beroende på genommatningshastig-het och kvistmotstånd.

Kranmoment, e n e r g i u t t a g ca 600 kWs, v a r i e r a r med kranlängd och

Energiuttag

(kWs)

100

- I

80

60

4 0

20

-10

20

30 40 50

Sni+tdiameter (cm)

Figur 1. E n e r g i u t t a g som f u n k t i o n av s n i t t d i a m e t e r n för kapning med kedje-såg. .404-kedja, k e d j e h a s t i g h e t 40 m/s, under laboratorieför-hållanden .

SLUTSATSER

Mätresultaten v i s a r a t t det är s t o r a v a r i a t i o n e r i e n e r g i - och e f f e k t u t t a g för de o l i k a momenten i a r b e t s c y k e l n v i d upparbetningen av e t t träd, se diagram VAL 23 ENG, b i l a g a 2. Det är också s t o r a v a r i a t i o n e r mellan o l i k a träd beroende på trädstorlek och hur kranlängden u t n y t t j a s i h a n t e r i n g e n . V a r i a t i o n e r på grund av trädstorlek kan i n t e undvikas. Däremot kan övriga v a r i a t i o n e r t i l l v i s s d e l jämnas u t . Funktionernas e n e r g i u t t a g bestäms t i l l v i s s d e l av v i l k e n t e k n i k som v a l t s och maximala e f f e k t u t t a g e t av hur f u n k t i o n e r n a överlappar varandra. Detta kan g i v e t v i s påverkas inom vissa gränser.

E t t exempel. En g a l l r i n g s k r a n med s t o r räckvidd och s t o r t arbetsavstånd kräver e t t s t o r t e n e r g i u t t a g . Ar kranen av vikarmstyp v a r i e r a r e f f e k t u t t a -get dessutom o f t a under rörelsemönstret så a t t s t o r a t o p p b e l a s t n i n g a r upp-står. Gm kranen är monterad på en tvågreppsskördare*, innebär det a t t om kranarbete utförs s a m t i d i g t med upparbetning av träd i k v i s t n i n g s / k a p ningsenheten, uppstår e t t s t o r t t o p p e f f e k t u t t a g med mycket s t o r a v a r i a t i o -ner i u t t a g e t . Kapoperationen, som är mycket k o r t , är en mycket effektkrävande f u n k t i o n under upparbetningen. Om den körs s a m t i d i g t med k r a n f u n k t i o -nerna b l i r det dimensionerande för e f f e k t u t t a g e t på maskinen. Om man istället anordnar hydraulsystemet på tvågreppsskördaren så a t t övriga funkt i o n e r blockeras under den sekund kapningen pågår, kan defunkt maximala e f f e k funkt u t t a g e t i hydraulsystemet reduceras med ungefär en t r e d j e d e l . Om d a t o r i s e

-Tvågreppsskördare - En upparbetningsmaskin där fällning utförs med e t t fällhuvud och k v i s t n i n g - k a p n i n g med v e r k t y g monterade på basmaskinen.

rad k r a n s t y r n i n g dessutom i n s t a l l e r a s , jämnas också kranens e f f e k t u t t a g ut. Det innebär a t t en mindre motor kan i n s t a l l e r a s i maskinen.

S t o r l e k e n på e n e r g i u t t a g e t för de o l i k a f u n k t i o n e r n a bestäms som t i d i g a r e sagts d e l v i s av v a l e t av v e r k t y g . Här följer en genomgång av hur e n e r g i -och e f f e k t u t t a g e t för f u n k t i o n e r n a i en upparbetningsmaskin kan påverkas. Kranf unktionen

Av våra mätningar framgår a t t teleskopkranen har e t t jämnare e f f e k t u t t a g än vikarmskranen. Detta är t r o l i g e n mest e t t r e s u l t a t av den k o n s t r u k t i v a u t -formningen på de uppmätta kranarna, men det är v i k t i g t a t t u t v e c k l a båda typerna så a t t e f f e k t u t t a g e t b l i r så jämnt som möjligt. Kranar med s t o r räckvidd, långkranar, är e t t s p e c i e l l t problem. Då man v i l l uppnå så k o r t a p n s i t i o n e r i n g s och i n t a g n i n g s t i d e r som möjligt, ökas kravet på e f f e k t u t t a g . Detta kombineras med ökade förluster p g a ökad ledningslängd. D a t o r i -serad k r a n s t y r n i n g , s k k r a n s p e t s s t y r n i n g , t o r d e vara en möjlighet a t t jämna u t e f f e k t u t t a g e t på vikarmskranen. D a t o r s t y r n i n g e n gör också e f f e k t u t t a -get mindre förarberoende, v i l k e t också kan leda t i l l utjämning.

