Givarteknologi för skogsbruket nordiskt seminarium om ett NSR-projekt

8810067

GMFlM)ISir

Richard Uusijärvi

Givarteknologi för

skogsbruket

Nordiskt seminarium om ett NSR-projekt

Trätek

Richard Uusijärvi

GIVARTEKNOLOGI FÖR SKOGSBRUKET N o r d i s k t seminarium om e t t N S R - p r o j e k t

TräteknikCentrum, Rapport P 8810067

Nyckelord

computerized prooess-ing systems harvesting

process cojitrol sensors

I N N E H Ä L L S F Ö R r E C K N I N G FÖRORD S i d 3 1. SAMMANFATTNING 2. BAKGRUND 4 3. KRAN5TYRNING5PR0BLEMATIK 3.1 Bakgrund 3-2 Genomförande 3.3 R e s u l t a t

4. VTT/ELEKTRONIKLABORATORIUM - ARBETE MED ELEK-TRONIK OCH AUTOMATIK FÖR SVÄRA OMGIVNINGAR

BERÖRINGSFRI SLIDLÄGESGIVARE FÖR KORTA SLAG-LÄNGDER SAMT TRÄTEKS SERIELLA LÖSNING FÖR ÖVERFÖRING AV MÄTDATA PÄ SKOGSMASKINER 5.1 Slidlägesgivaren

5.2 S e r i e l l mätdataöverföring på skogsmaskiner

MEKANISKA LÄNGD-/DIAMETERGIVARE, HISTORIK, TEK-NISKA LÖSNINGAR, PRESTANDA

6.1 Längdmätning 6.2 Diametermätning

7. BERÖRINGSFRI DIAMETERGIVARE FÖR SKOGSBRUKET

8. DIAMETERGIVARE OCH SPECIALFRÄGOR I DESS UTVECK-LINGSARBETE

8.1 Allmänna krav

8.2 Krav på g i v a r e n betingade av användningen på skogsmaskin

9 10

9. ALLMÄNNA UTVECKLINGSMÖJLIGHETER FÖR LÄNGD-/DIA- 10 METERGIVARE

10. NY METOD FÖR MÄTNING PÄ RULLANDE HJUL AV RULL-MOTSTÅND, SKJUVKRAFTER I UNDERLAGET, AXELMO-MENT OCH SLIRNING

11

11. GIVARTEKNIK PÄ SKOGSMASKINER 13

12. LITTERATUR 14

FÖRORD

P r o j e k t e t " G i v a r t e k n o l o g i för skogsbruket" har kommit t i l l stånd genom d e t ekonomiska stöd Nordiska Ministerrådet g i v i t v i a Samarbetsnämnden för Nordisk Skogsforskning (SNS) med Nordiska Skogsarbetsstudiernas Råd (NSR) som samordnare och medelsdistributör.

Projektmedlen har möjliggjort f o r s k n i n g om och e t t a k t i v t deltagande v i d framtagning av ny t e k n i k , som gagnar skogsbruket i dess strävan a t t e f f e k -t i v -t -t i l l v a r a -t a skogsråvaran.

O f t a s t har u t v e c k l i n g e n i den s e k t o r som p r o j e k t e t v e r k a t inom h a f t en un-derordnad och s e r v i c e b e t o n a d r o l l . De t e k n i s k a framsteg som g j o r t s har o f t a s t kommit t i l l stånd genom a t t t e k n i k inom andra områden än inom skogs-b r u k e t m o d i f i e r a t s och anpassats för användning i skogen. På grund av d e t t a är tekniknivån, framför a l l t på g i v a r s i d a n , i n t e den högsta.

I p r o j e k t e t " G i v a r t e k n o l o g i för skogsbruket" har följande i n s t i t u t i o n e r d e l t a g i t : Skovteknisk I n s t i t u t , Danmark, Metsäteho och Skogsforsknings-i n s t Skogsforsknings-i t u t e t , F Skogsforsknings-i n l a n d , Norsk I n s t Skogsforsknings-i t u t t f o r SkogsforsknSkogsforsknings-ing och Norges Skog-e i Skog-e r f o r b u n d , NorgSkog-e, F o r s k n i n g s s t i f t Skog-e l s Skog-e n SkogsarbSkog-etSkog-en, S L U / I n s t i t u t i o n Skog-e n för s k o g s t e k n i k , och som p r o j e k t ledande i n s t i t u t i o n Trätek - I n s t i t u t e t för träteknisk f o r s k n i n g , S v e r i g e .

P r o j e k t a r b e t e t har d e l s b i d r a g i t t i l l e t t ökat i n f o r m a t i o n s u t b y t e mellan de deltagande länderna, d e l s g j o r t det möjligt a t t e f f e k t i v t samordna f o r s k -n i -n g s i -n s a t s e r -n a lä-nder-na emella-n.

1. SAMMANFATTNING

För a t t täcka i n de i n s a t s e r som g j o r t s inom p r o j e k t e t s ram samt för a t t presentera en genom p r o j e k t e t framtagen beröringsfri d i a m e t e r g i v a r e , hölls e t t n o r d i s k t seminarium i Västerås i december 1987.

Seminariet presenterade främst en beröringsfri o p t i s k s t o c k d i a m e t e r g i v a r e för skogsmaskiner som u t v e c k l a t s genom p r o j e k t e t " G i v a r t e k n o l o g i för skogs-b r u k e t " .

