Tendencje w budowie niestacjonarnych głowic do łupania drewna

dr in¿. Adam WÊGRZYN, dr in¿. Norbert LESZCZYÑSKI, dr hab. in¿. S³awomir KOCIRA
Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, Wydzia³ In¿ynierii Produkcji
e-mail: [email protected], [email protected]
TENDENCJE W BUDOWIE NIESTACJONARNYCH
G£OWIC DO £UPANIA DREWNA
Streszczenie
W artykule przedstawiono rozwi¹zania konstrukcyjne g³owic, które stosowane s¹ do ³upania drewna okr¹g³ego. Szczególn¹
uwagê zwrócono na ró¿nice w ich dzia³aniu, budowie zespo³ów roboczych oraz zastosowaniu.
S³owa kluczowe: ³upanie drewna, g³owice ³upi¹ce, maszyny leœne
Wstêp
Surowiec drzewny w postaci drewna ³upanego wyrabiany
jest w procesie dzielenia drewna okr¹g³ego wzd³u¿ jego komórek osiowych. W zale¿noœci od przeznaczenia oraz gruboœci
drewna proces jego ³upania mo¿e byæ prowadzony wzd³u¿
jednej lub kilku p³aszczyzn podzia³u. Jego rzeczywisty
przebieg jest jednak trudny do przewidzenia, poniewa¿ ma³o
poznanym zagadnieniem [3] jest wp³yw wewnêtrznej struktury
drewna na jego w³aœciwoœci mechaniczne. Z procesem ³upania
mamy do czynienia najczêœciej podczas rêcznego przygotowywania drewna opa³owego. Zwi¹zana z jego wyrobem ciê¿ka
praca fizyczna z u¿yciem prostych narzêdzi, mo¿e byæ obecnie
w pe³ni zmechanizowana za pomoc¹ ³uparek. Produkowany
jest bardzo zró¿nicowany asortyment tych maszyn zarówno
pod wzglêdem budowy zespo³ów napêdowych i roboczych
elementów ³upi¹cych, jak równie¿ p³aszczyzny ich pracy oraz
sposobu przemieszczania ca³ej maszyny [1, 2]. Na rynku
pojawi³y siê równie¿ ciekawe rozwi¹zania specjalnych g³owic
do ³upania drewna okr¹g³ego, które mog¹ byæ montowane na
niektórych maszynach leœnych jako wyposa¿enie dodatkowe,
a tak¿e na wysiêgnikach ró¿nych pojazdów.
zasadniczymi elementami roboczymi wystêpuj¹ ponadto
dodatkowe, które s¹ charakterystyczne dla modeli produkowanych przez konkretnego ich wytwórcê. Na przyk³ad w g³owicy
austriackiej firmy Auer o symbolu SPZ125 montowane s¹ na
sztywno do ramy g³ównej - symetrycznie na zewn¹trz szczêk dodatkowe ramiona, których zewnêtrzne dolne koñce
po³¹czone s¹ szerokimi rolkami. Stabilizuj¹ one dodatkowo
po³o¿enie wyrabianego materia³u, a tak¿e ograniczaj¹ jego
swobodne ruchy na bok podczas pracy g³owicy (rys. 1).
Dwuszczêkowe g³owice ³upi¹ce
Jedna z tendencji w konstrukcji g³owic ³upi¹cych jest oparta
na zasadzie dzia³ania chwytaków do drewna, które po odpowiedniej przebudowie poza jego przemieszczaniem umo¿liwiaj¹ tak¿e ³upanie. W tego typu g³owicach producenci
stosuj¹ najczêœciej jeden si³ownik hydrauliczny dwustronnego
dzia³ania, który wymusza ruch elementów roboczych pracuj¹cych na zasadzie kleszczy. Si³ownik danej g³owicy w zale¿noœci od stopnia rozwarcia szczêk kleszczy zapewnia
uzyskanie tak du¿ych si³ nacisku, ¿e pod ich wp³ywem
dochodzi do lokalnego pêkania drewna. Efekty dzia³ania s¹
najszybciej widoczne podczas pracy g³owicy przy wierzcho³ku
³upanego bala. Najpierw powstaj¹ mikropêkniêcia, które
pojawiaj¹ siê na powierzchni k³ody wzd³u¿ jej osiowych
komórek. Nastêpnie dzia³aj¹ce si³y wymuszaj¹ stopniowe
przemieszczanie strefy pêkania wzd³u¿ jej p³aszczyzny
osiowej, co prowadzi do rozwoju szczeliny. Jest to zgodne
z teori¹ pêkania drewna w dwuosiowym stanie naprê¿enia mówi¹cej, ¿e szczelina propaguje najczêœciej równolegle do osiowych komórek drewna [4]. Gdy zasiêg powsta³ych naprê¿eñ
nie zapewnia rozdzielenia danego bala na ca³ej d³ugoœci, proces
³upania nale¿y kontynuowaæ w pobli¿u wierzcho³ka szczeliny.