Fäll- och g r i p f u n k t i o n

E n e r g i u t t a g e t är tämligen måttligt, upp t i l l ca 100 kWs, men är ändå o f t a k r i t i s k t p g a de s t o r a tryckförluster som uppstår från pumpen u t t i l l kranspetsen. Genom a t t u t n y t t j a högt systemtryck kan flödet och därmed l e d -ningsförlusterna hållas nere. Genom e f f e k t s t y r n i n g av sågen kan det

maxima-la e f f e k t u t t a g e t begränsas. Metoden är lämplig då fälltiden o f t a s t kan

tillåtas öka några sekunder på grova träd. Kedjesågen som v e r k t y g b e t r a k t a t är mycket e f f e k t i v och har e t t lågt e n e r g i u t t a g , se f i g u r 1. Klingsågen som är något e f f e k t i v a r e kan vara e t t v e r k t y g s a l t e r n a t i v . G r i p f u n k t i o n e n är mycket förenklad på dagens skördare och saknar betydelse ur e f f e k t - och e n e r g i s y n p u n k t .

Matnings- och k v i s t n i n g s f u n k t i o n

E n e r g i u t t a g e t i matnings- och k v i s t n i n g s f u n k t i o n e n är svårt a t t minska men e f f e k t u t t a g e t kan jämnas u t . E n e r g i u t t a g e t bestäms i huvudsak av trädvikten och den e r f o r d e r l i g a k v i s t n i n g s k r a f t e n . V i d s t o r t snödjup e l l e r täta be-stånd kan också e n e r g i u t t a g e t öka genom a t t f r i k t i o n s k r a f t e n mellan träd och mark e l l e r mellan träd och träd ökar v i d i n d r a g n i n g av trädet. För a t t k l a r a k v i s t n i n g av g r o v k v i s t i g a träd med f a s t a k v i s t k n i v a r krävs en mat-n i mat-n g s h a s t i g h e t på mimat-nst 2 m/s. Det gör a t t e f f e k t u t t a g e t v i d k v i s t mat-n i mat-n g med

f a s t a k v i s t k n i v a r bestäms av kvistmotståndet.

Ett sätt a t t jämna u t e f f e k t u t t a g e t är a t t införa a k t i v a k v i s t v e r k t y g , t y p fräsar e l l e r k l i n g o r , som sågar av k v i s t a r n a . E n e r g i u t t a g e t för genommat-ningen av trädet och k v i s t a v v e r k n i n g e n fördelas då på o l i k a f u n k t i o n e r så att en utjämning erhålls. Det innebär dock ingen sänkning av det t o t a l a e n e r g i u t t a g e t , men det maximala e f f e k t u t t a g e t kan med den lösningen minskas genom a t t en sänkning av matningshastigheten är möjlig v i d g r o v k v i s t i g a träd.

På engreppsskördarna* f i n n s möjlighet a t t minska e n e r g i u t t a g e t genom a t t förbättra s t y r n i n g e n av stammen i bearbetningsdelen under matning. Genom att bearbetningsdelens a n l i g g n i n g mot stocken o f t a s t är k o r t uppstår en byrålådseffekt mellan stam och b e a r b e t n i n g s d e l . Det leder också t i l l a t t de f a s t a k v i s t k n i v a r n a skär i n i stammen med ökande matningskraftbehov som r e s u l t a t . En åtgärd som t o r d e minska m a t n i n g s k r a f t b e h o v e t är a t t låta k v i s t -verktygen få en f l y t a n d e c e n t r e r i n g mot stammen så a t t -verktygen följer stammens k r o k i g h e t och i n t e skär i n i stammen.

På engreppsskördare f i n n s också möjligheten a t t minska det maximala e f f e k t -u t t a g e t för m a t n i n g s f -u n k t i o n e n genom a t t matningen kan kombineras med lämp-l i g kranrörelämp-lse. Även t i lämp-l lämp-l s k o t t s k r a f t e r n a p g a f r i k t i o n e n melämp-llämp-lan mark och träd kan o f t a s t bemästras genom en kombination av matning och k r a n a r b e t e . I övrigt är e n e r g i u t t a g e n l i k a för en- och tvågreppsskördarnas matnings- och k v i s t n i n g s f u n k t i o n e r .