Skogsarbeten presenterade r e s u l t a t från e n s p a k s s t y r n i n g av s k o t a r k r a n . Några s p i n - o f f r e s u l t a t från Träteks p r o j e k t "Hållströmsfri h y d r a u l v e n t i 1 " presenterades. Dessa var en beröringsfri siidlägesgivare baserad på H a l l -e f f -e k t , och -e t t mast-er-slav-e-syst-em använt t i l l s t y r n i n g av f l -e r a hydraul-v e n t i l e r . Systemet kan ähydraul-ven anhydraul-vändas som lätt i n s t a l l e r a d mäthydraul-värdesinsam- mätvärdesinsam-l a r e .

SLU presenterade r e s u l t a t från p r o j e k t e t "Skonsam terrängmaskin" och NISK e t t mätsystem för mätning av d r a g k r a f t .

Givare liksom andra t e k n i s k a komponenter som krävs i skogsbruket kommer a t t påverka både maskinerna och förarna. Det är därför a l l t i d önskvärt a t t pa-r a l l e l l t med den u t v e c k l i n g som skepa-r, och kommepa-r a t t ske på skogsmaskinepa-r, även skapa möjligheter för en djup s k o g l i g kompetens inom området, gärna inom ramen för e t t n o r d i s k t samarbete.

2. BAKGRUND

I j a n u a r i 1985 påbörjades e t t treårigt p r o j e k t med s y f t e a t t studera g i v a r e och deras tillämpningar inom skogsbruket. P r o j e k t e t f i c k namnet " G i v a r t e k -n o l o g i för skogsbruket", e t t -nam-n som avsågs v i s a på de-n bredd p r o j e k t e t var tänkt a t t ha med så s k i l d a g i v a r e som slidlägesgivare i h y d r a u l v e n t i l e r t i l l avancerade g i v a r e för stamdimensioner.

Man kan säga a t t " G i v a r t e k n o l o g i för skogsbruket" utgör en n a t u r l i g följd av e t t t i d i g a r e NSR-projekt "Automation och fjärrstyrning av skogsmaski-ner". I det p r o j e k t e t drogs s l u t s a t s e n a t t för en framgångsrik automation och fjärrstyrning krävs tillförlitliga och noggranna g i v a r e .

Under s l u t s k e d e t av "Automation och fjärrstyrning av skogsmaskiner" i n i -t i e r a d e s e -t -t u -t v e c k l i n g s p r o j e k -t med s y f -t e a -t -t s-tudera me-toder och föreslå en t e k n i s k lösning för dimensionsmätning av timmer d i r e k t på skogsmaskiner. Förstudien utfördes av V T T - e l e k t r o n i k l a b o r a t o r i u m i Uleåborg, som konstate-rade a t t en beröringsfri o p t i s k mätmetod för diametermätning var möjlig a t t r e a l i s e r a t e k n i s k t . Däremot h i t t a d e s i n t e någon t e k n i s k lösning a t t mäta stocklängden beröringsfritt, utan den framlagda lösningen baserades på be-rörande t e k n i k förfinad med hjälp av m i k r o d a t o r e r .

För a t t t a fram en f u n k t i o n s p r o t o t y p av dimensionsgivaren för fältprov krävdes nu industristöd för a t t erhålla y t t e r l i g a r e medel från Nordisk I n d u s t r i f o n d . E t t samarbete med S a t t C o n t r o l D i v i s i o n Rema och Umeå

Mekaniska AB i n l e d d e s och d e t f o r t s a t t a a r b e t e t koncentrerades på den be-röringsfria d i a m e t e r g i v a r e n kopplad t i l l maskinens o r d i n a r i e stocklängds-g i v a r e .

Y t t e r l i g a r e en förutsättning för framtagningen av f u n k t i o n s p r o t o t y p e n v a r a t t det NSR-samarbete som svarade för k o o r d i n e r i n g och p r o j e k t l e d n i n g kunde bibehållas. D e t t a möjliggjordes i och med s t a r t e n av p r o j e k t e t "Givartekno-l o g i för skogsbruket".

R e s u l t a t e t från u t v e c k l i n g s p r o j e k t e t har b l i v i t en g i v a r e som v i d fältprov under v i n t e r n 1986/87 har v i s a t på mycket höga prestanda i sSväl upplösning som tillförlitlighet.

3. KRANSTYRNINGSPROBLEMATIK (Björn Löfgren, Skogsarbeten) 3.1 Bakgrund

I e t t p r o j e k t som genomförts på Skogsarbeten har man t a g i t fram och p r o v a t e n s p a k s s t y r n i n g av vikarmskran. Dels har de matematiska sambanden för en-s p a k en-s en-s t y r n i n g u t v e c k l a t en-s , d e l en-s har en t e en-s t u t r u en-s t n i n g byggten-s.

Arbetet med e n s p a k s s t y r n i n g av skogskran har pågått e t t a n t a l år. T i d i g a r e r e s u l t a t av förenklad k r a n s p e t s s t y r n i n g av t e l e s k o p k r a n presenterades v i d e t t NSR-arbetsmöte i Sverige 1983 / l O / .

3.2 Genomförande

En vikarmskran är överbestämd, d v s man kan f l y t t a kranspetsen rätlinjigt mellan två punkter på f l e r a o l i k a sätt. B i v i l l k o r kommer därför a t t bestäm-ma v i l k a f u n k t i o n e r som s k a l l användas v i d förflyttningarna.

