Underkapning av grova trädstammar förstudie

8906025

Anders Lycken

Underkapning av grova

trädstammar

Förstudie

Trätek

Anders Lycken

UNDERKAPNING AV GROVA TRÄDSTAMMAR Förstudie

TräteknikCentrum, Rapport P 8906025

Nyckelord

oomplete tree harvesting harvesting

logs

INNEHÅLLSFÖRTECKNING Sid SAMMANFATTNING 3 BAKGRUND 3 FORSOKSUPPLÄGGNING 4 SPRICKBILDNING 5 Kommentar s p r i c k o r 7 URDRAGNINGAR 8 Kommentar s p r i c k o r 10 SLUTSATSER 10 DISKUSSION 10 FORTSÄTTNING 11

SAMMANFATTNING

Vid kapning av grova träd med skördare e l l e r processor med för l i t e n såg-k a p a c i t e t f a l l e r den f r i t t hängande stocsåg-känden mot marsåg-ken innan stocsåg-ken är h e l t genomsågad. Följden av d e t t a är a t t v i r k e s s k a d o r i form av spjälk-n i spjälk-n g a r , s p r i c k o r o c h / e l l e r u r d r a g spjälk-n i spjälk-n g a r uppstår.

En begränsad förstudie för a t t u t r e d a e v e n t u e l l n y t t a av underkap och, då så v a r i t f a l l e t , nödvändigt s n i t t d j u p h a r företagits.

Studien, som utfördes på en t r a k t o r b u r e n processor av typen Vimek G 30, bekräftar a t t man bör utföra underkap v i d kapning av träd som är grova i förhållande t i l l kapsågens k a p k a p a c i t e t .

De s p r i c k o r som uppstod i försöket låg o f t a s t i området 0-1/3 av diametern, underifrån räknat. De uppstod då underkapsdjupet var mindre än 1/3 av d i a -metern.

De f l e s t a urdragningarna uppstod då underkapsdjupet var mellan 2/5 och 1/2 diametern, underifrån räknat.

S p r i c k o r n a sträckte s i g i b l a n d över 30 cm i n i stocken. Urdragningarna v a r o f t a s t i n t e större än ca 2 cm, med "hålet" i den f a s t a änden.

Underkapsdjupet bör därför vara mellan 1/3 och 2/5 av e l l e r mer än 1/2 s t o c k d i a m e t e r n . Av p r a k t i s k a skäl, såsom a t t sågen f a s t n a r , bör man hålla underkapet inom d e t förstnämnda i n t e r v a l l e t .

BAKGRUND

Vid kapning av grova träd med skördare e l l e r processor med för l i t e n såq-k a p a c i t e t f a l l e r den f r i t t hängande stocsåq-känden mot marsåq-ken innan stocsåq-ken är h e l t genomsågad. Följden är a t t v i r k e s s k a d o r i form av spjälkningar,

s p r i c k o r o c h / e l l e r u r d r a g n i n g a r uppstår. D e t t a inträffar då k a p t i d e n övers t i g e r 1 översekund för normallångt timmer. V i d kapning av timmer med en d i a -meter överstigande 30 cm är d e t svårt a t t k l a r a av a t t genomsåga på den k o r t a t i d e n med dagens u t r u s t n i n g a r .

Sågkapaciteten beror b l a på hur hydraulsystemet är k o n s t r u e r a t , t ex i n s t a l l e r a d maximal e f f e k t på d r i v m o t o r n samt svärd-/ kedjeunderhållet. Möjligheten a t t y t t e r l i g a r e öka e f f e k t u t t a g e t utöver d e t som idag t a s u t bedöms vara r i n g a , beroende på b l a kedjans k o n s t r u k t i o n .

För a t t förhindra v i r k e s s k a d o r och ändå kunna begränsa, e v e n t u e l l t också minska, e f f e k t u t t a g e t u r sågmotorn kan man utföra s k underkap. Det innebär a t t man, innan stocken sågas uppifrån, lägger e t t s n i t t underifrån, jämför ansning av t ex äppelträd.