Ett problem av b e t y d e l s e för engreppsskördarna är ledningsförlusterna mel-l a n pump och aggregat. För de s t o r a fmel-löden som e r f o r d r a s v i d matning och kapning b l i r förlusterna betydande, ca en t r e d j e d e l av det t o t a l a e n e r g i u t -t a g e -t går b o r -t i ledningsförlus-ter. Av d e -t -t o -t a l a e n e r g i u -t -t a g e -t på ca 400 kWs, för upparbetning av e t t träd med en engreppsskördare, åtgår ca 60 % för genommatning-kvistning av trädet.

Kapfunktionen

Kapningen är en från f l e r a synpunkter k r i t i s k f u n k t i o n . För a t t undvika k a p s p r i c k o r krävs a t t stammen, oavsett diameter, kapas på k o r t a r e t i d än en sekund. Det ställer mycket s t o r a krav på k a p v e r k t y g e t och möjlighet t i l l e f f e k t u t t a g . E f f e k t u t t a g på 50-60 kW är v a n l i g a . Trots a t t e f f e k t u t t a g e t sker under så k o r t t i d är det t i l l s t o r d e l dimensionerande för h y d r a u l -systemet. En återgång t i l l klingsåg på tvågreppsskördarens k a p f u n k t i o n s k u l l e minska e f f e k t u t t a g e t något men d e t innebär istället utrymmespro-blem. Bättre s t y r n i n g av kapförloppet genom s e r i e l l d a t o r s t y r n i n g är en an-nan möjlighet a t t minska t o p p e f f e k t u t t a g e t . Försök med d e t t a pågår v i d Trä-t e k .

övriga f u n k t i o n e r

På främst tvågreppsskördarna förekommer f l e r a andra f u n k t i o n e r , som svängning och h o r i s o n t e r i n g av upparbetsvängningsbord, matsvängning av kapsv'ard, a n l i g g -ning av m a t a r r u l l a r och k v i s t k n i v a r samt t o p p k l i p p . Flera av f u n k t i o n e r n a återfinns även på engreppsskördare. Beroende på maskintyp v a r i e r a r e n e r g i -u t t a g e t från 150 t i l l 300 kWs för dessa f -u n k t i o n e r . G e n e r e l l t kan sägas a t t engreppsskördarna har det lägre e n e r g i u t t a g e t . Effektmässigt för maskinen är u t t a g e n i n t e dimensionerande.

Engreppsskördare - En maskin där fällning och upparbetning utförs med samma kranspetsmonterade v e r k t y g .

10

O l i k a t y p e r av hydraulsystem

På maskinerna i marknaden f i n n s d e l s konstantflödessystem, dels a v l a s t a t k o n s t a n t t r y c k s y s t e m . Det är i n t e möjligt a t t , med utgångspunkt från våra mätningar, ange v i l k e t system som är a t t föredra ur e n e r g i u t t a g s s y n p u n k t . Verkningsgrad

V e r k n i n g s g r a d e n t o t skogsmaskin kan u t t r y c k a s som: e n e r g i u t t a g e t i hydraulsystemet , ^ fxy\

X luu -y?tot V'o;.

energiinnehållet i tillfört bränsle 6

Vid två tillfällen g j o r d e s mätningar av maskinens bränsleförbrukning, sam-t i d i g sam-t med mäsam-tningarna på hydraulsyssam-temesam-t. V i d desam-t ena sam-tillfällesam-t gjordes mätningen på en ny t y p av g a l l r i n g s m a s k i n med k o n s t a n t t r y c k h y d r a u l s y s t e m . Verkningsgraden b l e v ca 25 %. I det andra f a l l e t g j o r d e s mätningen på en äldre t y p av maskin med konstantflödessystem. I det f a l l e t blev v e r k n i n g s -graden ca 15 %. Skördaraggregaten var l i k a på bägge maskinerna och båda mätningarna g j o r d e s i g a l l r i n g s s k o g . Förarna körde dock maskinerna mycket o l i k a . Den nyare maskinen kördes l u g n t med ca 1600 rpm. Den äldre typen av maskin kördes med ca 2100 rpm. S k i l l n a d e r n a i verkningsgrad t o r d e därför främst kunna hänföras t i l l förarnas o l i k a körsätt, som påverkat bränsleför-brukningen. För moderna skördare med en bränsleförbrukning på ca