Provmaskinen som använts under försöken är en skötare, OSA 260, med k r a n , OSA 373, försedd med en ställbar pump, Hydromatic GVG7. De v e n t i l e r som använts är Bahco Hydrautos v e n t i l ERGO. Denna v e n t i l är lastkännande, t r y c k -och flödeskompenserad.

För u t v e c k l i n g av programvaran har en värddator och en måldator använts. I värddatorn har programmen s k r i v i t s och k o m p i l e r a t s medan måldatorn använt de färdiga programmen för a t t s t y r a kranen. Värddatorn är en PDP-11/23+ och måldatorn en FALCON-PLUS.

Styrspaken och f y r a v i n k e l g i v a r e av i n d u k t i v t y p var kopplade t i l l s t y r -d a t o r n .

Två t e o r i e r om hur kranspetsen s k a l l s t y r a s har d i s k u t e r a t s och p r o v a t s . Teorierna är "maximal h a s t i g h e t " och "maximal l y f t k r a f t " .

3.> R e s u l t a t

Det v i s a r s i g a t t d e t i n t e är a c c e p t a b e l t a t t s t y r a med maximal l y f t k r a f t medan d e t däremot är f u l l t a c c e p t a b e l t a t t s t y r a e n l i g t p r i n c i p e n maximal h a s t i g h e t .

Orsaken t i l l a t t man i n t e kan s t y r a med maximal l y f t k r a f t är a t t kranen kommer a t t arbeta med o l i k a h a s t i g h e t beroende på v a r kranspetsen b e f i n n e r s i g . Dessutom b e s k r i v e r i n t e kranspetsen en rät l i n j e utan rör s i g e f t e r c i rkelbågar.

Försöken har dessutom v i s a t a t t e t t öppet r e g l e r s y s t e m i n t e u p p f y l l e r de noggrannhetskrav man önskar v i d a l l a h a s t i g h e t e r . För a t t kunna t a hänsyn t i l l hydraulsystemets o f u l l k o m l i g h e t e r behöver man därför e t t f u l l t åter-k o p p l a t system /!/.

4. VTT/ELEKTRONIKLABORATORIUM - ARBETE MED ELEKTRONIK OCH AUTOMATIK FÖR SVÄRA OMGIVNINGAR (Hannu Jokinen, VTT)

VTT ( f i n s k a s t a t e n s t e k n i s k a f o r s k n i n g s c e n t r a l ) , e l e k t r o n i k l a b o r a t o r i u m i LJleåborg, har genomfört och genomför p r o j e k t för skogsbruket inom områden som s k o t a r k r a n a r , k r a n a u t o m a t i s e r i n g och i n t e l l i g e n t a h y d r a u l c y l i n d r a r med en s e r i e l l kominunikationsbuss.

V T T - e l e k t r o n i k l a b o r a t o r i u m har under lång t i d a r b e t a t med e l e k t r o n i k för arbete i svåra miljöer. Man har bland annat mycket god kompetens vad gäller f r a m t a g n i n g s t e k n i k av e l e k t r o n i k , design av i n t e g r e r a d e k r e t s a r , e l e k t r o -mekaniska k o n s t r u k t i o n e r och o p t o e l e k t r o n i k .

Några i n t r e s s a n t a p r o j e k t presenterades* S t y r n i n g av en s k o t a r k r a n med hjälp av m i k r o d a t o r e r samt a u t o m a t i s e r i n g av en hamnkran och en " i n t e l l i -gent" c y l i n d e r . C y l i n d e r n a r b e t a r v i a en s e r i e l l buss och har inbyggd lä-gesgivare. Den kan därför s t y r a s med kommandon t y p : " i n t a g p o s i t i o n X med h a s t i g h e t e n Y" /2/.

5. BERGRINGSFRI SLIDLÄGESGIVARE FOR KORTA SLAGLÄNGDER SAMT TRÄTEKS SERIELLA LÖSNING FÖR ÖVERFÖRING AV MÄTDATA PÄ SKOGSMASKINER (Richard Uusijärvi, Trätek)

3.1 SIidlägesgivåren

Trätek har t a g i t fram en metod a t t beröringsfritt, baserat på H a l l e f f e k t -t e k n i k , d e -t e k -t e r a s l i d e n s läge i en h y d r a u l v e n -t i l .

Slidläget används som parameter i en hållströmsfri h y d r a u l v e n t i l framtagen i e t t annat Trätek-projekt, d e l v i s p r e s e n t e r a t på NSR-arbetsmöte i

Stockholm 1982 / l O / .

I ena änden på s i iden p l a c e r a s en permanentmagnet. Magnatens läge d e t e k t e -ras av e t t Hall-element p l a c e r a t på v e n t i l e n s gavel utanför den t r y c k s a t t a delen.

Problematiken v i d framtagningen har främst rört H a l l - e l e m e n t e t s k r a f t i g a olinjäritet och k r a f t i g a temperaturberoende. Dessa problem har e f t e r h a n d t i l l största delen kunnat lösas.

Fördelarna med den beröringsfria slidlägesgivaren är:

- Den är b i l l i g . Själva H a l l - e l e m e n t e t k o s t a r endast några kronor.

- Den är enkel a t t implementera eftersom inga k a b l a r e l l e r d y l i k t behöver föras u t från den t r y c k s e t t a delen av v e n t i l e n .

Eftersom H a l l - e l e m e n t e t är l i t e t ( c a 3 x 3 mm) kräver g i v a r e n endast mycket l i t e t utrymme.