Underkapningen innebär en k o n s t r u k t i v k o m p l i k a t i o n som kan lösas antingen genom en separat underkapssåg e l l e r med en ändrad matningsrörelse på den o r d i n a r i e kapsågen.

FÖRSOKSUPPLÄGGNING

Vid s t u d i e n användes en Vimek G30, e t t t r a k t o r b u r e t upparbetningsaggregat, se f i g u r 1. Maskinen kördes av en van förare. Med Vimekaggregatet kan man göra underkap v i d kapning av grova stammar.

Figur 1 . Vimek G30.

40 kap utfördes på granstammar med en kapdiameter på mellan 13 och 23 cm. Underkapsdjupen var mellan O och 12 cm. Förhållandet mellan underkapsdjupet och diametern v a r mellan O och 65 %, se f i g u r 2.

F i g u r 2. Förhållandet mellan underkapet IJ och diametern D.

Kapen r e g i s t r e r a d e s med videokamera för senare utvärdering. På f i l m e n i n -kopierades t i d e n så a t t k a p t i d e r n a senare kunde mätas. K a p t i d e r n a för den resterande stammen, e f t e r e v e n t u e l l t underkap, var mellan 0,5 och 4,9 se-kunder .

Nämnas bör a t t Vimekmaskinens upparbetningsbord är förhållandevis lågt jäm-fört med tvågreppsskördarnas. Därför t o g den f r i t t hängande stockänden v i d en d e l kap stöd mot marken innan den var h e l t genomsågad. Det innebar a t t s p r i c k o r n a i dessa f a l l i n t e b l e v så s t o r a som de s k u l l e b l i v i t v i d upp-a r b e t n i n g på en större mupp-askin med e t t högre p l upp-a c e r upp-a t uppupp-arbetningsbord. SPRICKBILDNING

S p r i c k o r uppstår då den f r i a stockänden f a l l e r mot marken, se f i g u r 5. Som f i g u r e n v i s a r uppstod de största s p r i c k o r n a i den f a s t inspända änden.

I V i m e k f a l l e t b e r o r d e t t r o l i g e n på a t t avståndet mellan "bordskanten" och såystället är för långt.

F i g u r 3, Upparbetningsbordet på Vimek G30, p r i n c i p s k i s s

Träets, f u r u och gran, draghållfasthet tvärs f i b r e r n a är 3-5 N/mm^ och p a r a l l e l l t f i b r e r n a 75150 N/mm2. Böjhållfastheten är 60100 N/mm2. B e l a s t -ningen v i d kapning kan b l i b e t y d l i g t högre än så.

En 4,5 m stock med diametern 15 cm väger ca 50 kg. Den v i k t e n s k a l l t a s upp av den i c k e genomsågade s t o c k d e l e n , se f i g u r 4, d e l s som tvärkraft, d e l s som e t t tillfört moment. Momentet ger upphov t i l l d e l s s k j u v n i n g , d e l s en d r a g k r a f t v i d p l a n e t d i t översågningen har nått. Både arean på den r e s t e -rande ytan och längden på dess övre begränsningslinje minskar v i d sågningen e f t e r d e t a t t m i t t e n har p a s s e r a t s , v i l k e t gör a t t både s k j u v - och drag-spänningen ökar. V i d underkap ändras kraftförhållandena något, se f i g u r 5.

i i g u r 4. Kraftförhållanden utan underkap

F i g u r 5. Kraftförhållanden med underkap.

Det är i n t e den rena böjhfillfastheten som är den dimensionerande s t o r h e t e n , eftersom d e t återstående segmentet e g e n t l i g e n i n t e går av p g a böjning, utan genom a t t sammanhållningen mellan f i b r e r n a släpper, en kombination av tvärkraft och s k j u v n i n g . Beräkningsteorierna är komplicerade och t a r v a r bara de en egen u t r e d n i n g .