Dwuszczêkowe g³owice ³upi¹ce poza mo¿liwoœci¹ pracy na
wysiêgnikach ¿urawi pojazdów ko³owych i g¹sienicowych
o ró¿nym przeznaczeniu, produkowane s¹ równie¿ w wersjach
przystosowanych do montowania na niektórych maszynach
leœnych. W oferowanych na rynku tego typu g³owicach poza
16
Rys. 1. G³owica ³upi¹ca SPZ125 firmy Auer w czasie pracy na
wysiêgniku i na ramie przyczepy zrywkowej [5]
Fig. 1. SPZ125 splitting head of Auer while working on the
boom and the frame logging trailers [5]
TECHNIKA ROLNICZA OGRODNICZA LEŒNA
1/2016
Tab. 1. Parametry techniczne g³owic ³upi¹cych firmy Westtech z serii Woodcracker W [9]
Table 1. Technical data of Woodtracker W wood splitter of Westtech [9]
Lp.
1.
2.
3.
4.
5.
Wyszczególnienie
Rozwarcie kleszczy
Si³a ³upania
Masa g³owicy
Ciœnienie robocze
Masa noœnika
Jednostki miary
cm
t
kg
bar
t
Oferowane warianty g³owic
W 1000
W 1350
W 820
104
137
82
26
34
26
580
950
360
190-250
220-270
190-250
14
20
10
W 600
62
26
295
190-250
6
Szerok¹ ofertê dwuszczêkowych g³owic pracuj¹cych na
wysiêgnikach pojazdów, a tak¿e montowanych na maszynach
leœnych oferuje inna austriacka firma Westtech. Do pracy na ¿urawiach ci¹gników lub koparek firma ta oferuje piêæ ró¿nych
wariantów g³owic serii Woodcracker W, które w zale¿noœci od
wielkoœci nadaj¹ siê do noœników o masie w³asnej od 6 do 30
ton (tab. 1). G³owice te ³¹czone s¹ najczêœciej z wysiêgnikami
za pomoc¹ hydraulicznych rotatorów, które zapewniaj¹ bie¿¹c¹
kontrolê ruchu wokó³ ich pionowej osi obrotu oraz odpowiedni¹ do warunków p³ynnoœæ pracy kleszczy roz³upuj¹cych.
Prowadz¹ce do rozdzielenia drewna pêkanie nastêpuje wzd³u¿
p³aszczyzny oddzia³ywania na jego obwodzie dwóch ostrych
i szerokich klinów ³upi¹cych, które osadzone s¹ na koñcach
poruszanych si³ownikiem szczêk g³owicy. Charakterystyczn¹
cech¹ konstrukcyjn¹ g³owic firmy Westtech z napêdem na dwie
szczêki jest montowany w nich zestaw rolek, których zadaniem
jest zmniejszenie oporów zwi¹zanych z tarciem ³upanego
drewna po wewnêtrznych powierzchniach szczêk (rys. 2).
Przeznaczone do pracy na lub przy maszynach leœnych modele
g³owic tej firmy Woodcracker L540, L700 i L920 ró¿ni¹ siê
natomiast tym, ¿e maj¹ napêdzan¹ tylko jedn¹ z dwóch szczêk
roboczych (rys. 3).