5.2 S e r i e l l mätdataöverföring på skogsmaskiner

För s t y r n i n g av f l e r a hållströmsfria h y d r a u l v e n t i l e r har Trätek u t v e c k l a t e t t s e r i e l l t system. Det s e r i e l l a systemet kan även användas för överföring av mätdata från skogsmaskinens o l i k a d e l a r t i l l föraren e l l e r t i l l en c e n t r a l d a t a i n s a m l i n g s a n o r d n i n g .

Den största fördelen med a t t använda e t t s e r i e l l t system jämfört med kon-v e n t i o n e l l a system är a t t det behökon-vs färre e l k a b l a r . En annan fördel är a t t mätsignalerna svårligen kan störas av y t t r e orsaker. I de f a l l störningar ändå påverkar s i g n a l e n upptäcks d e t t a , och en omsändning av mätvärdet sker. Det s e r i e l l a system Trätek har t a g i t fram består av en huvuddator och upp

t i l l 15 s l i n g d a t o r e r . Kablaget utgörs av en k o a x i a l k a b e l mellan s a m t l i g a d a t o r e r . Via k o a x i a l k a b e l n sker både strömförsörjningen på 24 V o l t och den d u b b e l r i k t a d e kommunikationen med en b i t h a s t i g h e t på 375.000 b i t a r / s e k u n d . V a r j e s l i n g d a t o r kan samla i n mätvärden från 8 analoga g i v a r e och mellan-l a g r a upp t i mellan-l mellan-l 6.000 mätvärden med uppmellan-lösningen 0,4 %.

Huvuddatorn kan samla i n upp t i l l 192.000 mätvärden på b a t t e r i m i n n e , dessa kan i s i n t u r föras över t i l l en utvärderingsdator, exempelvis PC, för k u r v p l o t t n i n g och analys /3/.

6. MEKANISKA LÄNGD-/DIAMETERGIVARE, HISTORIK, TEKNISKA LÖSNINGAR, PRESTANDA (Jan S o n d e l l , Skogsarbeten)

6.1 Längdmätning

Skogsarbeten har företagit en genomgång av b e f i n t l i g mekanisk t e k n i k gäl-lande mätning av längd och diameter av stammar på skördare, samt i fältprov s t u d e r a t prestanda och pekat på olägenheter med denna t e k n i k . Resultaten från e t t par s t u d i e r gällande längdmätares noggrannhet 1982 r e s p e k t i v e 1985 v i s a r a t t ca 76 % av stockarna låg inom bästa 5 cm r e s p e k t i v e ca 80 % inom bästa 5 cm.

Båda dessa s t u d i e r g j o r d e s med väl i n j u s t e r a d e maskiner, v i l k e t medför a t t man i p r a k t i k e n s a n n o l i k t l i g g e r b e t y d l i g t under 80 ?o. S i f f r o r n a s k a l l jäm-föras med k r a v e t som utsäger a t t 90 % s k a l l l i g g a inom 5 cm i n t e r v a l l .

6.2 Diametermätning

De s k a l l - och hörvärden som Skogsarbeten ställt upp för diametermätning re-dovisas nedan. S i f f r o r n a avser mätning på bark.

Sortiment K r a v 90 % inom gränsen " S k a l l " "Bör" mm mm Massaved, topp ± 10 ± 6 Toppstockar ± 6 ± 4 övriga s t o c k a r i 4 ± 2

R e s u l t a t från e t t par provmätningar från en av de första k o n t i n u e r l i g a d i a -metermätarna 1980 visade a t t 80 % av toppstockarna låg inom ± 6 mm och 69 % av övriga s t o c k a r låg inom ± 4 mm.

1987 visade en undersökning a t t 78 % av toppstockarna låg inom i 6 mm och av övriga stockar låg 65 % inom ± 4 mm. Den senare mätningen är g j o r d på en ÖSA 707/280 där k v i s t k n i v a r n a s läge har d e t e k t e r a t s .

M a t e r i a l e t o m f a t t a r även en s t u d i e där en framtagen d i a m e t e r g i v a r e som a r -betar med den o p t i s k a s k skuggningsprincipen jämförs med berörande

poten-t i o m e poten-t e r g i v a r e gällande diamepoten-termäpoten-tning. (Den o p poten-t i s k a diamepoten-tergivaren har t a g i t s fram i e t t n o r d i s k t samarbete f i n a n s i e r a t av b l a Nordisk I n d u s t r i -fond. Givaren b e s k r i v s nedan i punkt 7,)

Det v i s a r s i g a t t den o p t i s k a diametergivaren väl u p p f y l l e r k r a v e t vad gäl-l e r toppstockar (95 % inom ± 6 mm) medan denna undersökning v i s a r a t t d e t f a t t a s något innan k r a v e t på övriga stockar är u p p f y l l t (75 % inom ± 4 mm)

/4/.

7. BERÖRINGSFRI DIAMETERGIVARE FÖR SKOGSBRUKET (Richard Uusijärvi, Trätek)

"Beröringsfri längd/diametergivare för skogsbruket" är e t t u t v e c k l i n g s p r o -j e k t som genomförts i n o r d i s k t samarbete. Deltagande i p r o -j e k t e t har v a r i t i n s t i t u t i o n e r knutna t i l l NSR-projektet "Automation och fjärrstyrning av skogsmaskiner" och " G i v a r t e k n o l o g i för skogsbruket". Satt C o n t r o l D i v i s i o n Rema och Umeå Mekaniska AB samt NI (Nordisk I n d u s t r i f o n d ) .