Om sågen g i c k ned p r e c i s utanför "bordskanten" s k u l l e s p r i c k o r n a e v e n t u e l l t kunna minskas. De s k u l l e i a l l a f a l l t i l l s t o r d e l f l y t t a s t i l l den av-kapade s t o c k e n , e f t e r s o m man har e t t stöd som t a r upp tvärkraften i den

f a s t a änden, se f i g u r 6. Om d e t är a t t föredra kan d i s k u t e r a s . Momentet s k u l l e i n t e ändras.

Figur 6. Upparbetningsbord med sågen nära bordskanten Kommentar s p r i c k o r

För a t t undvika s p r i c k o r v i d kapning med för låg k a p k a p a c i t e t bör man a l l t -så underkapa. På -så sätt ökar man den belastningsupptagande arean genom a t t den i c k e genomsågade s t o c k d e l e n l i g g e r närmare den t j o c k a r e delen av tvär-s n i t t e t . Detvär-stvär-sutom behöver tvär-sågen i n t e a r b e t a tvär-så länge för a t t tvär-såga igenom stocken, med r i s k för a t t den går ner i varv med minskad k a p a c i t e t som följd.

Denna s t u d i e t y d e r på a t t man för a t t undvika s p r i c k o r måste underkapa t i l l minst 1/3 av d i a m e t e r n , se f i g u r 7.

40 Q. D 0) "O LO 2 Ö i i 3 T 1 ' _{i • ' ' I} 1 1 — -- X

•

F i g u r 7. Diagrammet v i s a r skadedjupet som f u n k t i o n av underkapsdjupet/ s t o c k d i a m e t e r n . S p r i c k o r markeras med x, urdrag med • och skade-f r i a kap med 0. Man s e r a t t s p r i c k o r uppstår v i d underkapsdjup <1/3 av diametern och u r d r a g n i n g a r v i d underkapsdjup mellan 2/5

och 1/2 diametern. URDRAGNINGAR

I undersökningen upptäcktes inga u r d r a n n i n g a r såvida i n t e underkap g j o r t s . Urdragningarna var i försöket o f t a s t i n t e d j u p a r e än ca 2 cm, med "hålet" i den f a s t änden, se f i g u r 7 och 8.

F i g u r 8. Urdragningens utseende och längd

Urdragningarna uppstår då den f r i a stockänden f a l l e r mot marken, se f i -gur 5, och d r a g k r a f t e n F3 s k a l l t a s upp av en a l l t mindre y t a . V i d s t o r t underkap kan stocken v i n k l a ner så mycket a t t stockändarnas nederkanter går ihop utan a t t någon s p r i c k a har uppstått. Drag- och skjuvspänningarna v i d det hårdast b e l a s t a d e f i b e r p l a n e t b l i r då mycket höga och u r d r a g n i n g a r upp-står. V i d l i t e t underkap s p r i c k e r stocken i stället.

Vid försöket f i c k v i f l e s t u r d r a g v i d underkap k r i n g och något över 2/5 av diametern.

Om sågen f l y t t a s närmare bordskanten s p e l a r t r o l i g e n ingen r o l l för u r d r a g -n i -n g a r -n a , då d e t j u främst är böjmome-ntet som påverkar dem.

Urdragningar uppstår lättare då under- och översnitten i n t e är p a r a l l e l l a , se f i g u r 9. Det innebär a t t " r e s t a r e a n " b l i r t r i a n g e l f o r m a d , och det övre hörnet får t a upp en mycket större b e l a s t n i n g än v i d p a r a l l e l l a s n i t t .

Lrriäceniruirr)

10

För a t t undvika d e t t a fenomen v i d underkap bör man alltså göra s n i t t -f r o n t e r n a p a r a l l e l l a och h o r i s o n t e l l a .

Urdragning kan ske v i d kap u t a n underkap om s n i t t e t görs "från s i d a n " . Kunmentar u r d r a g n i n g a r

För a t t undvika u r d r a g n i n g a r bör man i n t e underkapa mer än t i l l ca 2/5 av diametern e l l e r underkapa mer än 1/2 diametern.