W 1800
183
50
1750
240-300
30
Rys. 3. G³owica Woodcracker L firmy Westtech z jedn¹ ruchom¹
szczêk¹ [9]
Fig. 3. Woodcracker L of Westech with one moved jaw [9]
G³owice z klinem ³upi¹cym
Rys. 2. G³owice dwuszczêkowe Woodcracker W firmy Westtech
do mocowania z boku maszyn [9]
Fig. 2. Woodcracker W two jawed heads of Westech for fixing
the side of machine [9]
TECHNIKA ROLNICZA OGRODNICZA LEŒNA
G³ównym elementem roboczym w innego typu g³owicach
jest napêdzany si³ownikiem dwustronnego dzia³ania klin
³upi¹cy. Jego kszta³t oraz dynamika ruchu s¹ tak projektowane,
¿e wywo³ywane podczas jego zag³êbiania siê - zgodnie z kierunkiem u³o¿enia komórek promieniowych - naprê¿enia powoduj¹ pêkanie drewna. Pracuj¹ce w taki sposób g³owice s¹ produkowane zarówno w wersjach przeznaczonych do montowania na wysiêgnikach, jak równie¿ w wersjach kompaktowych. Przyk³adem pierwszego rozwi¹zania jest g³owica firmy
Auer o symbolu SPZ 110 (rys. 4), która zbudowana jest z dwóch
ruchomych szczêk napêdzanych si³ownikami hydraulicznymi
dwustronnego dzia³ania. Dwa si³owniki tej g³owicy pracuj¹ na
zewn¹trz jej ramy g³ównej, która od góry zawieszana jest do
wysiêgnika ¿urawia, a w dolnej czêœci ma zamontowane
szczêki. S³u¿¹ one do uchwycenia pnia na obwodzie i jego
przemieszczania, a podczas roz³upywania stabilizuj¹ tak¿e jego
po³o¿enie. Natomiast proces ³upania drewna jest realizowany
za pomoc¹ specjalnego klina, który wysuwany jest hydraulicznie z wnêtrza ramy noœnej g³owicy. Jego nacisk prowadzi do
powstania w drewnie szczeliny dziel¹cej go najpierw wzd³u¿
komórek promieniowych, a nastêpnie osiowych.
Przyk³adem innego rozwi¹zania tego typu g³owic ³upi¹cych
jest produkowany przez austriack¹ firmê Eschlböck
kompaktowy model Spaltbiber 80 (rys. 5), który mo¿e byæ
montowany z przodu ci¹gnika albo bezpoœrednio na maszynie,
np. rêbarce do drewna. G³owica ta przy masie w³asnej wynosz¹cej 900 kg umo¿liwia ³upanie pni o œrednicy do 1 m za
pomoc¹ napêdzanego hydraulicznie klina, który wysuwa siê
z bocznej ramy noœnej i z si³¹ siêgaj¹c¹ 215 kN naciska na bal
drewna zgodnie z kierunkiem u³o¿enia jego komórek
promieniowych. Ze wzglêdu na osi¹gane parametry maszyna,
na której pracuje tak skonstruowana g³owica musi byæ wypo-
1/2016
17
sa¿ona w chwytak do manipulacji drewnem o znacznej masie,
a w jej uk³adzie hydraulicznym nale¿y utrzymywaæ ciœnienie
robocze wynosz¹ce 180 bar. Rama g³owicy jest wysoka na
niewiele ponad 1,1 m, ale w po³o¿eniu roboczym jej szerokoœæ
wynosi prawie 3,8 m. Z tego te¿ wzglêdu zewnêtrzna czêœæ
ramy g³owicy w kszta³cie ³uku, w której przytrzymywany jest
podczas pracy ³upany materia³ po³¹czona jest zawiasowo z jej
boczn¹ belk¹ wyposa¿on¹ w klin ³upi¹cy i elementy do monta¿u na ci¹gniku lub maszynie leœnej. Konstrukcja po³¹czenia
umo¿liwia obrócenie zewnêtrznej ³ukowej czêœci ramy o 90°
lub 180° i w efekcie zmniejszenie ca³kowitej szerokoœci
g³owicy do oko³o 2,3 m, co zdecydowanie u³atwia jej transport.