U t v e c k l i n g s p r o j e k t e t inleddes av e t t förprojekt som förutsättningslöst stu-derade användbara p r i n c i p e r för bättre mätning av stocklängd och -diame-t e r . I förprojek-diame-te-diame-t värderades v i l k a p r i n c i p e r som var -diame-t e k n i s k -diame-t möjliga. Förprojektet avslutades med a t t k o n t a k t e r togs med de industriföretag som kunde komma ifråga för e t t deltagande i h u v u d p r o j e k t e t . Denna p r e s e n t a t i o n skedde i november 1984 i H e l s i n g f o r s . V i d d e t t a tillfälle t i l l s t y r k t e s e t t p r o j e k t där man s k u l l e u t v e c k l a en g i v a r e baserad på den o p t i s k a skugg-n i skugg-n g s p r i skugg-n c i p e skugg-n . Vidare avslogs eskugg-n f o r t s a t t u t v e c k l i skugg-n g av eskugg-n beröraskugg-nde längdmätning.

Skuggningsprincipen förklaras e n k l a s t om man tänker s i g a t t man har e t t an-t a l lampor placerade i en r a d v e r an-t i k a l an-t på en b a l k . Om man p l a c e r a r e an-t an-t fö-remål mellan s i g själv och balken kommer en d e l av dessa lampor a t t skym-mas. I det v e r k l i g a f a l l e t har v i två b a l k a r som står 900 mm från varand-ra. Mellan dessa förs s t o c k e n . Båda balkarna innehåller förutom 100 lampor även e t t a n t a l 1 j u s d e t e k t o r e r . L j u s d e t e k t o r e r n a r e g i s t r e r a r v i l k a ljusstrå-lar som skyms och d e t sammanlagda a n t a l e t från båda balkarna utgör e t t mått på diametern.

U t v e c k l i n g s f a s e n i n l e d d e s i mars 1985, och i e n l i g h e t med p r o j e k t p l a n e n av-sågs a t t använda samma mätmetod som Rema använt i s i n timmermätutrustning för sågverk. Remalog 901.

V T T / e l e k t r o n i k l a b o r a t o r i u m i Uleåborg, f i c k i uppdrag a t t svara för d e t t e k n i s k a u n d e r l a g e t t i l l g i v a r e n samt den p r a k t i s k a framtagningen av en p r o t o t y p .

För a t t en g i v a r e s k a l l k l a r a den mycket krävande miljön på en skogsmaskin krävs a t t den u p p f y l l e r mycket höga krav. K r a v s p e c i f i k a t i o n e n framgår av k a p i t e l 8.

Givaren f u n k t i o n s p r o v a d e s d e l s i l a b o r a t o r i u m under k o n t r o l l e r a d e former, d e l s monterad på maskin u t e i skogen. S y f t e t var a t t t a reda på g i v a r e n s mätnoggrannhet och dess störkänslighet under o l i k a b e t i n g e l s e r .

Under p r o v p e r i o d e n , som varade från oktober 1986 t i l l f e b r u a r i 1987, g j o r " des två fältmätningar under v i l k a g i v a r e n s prestanda k o n t r o l l e r a d e s . R e s u l t a t e n visade a t t 90 % av de kontrollmätta minimidiametrarna låg inom ± 5 mm och nästan 100 % inom ± 10 mm. Anledningen t i l l a t t noggrannheten i fältprov e j är l i k a hög som i laboratoriemiljö kan d e l s l i g g a i svårigheten att härleda v a r på stocken mätramen mätt och i v i l k e t läge stocktvärsnittet inmättes. Dessutom kan noggrannheten påverkas av a t t lös y t t e r b a r k t r y c k s in mot stammen då den berörande kontrollmätningen sker.

Sammanfattningsvis kan man k o n s t a t e r a a t t mätramen gör en diametermätning som är b e t y d l i g t bättre än vad motsvarande berörande mätare k l a r a r av /5/.

8. D I A M E T E R G I V A R E O C H S P E C I A L F R A G O R I D E S S U T V E C K L I N G S A R B E T E

(Hannu Jokinen, V T T )

De t e k n i s k a kraven och s p e c i f i k a t i o n e r n a på den o p t i s k a d i a m e t e r g i v a r e som t a g i t s fram v i s a s nedan.

8.1 Allmänna krav

- E t t o f i l t r e r a t mätvärde för v a r j e cm frammatad längd v i d en h a s t i g h e t av 5 m/s.

Ett f i l t r e r a t mätvärde för v a r j e dm frammatad s t o c k . - Mätområde 600 x 600 mm.

Upplösning 1,5 mm. Noggrannhet ± 2 mm.

10

8.2 Krav på g i v a r e n betingade av användningen på skogsmaskin - K l a r a temperaturområdet -40 "C - 85 "C.

- K l a r a mycket hög f u k t i g h e t .

- K l a r a svårartade v i b r a t i o n e r och stötar. - K l a r a snö, i s och smuts.

- K l a r a i n f a l l a n d e ströljus under o l i k a b e t i n g e l s e r som t ex i kombination med snö o c h / e l l e r i s och smuts.

- K l a r a störningar, t ex i form av magnetfält e l l e r spänningsvariationer på matningsspänningen.

K l a r a n e d f a l l a n d e träd o d y l som träffar g i v a r b a l k a r n a . K l a r a mycket höga krav på pålitlighet.

K l a r a s i g på e t t mindre underhåll och r e p a r a t i o n e r än dagens g i v a r e .