11 BILAGA 1 BESKRIVNING AV MÄTSYSTEM FÖR HYDRAULMÄTNINGAR PA SKOGSMASKINER I ARBETE

Mätsystemet består av två d e l a r , g i v a r e och mätvärdesinsamlingssystem. G i -varna (flödes- och t r y c k g i v a r e ) har köpts i n medan mätvärdesinsamlings-systemet byggts ihop v i d Trätek.

Givarna består av t r e stycken flödesgivare av t u r b i n t y p , f a b r i k a t Flow Technology I n c , t y p FT-16 W50-LB för flöden 2,3-230 l i t e r / m i n och maximalt t r y c k f a l l 450 bar. Flödesgivarna är k a l i b r e r a d e för t r e v i s k o s i t e t e r i 25 o l i k a p u n k t e r . Tryckgivarna är av f a b r i k a t Bofors PT 380 10.000 p s i (2 s t ) , PT 340 5.000 p s i (6 s t ) och PT 340 500 p s i (4 s t ) . T i l l g i v a r n a f i n n s s i g -nalförstärkare, anpassade för mätvärdesinsamlingssystemet.

Det insamlingssystem v i använde v i d mätningarna är baserat k r i n g I n t e l en-c h i p s m i k r o d a t o r 8751.

Detta är en ren CPU med 4 kbyte i n b y g g t EPROM. Detta minne används som p r o -gramminne för b l a det program som u t n y t t j a d e s v i d i n s a m l i n g av mätvärdena. Den k r i n g u t r u s t n i n g som e r f o r d r a s på d a t o r k o r t e n för a t t d a t o r n s k a l l vara p r a k t i s k t användbar som mätvärdesinsamlingsenhet är:

USART XL88C681, en kommunikationskrets med två s e r i e l l a k a n a l e r använd för kommunikation med t ex den l i l l a handburna t e r m i n a l v i använder för a t t ge kommandon t i l l d a t o r n . Denna k r e t s används även för a t t överföra mätvärden från d a t o r n t i l l en s t o r d a t o r e l l e r något annat utvärderings-system.

AD-omvandlare AD 0820 med vars hjälp de o l i k a g i v a r n a s analoga s i g n a l e r omvandlas t i l l d i g i t a l a värden som kan l a g r a s på minnet. AD-omvandlaren omvandlar en analog s i g n a l på mellan O och 5 v t i l l värden mellan 0-255 (8 b i t a r ) .

M u l t i p l e x o r e r DG 509:or. Dessa har t i l l u p p g i f t a t t länka i n rätt g i -v a r s i g n a l t i l l AD-om-vandlaren så a t t -v i kan a-vläsa den där. De t r e mul-t i p l e x o r e r n a som f i n n s på k o r mul-t e mul-t k l a r a r a mul-t mul-t länka i n upp mul-t i l l 12 o l i k a g i v a r e .

- Det batteribackup-minne som l i g g e r på k o r t e t rymmer f u l l t utbyggt 192.000 mätvärden om 8 b i t a r . Mätvärdena behålls i minst 10 år med b a t t e r i e t på k o r t e t .

DAomvandlare AD 7226 för p r e s e n t a t i o n av mätvärden på o s c i l l o s c o p e -skärm. Dessa k r e t s a r f u n g e r a r så a t t när man lägger u t e t t d i g i t a l t mätvärde t i l l dem sänder de u t en analog s i g n a l som motsvarar d e t t a värde. På d e t t a v i s kan man med hjälp av två DA-omvandlare presentera kurvor på en oscilloscopeskärm. (Den ena DA-omvandlaren genererar x-svepet och den andra y-x-svepet.)

12

När man s k a l l läsa i n e t t värde från en g i v a r e t i l l minnet är sekvensen alltså:

1. E t t kanalnummer beställs av m u l t i p l e x o r e r n a som då länkar i n den ana-loga s i g n a l e n t i l l AD-omvandlaren.