SLUTSATSER

E f t e r denna begränsade s t u d i e kommer man fram t i l l r e s u l t a t e n :

För a t t undvika både s p r i c k o r och u r d r a g n i n g a r bör underkapsdjupet vara mellan 1/3 och 2/5 av e l l e r mer än 1/2 diametern.

Är underkapet för l i t e t uppstår s p r i c k o r , annars kan u r d r a g n i n g a r uppstå. Underkapet måste a v s l u t a s tämligen h o r i s o n t e l l t och överkapet måste möta underkapet tämligen p a r a l l e l l t . Det väsentliga för a t t undvika u r d r a g n i n g a r är a t t i n t e lämna e t t "hörn" i överkanten, se f i g u r 10, utan göra en så h o r i s o n t e l l sågfront som möjligt.

DISKUSSION

Underkapet kan vara svårt a t t motivera på t ex tvågreppsskördare, då d e t krävs en y t t e r l i g a r e sågfunktion med tillhörande h y d r a u l i k och e l e k t r o n i k . Kostnaden för underkapsfunktionen är i d e t t a skede i n t e möjlig a t t upp-s k a t t a . Värdeförluupp-sten för upp-s p r i c k upp-s k a d o r n a är för en tvågreppupp-supp-skördare maxi-malt 75.000 kr/år. En underkapslösning kan i n t e g a r a n t e r a h e l t s k a d e f r i kapning, v i l k e t betyder a t t kanske max 40-50.000 kr/år går a t t spara genom ökat virkesvärde.

Kan man däremot med underkap minska k r a v e t på kedjeunderhåll och minska s l i t a g e t på k e d j a och svärd samt förenkla h y d r a u l i k s y s t e m e t genom minskat e f f e k t b e h o v på kapsågen kan mycket v i n n a s .

Hur och om sågens avstånd t i l l bordskanten påverkar s p r i c k d j u p e t kan också behöva u t r e d a s . A t t s p r i c k o r n a hamnar i o l i k a ändar kan möjligen härmed vara v i s a t , men i n t e om de dessutom b l i r o l i k a s t o r a .

Man kan dela i n underkapsdjupet i f y r a zoner, angivna som ungefärlig andel av diametern:

Zon 1 . L i t e t underkap; O - 1/3 av diametern. Skador främst i form av s p r i c k o r .

Zon 2. Medeldjupt underkap; 1/3 - 2/5 av diametern. Få skador.

Zon 3. S t o r t underkapsdjup; 2/5 - 2/3 av diametern. Skador främst i form av u r d r a g .

11 Zon 4. flnnu större underkapsdjup; mer än 2/3 av d i a m e t e r n . Sågen kör f a s t

och kap b l i r omöjligt a t t genomföra.

E t t problem är a t t avgöra v i d v i l k e t underkapsdjup zongränserna går. De är kanske dessutom beroende av diameter, stocklängd, träslag, årsringsbredd, a v v e r k n i n g s t i d m m.

FOfUSÄTTNING

Som a n g e t t s t i d i g a r e är d e t t a endast a t t b e t r a k t a som en förstudie. Resul-t a Resul-t e n är dock Resul-tämligen e n Resul-t y d i g a . En e v e n Resul-t u e l l forResul-tsäResul-tResul-tning av s Resul-t u d i e n bör genomföras även i laboratoriemiljö, så a t t en bättre k o n t r o l l av de påver-kande parametrarna kan erhållas.

I den s t u d i e n s k u l l e t ex kunna ingå:

Noggrannare analys av underkapsdjupets zongränser och vad som påverkar dem.

Sågens p l a c e r i n g i förhållande t i l l bordskanten. Ekonomisk p o t e n t i a l .

Box 5609,114 86 STOCKHOLM

Besöksadress: Drottning Kristinas väg 67 Telefon: 08-14 53 00

Telex: 144 45 trateic s Telefax: 08-11 61 88 Huvudenhet med icansli

Detta digitala dokument skapades med anslag från

Stiftelsen Nils och Dorthi

Troédssons forskningsfond

Trätekn i kCent ru m

Åsen vägen 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