G³owice z obrotowym sto¿kiem
G³ównym elementem roboczym tego typu g³owic ³upi¹cych jest obrotowy sto¿ek o ró¿nych wymiarach, na którego
obwodzie wy¿³obiony jest spiralny rowek. Podczas pracy jego
ostre krawêdzie u³atwiaj¹ stopniowe zag³êbianie siê sto¿ka
pocz¹wszy od jego wierzcho³ka. Materia³ uchwycony na pocz¹tku tylko czêœci¹ sto¿ka mo¿e byæ przemieszczony w odpowiednie miejsce, gdzie g³owica mo¿e byæ wkrêcana g³êbiej
w kierunku jej podstawy. W efekcie w drewnie powstaj¹ coraz
wiêksze naprê¿enia dwuosiowe, które wywo³uj¹ jego pêkanie
prowadz¹ce do rozdzielenia go szerok¹ szczelin¹. Ryzyko
zakleszczenia g³owicy podczas g³êbokiej penetracji wyrabianego materia³u jest niewielkie, poniewa¿ do napêdu stosowane
s¹ silniki hydrauliczne dwustronnego dzia³ania umo¿liwiaj¹ce
w krytycznych sytuacjach zmianê kierunku obrotów. G³owice
te pracuj¹ równie efektywnie w ka¿dym po³o¿eniu w stosunku
do pnia, np. od góry i od do³u (rys. 6). Du¿a skutecznoœæ i wydajnoœæ dzia³ania takich g³owic jest szczególnie dobrze widoczna podczas roz³upywania d³ugich i bardzo grubych pni
drewna, które wymagaj¹ przy³o¿enia g³owicy w co najmniej
kilku punktach na ich obwodzie. Dodatkowymi zaletami takich
g³owic jest ich stosunkowo ma³a masa, niewielkie ryzyko
wyst¹pienia wypadków podczas pracy, a tak¿e wysoki komfort
obs³ugi niezale¿nie od panuj¹cych warunków.
Rys. 4. G³owica z klinem ³upi¹cym SPZ 110 firmy Auer
pracuj¹ca na ¿urawiu noœnika [5]
Fig. 4. SPZ 110 splitting head of Auer while working on the
boom [5]
Rys. 5. G³owica z klinem ³upi¹cym Spaltbiber 80 firmy
Eschlböck w po³o¿eniu roboczym i transportowym [6]
Fig. 5. Spaltbiber 80 splitting head of Eschlböck in the working
position and transport [6]
18
Rys. 6. G³owice sto¿kowe firmy Lasco podczas ³upania drewna
od góry i od do³u [7]
Fig. 6. Conical heads of Lasco while splitting wood at the top
and bottom [7]
TECHNIKA ROLNICZA OGRODNICZA LEŒNA
1/2016
Tab. 2. Parametry techniczne g³owic sto¿kowych oferowanych przez firmê Redmet [8]
Table 2. Technical data of conical splitter of Redmet [8]
Lp.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Wyszczególnienie
PojemnoϾ silnika
Ciœnienie robocze
Masa g³owicy
Œrednica sto¿ka
D³ugoœæ sto¿ka
Wymiary
Masa noœnika
Jednostki miary
3
cm
bar
kg
mm
mm
mm
t
GH 140/400
400
160 - 210
90
140
350
300 x 400 x 800
1,5 - 5,0
Obrotowy ruch sto¿ka g³owicy pracuj¹cej na ¿urawiu daje
dodatkowe praktyczne mo¿liwoœci pracy, m.in. ruchu wzd³u¿
szczeliny w celu zwiêkszenia zasiêgu powsta³ego pêkniêcia, co
w przypadku innych g³owic ³upi¹cych jest niemo¿liwe. W naszym kraju g³owice sto¿kowe, które mog¹ wspó³pracowaæ
z uk³adami hydraulicznymi bardzo wielu maszyn produkuje
firma Redmet (tab. 2). Oferowane przez ni¹ g³owice nadaj¹ siê
do monta¿u na wysiêgnikach koparek oraz ³adowarek
ko³owych i g¹sienicowych, a tak¿e ci¹gnikach i wózkach
wid³owych. W najmniejszych modelach przeznaczonych do
monta¿u na noœnikach o masie od 1,2 do 4,0 ton do napêdu
sto¿ka o œrednicy 140 mm, stosowany jest silnik hydrauliczny
typu Orbit o pojemnoœci 315 cm3 i maksymalnym zapotrzebowaniu na olej rzêdu 75 l·min-1. G³owice te charakteryzuj¹ siê
kompaktow¹ budow¹, du¿ym momentem obrotowym oraz
prawymi i lewymi obrotami sto¿ka ³upi¹cego. W celu zagwarantowania prawid³owych obrotów uk³ad hydrauliczny
pojazdu, na którym ma zostaæ zainstalowana g³owica powinien
dysponowaæ minimalnym wydatkiem oleju na poziomie
30 l·min-1 oraz ciœnieniem 180 bar. Poza mo¿liwoœci¹ pracy na
wysiêgnikach ró¿nych pojazdów g³owice te mog¹ byæ
mocowane tak¿e na ³adowaczach czo³owych ci¹gników.