Ovanstående krav på g i v a r e n har g j o r t a t t den byggts på e t t ganska spe-c i e l l t sätt. B l a har den fem mikroprospe-cessorer inbyggda för a t t k l a r a de mycket högt ställda kraven på snabbhet.

Algoritmen den a r b e t a r med är även den anpassad. Endast två o l i k a t y p e r av scan behövs. E t t g r o v t scan där ramen t a r reda på om det f i n n s en stock i mätområdet och i så f a l l dess ungefärliga flanklägen. Finscanet används för a t t göra en noggrannare beräkning av f l a n k e r n a s lägen och för a t t t e s t a r a -mens f u n k t i o n .

Inbyggnaden av g i v a r e n är mycket r o b u s t . K r e t s k o r t e n har försetts med gum-m i l i s t e r r u n t kanterna och gum-monteras i spår i en i n r e låda av alugum-miniugum-m. Denna innerlåda är sedan gummiupphängd i en y t t r e låda av k r a f t i g stålplåt. Samtliga t i l l g i v a r e n behövliga d e l a r f i n n s inne i den i n r e aluminiumlådan varför g i v a r e n kan b e t r a k t a s som kompakt uppbyggd /6/.

9. ALLMÄNNA UTVECKLINGSMÖJLIGHETER FÖR LÄNGD-/DIAMETERGIVARE (Jan S o n d e l l , Skogsarbeten)

Under det senaste året har a p t e r i n g s d a t o r e r börjat i n s t a l l e r a s på många skördare. Inom några år kommer de f l e s t a en- och tvågreppsskördare som är avsedda för s l u t a v v e r k n i n g a t t ha sådan u t r u s t n i n g .

I och med a t t a p t e r i n g s d a t o r e r börjat s i t t intåg på skördarna kommer det a t t ställas högre krav på g i v a r n a . I första hand kommer krav a t t ställas på a t t de s k a l l u p p f y l l a uppställda krav på mätnoggrannheten gällande längd och diameter.

Det l i g g e r också nära t i l l hands a t t på s i k t kräva någon form av i n d i k e r i n g av krökar på stammen v i d upparbetning. I o l y c k l i g a f a l l är stammen vänd på e t t sådant sätt v i d fällning och inläggning a t t föraren i n t e uppmärksammar kroken. Föraren kan i dessa f a l l tillåta maskinen a t t producera k r o k i g a s t o c k a r . En g i v a r e som d e t e k t e r a r krökar och hjälper föraren a t t undvika kapning av k r o k i g a s t o c k a r kan vara värd ca 1 % av virkesvärdet.

11

A t t få fram en g i v a r e som k l a r a r a t t r e g i s t r e r a kvalitetsgränser längs en stam låter som science f i c t i o n . Den som g j o r t apteringsuppföljningar i fält vet dock a t t det f i n n s en regelbunden d i a m e t e r v a r i a t i o n längs stammen be-t i n g a d av k v i s be-t v a r v e n . Denna d i a m e be-t e r v a r i a be-t i o n bör kunna sparas som e be-t be-t spridningsmått och ställas i r e l a t i o n t i l l medeldiametern på a k t u e l l t stam-a v s n i t t .

Genom k o r r e l a t i o n s s t u d i e r bör man kunna fastställa kvalitetsgränser be-tingade av nämnda spridningsmått. Detta är i n t e kvalitetsgränser i den gamla meningen men t r o l i g e n kan samband härledas med hänsyn t i l l v i r k e t s användning e f t e r fÖrsågning. V a r j e förbättring i förhållande t i l l dagsläget där enbart förarens på avstånd g j o r d a okulärbesiktning avgör k v a l i t e t e n måste vara e t t s t o r t framsteg. Höjningen av virkesvärdet måste vara f l e r a p r o c e n t e n h e t e r .

Grundkraven på e t t n y t t system är a t t det är beröringsfritt och har möjlig-het a t t mäta längd och diameter med samma system. Vidare bör möjligmöjlig-het a t t mäta o v a l i t e t och krök f i n n a s . T i l l g o d o s e s noggrannhetskraven bör det också gå a t t härleda k v a l i t e t om diametermätning sker minst på v a r j e cm på stam-men /7/.

10. NY METOD FÖR MÄTNING PÄ RULLANDE HJUL AV RULLMOTSTÄND, SKJUVKRAFTER I UNDERLAGET, AXELMOMENT OCH SLIRNING (Snorre Hagen, NISK)

Norsk I n s t i t u t t för S k o g s f o r s k n i n g , seksjon d r i f t s t e k n i k k . As, har t a g i t fram e t t fordon för a t t undersöka hur markgrepp, rullmotstånd och d r a g k r a f t v a r i e r a r under o l i k a d r i f t s b e t i n g e l s e r .

Fordonet består av en f y r h j u l s d r i v e n t r a k t o r med e t t bakomhängande mäthjul e f t e r s i g .

E t t drivande h j u l måste övervinna d e l s rullmotståndet, dels den e r f o r d e r -l i g a d r a g k r a f t e n för a t t komma i röre-lse framåt. H j u -l e t s k r a f t mot under-la- underla-get, markgreppet, är en s k j u v k r a f t som måste vara l i k a s t o r som de två and-ra k r a f t e r n a för a t t maskinen s k a l l kunna röand-ra s i g .

Mätning av dessa k r a f t e r gör d e t möjligt a t t prova o l i k a däcks d r a g k r a f t . Man kan dessutom prova o l i k a k e d j o r s egenskaper.