2. Man begär en AD-omvandling av AD-omvandlaren. 3. Värdet från AD-omvandlaren avläses.

4. Värdet placeras i b a t t e r i b a c k u p - m i n n e t .

Datorn k l a r a r normalt a t t samla i n 200.000 mätvärden per sekund på en ka-nal, v i l k e t möjliggör s t u d i e r av r e l a t i v t snabba förlopp.

Dessutom ar den försedd med en r e a l t i d s k l o c k a som v i d mycket långsamma i n -samlingsförlopp kan användas för a t t t i d s r e l a t e r a de insamlade värdena, t ex genom a t t varannan m i n n e s p o s i t i o n innehåller mätvärden och varannan den t i d p u n k t v i d v i l k e n mätningen g j o r d e s .

Systemet är mycket användbart för mätningar på p l a t s e r där tillgång t i l l nätspänning saknas, då hela u t r u s t n i n g e n kan d r i v a s med två stycken o r d i

13 BILAGA 2 Diagrammen VAL 23.FAL, VAL 23.KRA och VAL 23.ENG (se följande s i d a ) är exempel på hur e n e r g i u t t a g e t (kWs), e f f e k t u t t a g e t (kW), flödet ( l i t e r / m i n ) och t r y c k e t ( b a r ) v a r i e r a r med t i d e n v i d upparbetning av e t t träd med en engreppsskördare t y p Volvo Valmet 901 med skördare 935. Trädet är en gran med d^h = 25 cm och höjd ca 16 m. Maskinen är så placerad i förhållande

t i l l trädet a t t endast 1/3 av kranens räckvidd behöver användas. Trädet har endast t o r r k v i s t på första stock och r e l a t i v t k l e n k v i s t på övriga delen av trädet. Diagram FAL v i s a r f u n k t i o n e r n a i skördardelen och diagram KRA kranf u n k t i o n e r n a . Diagram ENG v i s a r hur det sammanlagda e n e r g i och e kranf kranf e k t u t t a get v a r i e r a r under a r b e t s c y k e l n som är 38 s lång. I t a b e l l e n nedan r e d o v i -sas de o l i k a arbetsmomenten r e l a t e r a d e t i l l t i d s a x e l n i diagrammen.

Tid i a r b e t s - Arbetsmoment c y k e l n , ( s )

0 - 8,0 Kran u t och p o s i t i o n e r i n g mot trädet. 8,0 - 12,0 Fällning av träd dpQts = 30 cm.

12,0 - 16,0 I n t a g n i n g av träd med k r a n .

15,0 - 18,0 M a t n i n g - k v i s t n i n g av första stock L = 4,5 m. 18,5 - 20,0 Kapning första stock d = 19 cm.

20,0 - 23,5 M a t n i n g - k v i s t n i n g andra stock L = 4,7 m. 23,5 - 24,5 Kapning andra stock d = 16 cm.

25,0 - 28,5 M a t n i n g - k v i s t n i n g t r e d j e stock L = 4,3 m. 28, 5 - 29,5 Kapning t r e d j e stock d = 10 cm.

29,5 - 31,5 Utmatning-släppning topp. 31,5 - 38,0 Kran i n och fällhuvud upp.

Maximala e f f e k t u t t a g e t under a r b e t s c y k e l n är 48 kW men under 40 % av c y k e l -t i d e n är de-t endas-t 24 kW e l l e r mindre. Diagrammen är mycke-t r e p r e s e n -t a -t i v a för engreppsskördare.

Vid tvågreppsskördare sker en v i s s överlappning mellan f u n k t i o n e r n a i skördar och kranenheten, v i l k e t l e d e r t i l l ännu större v a r i a t i o n i e f f e k t u t -tag.

<

<

>

1

<

: ^

n n

O J

I

<

UD

L U

Detta digitala dokument skapades med anslag från

Stiftelsen Nils och Dorthi

Troédssons forskningsfond

TräteknikCentrum

Box 5609,114 86 STOCKHOLM Besöksadress: Drottning Kristinas väg 67 Telefon: 08-14 53 00

Telex: 144 45 tratek s Telefax: 08-1161 88 Huvudenhet med kansli

Asenvägen 9, 552 58 JÖNKÖPING Telefon: 036-12 60 41 Telefax: 036-16 87 98 ISSN 0283-4634 931 87 SKELLEFTEÅ Besöksadress: Bockholmsvägen 18 Telefon: 0910-652 00 Telex: 650 31 expolar s Telefax: 0910-652 65