Dodatkow¹ ich zalet¹ jest mo¿liwoœæ wymiennego monta¿u
dodatkowych akcesoriów, np. szczotki czy wiert³a.
Oferowane modele g³owic
GH 170/630
GH 170/500
630
500
180 - 275
142
140
170
170
405
405
350 x 450 x 980
3,0 - 10,0
GH 170/800
800
145
170
405
Podsumowanie
G³owice ³upi¹ce montowane na wysiêgnikach pojazdów
ko³owych lub g¹sienicowych s³u¿¹ g³ównie do wyrobu drewna
bezpoœrednio w miejscu jego pozyskania lub sk³adowania.
Wstêpnie roz³upane drewno ulega szybciej naturalnemu
procesowi suszenia, co zwiêksza przede wszystkim jakoœæ
uzyskiwanej z niego w póŸniejszym czasie biomasy. G³owice
montowane na maszynach leœnych wykorzystywane s¹
g³ównie do ³upania grubych i ciê¿kich bali drewna. Roz³upany
nimi materia³ ³atwiej bowiem mo¿na za³adowaæ na przyczepy
zrywkowe lub bezpoœrednio do zespo³ów roboczych rêbarek.
Bibliografia
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Dulcet E. 2012. „Przegl¹d urz¹dzeñ do produkcji drewna opa³owego”. Rolniczy
Przegl¹d Techniczny 1 : 76.
Kaszkowiak J. 2014. „£uparki do produkcji drewna opa³owego”. Technika
Rolnicza Ogrodnicza Leœna 2 : 15-17.
£apka M. 2013. Wp³yw efektu skali na mechanikê zniszczenia drewna
konstrukcyjnego. Rozprawa doktorska, Politechnika Opolska.
Romanowicz M., Seweryn A. 2007. „Pêkanie drewna w dwuosiowym stanie
obci¹¿enia”. Acta mechanica et automatica 1, 2 : 41-44.
www.auerlmb.at.
www.eschlboeck.at/en.
www.lasco.at.
www. redmet.pl.
www.westtech.at/pl.
CONSTRUCTION SOLUTIONS OF MOBILE HEADS FOR WOOD SPLITTER
Summary
This paper presents design solutions for heads, which are used for splitting logs. Particular attention was paid to the differences in
their operation, construction of work units and use.
Key words: wood splitting, forestry heads, forestry machines
Podrêcznik pt. MASZYNY ROLNICZE adresowany jest do szerokiego grona
pracowników dydaktycznych i s³uchaczy uczelni przyrodniczych oraz u¿ytkowników
maszyn rolniczych. Zawarto w nim podstawowe informacje z przedmiotu ”Technika
rolnicza i eksploatacja maszyn rolniczych” wyk³adanego na ww. Uczelniach.
Problematyka wyk³adów tego przedmiotu obejmuje charakterystykê szerokiego
i niezwykle ró¿norodnego asortymentu maszyn i urz¹dzeñ technicznych.
Wyczerpuj¹ce omówienie czy opisanie ca³oœci materia³u jest niemo¿liwe. Z tych te¿
wzglêdów w podrêczniku przedstawiono œciœle wyselekcjonowane partie materia³u informacje podstawowe oraz te, które s¹ dzie³em autorów lub powsta³y przy
znacz¹cym ich udziale. St¹d te¿, pomimo ¿e podrêcznik ma charakter pozycji
dydaktycznej, nosi znamiona pracy monograficznej. Materia³ uzupe³niaj¹cy stanowi
literatura zamieszczona na koñcu ka¿dego z rozdzia³ów.
Wydawca:
Bran¿owy Oœrodek Informacji Naukowej, Ekonomicznej i Normalizacyjnej
Przemys³owy Instytut Maszyn Rolniczych
60-963 Poznañ, ul. Staro³êcka 31
tel. 061 87-12-200; fax 061 879-32-62;
e-mail: [email protected]; Internet: http://www.pimr.poznan.pl
TECHNIKA ROLNICZA OGRODNICZA LEŒNA
1/2016
19