Det h j u l som s k a l l provas hängs på i i en s p e c i e l l vagn e f t e r t r a k t o r n . På denna vagn s i t t e r en av t r a k t o r n d r i v e n hydraulmotor som i s i n t u r d r i v e r det h j u l som s k a l l provas.

Hydraulmotorn kan s t y r a s steglöst upp t i l l a t t ge d e t provade h j u l e t en pe-r i f e pe-r i h a s t i g h e t på omkpe-ring 1 m/s. Vagnen kan b e l a s t a s med v i k t e pe-r föpe-r a t t simulera o l i k a l a s t e r i d e t v e r k l i g a f a l l e t .

På hydraulmotorns axel s i t t e r en momentgivaré med t e l e m e t r i s k mätvärdes-överföring monterad, och mellan provvagnen och t r a k t o r n en k r a f t g i v a r e av trådtöjningstyp. Denna är monterad på e t t sådant sätt a t t den endast t a r upp drag- och t r y c k k r a f t e r medan e v e n t u e l l a vridande k r a f t e r t a s upp av en s p e c i e l l upphängningsanordning, se f i g u r 1 .

12

( ^ S n i t t gjennom s t r e k k / t r y k k m å l e r e n . ( ^ Perspektivskisse av instrumentet. (T)Det ytre hus er förbundet med traktor. (2)Den indre arm er förbundet med provehjuiet. ( s ) (A) (5) (6) 4 stålplater forbinder armen med huset. Hver av dem er lagret i övre og nedre kant. Boyepåkjenning opptas med kraftpar, vinkelrett mot armen. Vridningsmomentet opptas med kraftpar, diagonalt gjennom stålplatene. ( ? ) Trekk/trykk-måleren holder armen i posisjon i forhold til huset.

F i gur _{1 .}

Den sträcka som p r o v h j u l e t r o t e r a t mäts med hjälp av en p u l s g i v a r e och f o r -donets v e r k l i g a förflyttning mäts med hjälp av en p u l s g i v a r e monterad på axeln t i l l e t t f r i r u l l a n d e h j u l som monterats längst bak på provekipaget. Signalerna från p u l s g i v a r n a adderas i en binärräknare och r e s u l t a t e t DA-omvandlas för inmatning i mätdatorns ad-ingång.

Genom a t t jämföra den sträcka som p r o v h j u l e t r u l l a t och den sträcka som det f r i r u l l a n d e h j u l e t r u l l a t kan man sedan få fram hur s t o r s l i r n i n g e n v a r i t då man d r a r r e s p e k t i v e bromsar v i d o l i k a b e l a s t n i n g /8/.

13

11. GIVARTEKNIK PÄ SKOGSMASKINER ( U l f E r i k s s o n , SLU/Skogsteknik)

P r o j e k t a n s v a r i g har v a r i t U l f E r i k s s o n , SLU/Skogsteknik. T r a d i t i o n e l l t har man på tunga terrängfordon t a g i t u t d r a g k r a f t e n genom en a g g r e s s i v markkon-t a k markkon-t . Demarkkon-tmarkkon-ta skapar som bekanmarkkon-t skador på marken i form av j o r d p a c k n i n g , ska-dor på rötter och på v e g e t a t i o n .

Inom p r o j e k t e t "Skonsam terrängmaskin" har s t u d i e r g j o r t s över hur moment-fördelningen mellan h j u l v a r i e r a r under o l i k a förhållanden. Det använda mätsystemet består av en masterdator och e t t a n t a l s l a v d a t o r e r ; en i v a r j e h j u l och t r e stycken på c h a s s i e t . Slavdatorerna i h j u l e n mäter v a r v t a l och moment. Momenten mäts med trådtöjningsgivare monterade på d r i v a x l a r n a och v a r v t a l e t med p u l s g i v a r e monterade i h j u l n a v e t .

Slavdatorerna på c h a s s i e t mäter boggie och s t y r v i n k l a r med hjälp av v r i d -p o t e n t i o m e t r a r f a s t a i en fjäderbelastad tråd. övriga -parametrar som kan v a r i e r a s på maskinen är t o t a l v i k t , viktfördelning, s t y r g e o m e t r i , a n t a l h j u l och a n t a l drivande h j u l .

Genom a t t v a r i e r a o l i k a parametrar som t ex viktfördelning och s t y r g e o m e t r i kan man v i s a på den n e g a t i v a inverkan som ojämn momentfördelning har och hur denna s k u l l e kunna minskas genom a t t k o n t r o l l e r a och ändra o l i k a

maskinparametrar.

R e s u l t a t e t h i t t i l l s v i s a r a t t med k o n v e n t i o n e l l a l l h j u l s d r i f t erhålls höga k r a f t t o p p a r på e n s k i l d a h j u l och a t t o l i k a maskinparametrar påverkar d e t t a

i o l i k a hög grad. Ojämn kraftfördelning betyder större r i s k för s l i r n i n g och markskador.

Dessutom ser man a t t h j u l e n på e t t a l l h j u l s d r i v e t fordon o f t a motarbetar varandra i stället för a t t samarbeta för a t t föra fordonet framåt. Det mest uppenbara f a l l e t då d e t t a kan påvisas är v i d körning r a k t fram på a s f a l t med en ojämn viktsfördelning. Beroende på a t t de o l i k a h j u l e n får o l i k a

r u l l n i n g s r a d i e p g a o l i k a b e l a s t n i n g och l u f t t r y c k fås k r a f t i g a negativa moment beroende på den mindre r a d i e n . Man kan också se a t t d e t åtgår e t t b e t y d l i g t störe totalmoment än om a l l a h j u l e n hade samarbetat.

E t t p r o j e k t har nu påbörjats som s i k t a r t i l l a t t s t y r a v a r j e h j u l på en maskin i n d i v i d u e l l t . På d e t t a sätt hoppas man t a e t t s t o r t steg mot en skonsam terrängmaskin /9/.

14

12. LITTERATUR

/!/ Löfgren, B: K r a n s t y r n i n g s p r o b l e m a t i k . K r a n s p e t s s t y r n i n y av vikarms-kran. S t e n c i l . Skogsarbeten 1986-09-29.

Ill Jokinen, H: D i s p o s i t i o n om föredrag ... S t e n c i l . V T T / E l e k t r o n i k l a b o r a

-t o r i u m , Oulu 5.11.1987.

/3/ Uusijärvi, R: Beröringsfri slidlägesgivare. Givare - S t e n c i l . Trätek 1987-11-14.

/4/ S o n d e l l , J: Mekaniska längd-/diametergivare. Längd- och d i a m e t e r q i v a r e på skogsmaskiner. S t e n c i l . Skogsarbeten 1987-11-11.

/5/ Uusijärvi, R: Beröringsfri d i a m e t e r g i v a r e . Beröringsfri d i a m e t e r g i v a r e för skogsbruket. S t e n c i l . Trätek 1987-10-28.

/6/ Jokinen, H: Diametergivare och s p e c i a l frågor i dess u t v e c k l i n g s a r -bete. D i s p o s i t i o n om föredrag ... S t e n c i l . V T T / E l e k t r o n i k l a b o r a t o r i u m /7/ S o n d e l l , J: Allmänna utvecklingsmöjligheter för

längd-/diameterqi-vare. Längd- och d i a m e t e r g i v a r e på skogsmaskiner. S t e n c i l . Skogsarbeten 1987-11-11.

/8/ Hagen, S: Ny metod för mätning på r u l l a n d e h j u l . F o r e l e s n i n g g i t t ved NSR-seminar i Västerås 1987-11-19 som e t ledd i NSR-projektet Ut-n y t t e l s e av g i v e r t e k Ut-n o l o g i e Ut-n i skogsbruket. S t e Ut-n c i l . NISK.

/9/ E r i k s s o n , U: G i v a r t e k n i k på skogsmaskiner. E r f a r e n h e t e r av momentmät-ningar på en skogsmaskin - NSR 17/11-87. S t e n c i l . SLU/Skogsteknik. /lO/ Uusijärvi, R: Automation och fjärrstyrning av skogsmaskiner. Rapport

från NSR arbetsmöte i Sverige i a p r i l 1983. TräteknikRapport nr 70, 1985.

/ I l / Uusijärvi, R: Automation och fjärrstyrning av skogsmaskiner - Samman-f a t t n i n g av e t t NSR-projekt. TräteknikRapport nr 8 1 , 1985.

15

13. SUMMARY

This r e p o r t i s a c o n c l u s i o n of the Nordic seminar t h a t was h e l d i n Västerås i n December, 1987, roughly p r e s e n t i n g the work t h a t has been done w i t h i n the p r o j e c t "Sensor Technology f o r the Forest I n d u s t r y " . At the se-minar a l s o a non-contact o p t i c l o g diameter sensor f o r f o r e s t r y machinery, a s p i n - o f f product from the p r o j e c t , was presented.

The Swedish Logging Research Foundation presented r e s u l t s from one-lever c o n t r o l o f a forwarder crane.

Some s p i n - o f f r e s u l t s from Träteks p r o j e c t " E x c i t a t i o n c u r r e n t f r e e hydrau-l i c v a hydrau-l v e " were presented: a non-contact vahydrau-lve hydrau-l e v e hydrau-l i n d i c a t o r based on the H a l l e f f e c t and a master-slave system used f o r the c o n t r o l o f s e v e r a l hyd-r a u l i c v a l v e s . The system can a l s o be used as an e a s i l y i n s t a l l e d c o l l e c t o hyd-r of measurement t e s t r e s u l t s .

The Swedish U n i v e r s i t y o f A g r i c u l t u r a l Sciences presented r e s u l t s from the p r o j e c t " C a r e f u l Cross-Country V e h i c l e " and the Norwegian I n s t i t u t e f o r F o r e s t r y Research a system f o r the measuring of t r a c t i o n .

Sensors as w e l l as o t h e r t e c h n i c a l components t h a t are r e g u i r e d i n f o r e s t r y w i l l a f f e c t both the machines and the d r i v e r s . I t i s , t h e r e f o r e , always de-s i r a b l e t o , p a r a l l e l w i t h the development t h a t takede-s p l a c e , and w i l l take place i n f o r e s t r y machinery, make a profound f o r e s t r y competence w i t h i n the area p o s s i b l e . I f p o s s i b l e w i t h i n the scope o f Nordic c o o p e r a t i o n .

Detta digitala dokument skapades med anslag från

Stiftelsen Nils och Dorthi

Troédssons forskningsfond

Trätekni kCentru m

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

Telex: 144 45 tratek s Telefax: 08-11 61 88 Huvudenhet med kansli

Åsenvägen 9, 552 58 JÖNKÖPING Telefon: 036-12 60 41

Telefax: 036-16 87 98

ISSN 0283-4634

931 87 SKELLEFTEÅ

Besöksadress: Bockholms vägen 18 Telefon: 0910-652 00

Telex: 650 31 expolar s Telefax: 0910-652 65