doccHArAKteryStyKA i rOzWój KONStrUKcji GłOWic
download 
Reklamacja Transkrypt
cHArAKteryStyKA i rOzWój KONStrUKcji GłOWic
P ozna ń skie T o warzyst w o P rzy j aci ó ł N auk Wydział Nauk rolniczych i leŚnych Forestry Letters dawniej Prace komisji nauk rolniczych i komisji nauk leśnych Tom 105 – 2013 Janusz M. Sowa, Karol Gielarowiec, Dominika Gaj-Gielarowiec Charakterystyka i rozwój konstrukcji głowic harwesterowych do pozyskiwania drewna Characteristics and development of the construction of logging harvester heads Abstract. One of the main components of multioperating harvesters is the cutting system, aggregated with the base machine as a harvester head. The constructional and operational harvester head parameters impact the productivity, quality and accuracy of wood harvesting.This paper presents the description, characteristics and classification of multioperating forest machine heads, and most of all the constructional changes that took place over several years of use in forestry harvesting. The changes are based on an analysis of selected manufacturers of heads including most Scandinavian companies as well as John Deere, Timberjack, and Komatsu (Valmet). Cutting components compared with bar and chain, hydraulic motor heads, feed systems with rollers, measurement timber systems and knife delimbing systems are compared. In addition, we analyse the changes in the basic parameters characterizing the harvester head, its dimensions, weight, maximum felling diameter, saw length, delimbing speed and diameter of branches pruning. The summary also outlines changes in the trends in harvester head construction. Key words: harvester head, constructional changes, wood harvesting WPROWADZENIE i CEL PRACY W krajach wysoko rozwiniętych do pozyskiwania i zrywki drewna od wielu lat powszechnie stosuje się maszyny wielooperacyjne typu harwester i forwarder. Proces przejścia z ręczno-maszynowego sposobu pozyskiwania drewna na w pełni zmechanizowany dokonał się głównie z powodu braku chętnych do podjęcia ciężkiej, niebezpiecznej i źle opłacanej pracy drwala [Długosiewicz Grzebieniowski 2009]. Natomiast w Polsce tempo wprowadzania maszyn wielooperacyjnych spowalniane jest przez szereg przeszkód, takich jak: wysokie koszty zakupu i eksploatacji maszyn, niskie koszty pracy ręcznej, struktura gatunkowa drzewostanów, małopowierzchniowe zręby i brak koncentracji frontu robót [Tomczak i in. 2012]. Mimo to da się zauważyć stopniowo zwiększający się odsetek maszynowego pozyskania drewna w Polsce w ostatnich latach. 58 Janusz M. Sowa, Karol Gielarowiec, Dominika Gaj-Gielarowiec W roku 2009 w Polsce pozyskanie przy pomocy maszyn wielooperacyjnych stanowiło około 5% masy drewna pozyskiwanego w Lasach Państwowych [Długosiewicz, Grzebieniowski 2009]. W roku 2012 maszynowo pozyskiwano już około 10% drewna w Polsce [Tomczak i in. 2012]. Liczba wielooperacyjnych maszyn zrębowych pracujących w europejskich lasach systematycznie rośnie. W Polsce intensywny wzrost liczebności harwesterów i forwarderów datuje się na lata 2007-2008 (ryc. 1). W roku 2006 było w Polsce zaledwie 21 sztuk tego typu maszyn. Aktualnie w Polsce jest 157 sztuk harwesterów [Długosiewicz, Grzebieniowski 2009] lub według innych autorów 163 sztuki [Skarżyński, Brzózko 2010]. Pozostałe źródła wskazują, że liczba harwesterów w Polsce to już 200 sztuk, natomiast forwarderów około 300 sztuk [Nowacka, Moskalik 2012]. Ryc. 1. Liczba harwesterów w Polsce w latach 2006-2008 [Długosiewicz, Grzebieniowski 2009; Skarżyński, Brzózko 2010; Nowacka, Moskalik 2012] Fig. 1. Number of harvesters in Poland in 2006-2008 [Długosiewicz, Grzebieniowski 2009; Skarżyński, Brzózko 2010; Nowacka, Moskalik 2012] Harwester składa się głównie z: nośnika, zazwyczaj kołowego, gąsienicowego lub kołowo-gąsienicowego, najczęściej z żurawiem, oraz głowicy harwesterowej, która jest elementem wymiennym. Często można zamontować dwa lub trzy rodzaje głowic do tej samej maszyny bazowej, które cechują się różnymi parametrami dotyczącymi masy i maksymalnej średnicy cięcia. Głowica harwesterowa może być zamontowana w przedniej części nośnika – zwykle na krótkim ramieniu, co umożliwia jej opuszczanie, podnoszenie oraz obrót w jednej płaszczyźnie – mówimy wtedy o harwesterach czołowych. W Europie rozwiązanie to jest rzadko spotykane, znacznie częściej na kontynencie amerykańskim. Gdy głowica zamontowana jest na żurawiu hydraulicznym (wysięgniku), co umożliwia zmianę jej odległości od nośnika oraz nie wymaga każdorazowego podjazdu do ścinanego drzewa, mówimy o harwesterach wysięgnikowych [Skarżyński, Brzózko 2010]. Charakterystyka i rozwój konstrukcji głowic harwesterowych do pozyskiwania drewna 59 Głowica harwesterowa jest jednym z głównych podzespołów w wielooperacyjnych maszynach do pozyskiwania drewna. Jest ona agregowana z maszyną bazową. Parametry konstrukcyjne i eksploatacyjne głowicy harwestera mają wpływ na wydajność, jakość oraz dokładność obróbki drewna przy pozyskaniu. W opracowaniu autorzy przedstawiają charakterystykę oraz zmiany konstrukcyjne najpopularniejszych głowic harwesterowych stosowanych w pozyskaniu drewna. Ponadto w pracy podjęta jest próba określenia kierunków rozwoju zmian konstrukcji głowic stosowanych w harwesterach. CHARAKTERYSTYKA GŁOWIC HARWESTEROWYCH Ogólna budowa głowicy harwesterowej Głowica harwesterowa jest obróbczym elementem maszyny ścinkowej. Do głównych elementów głowicy można zaliczyć zespoły: pozycjonujący, tnący, okrzesujący, posuwowy oraz pomiarowy. Zespół pozycjonujący odpowiada za możliwości ruchu głowicy. Składa się on z przegubu krzyżowego (zawiesia), który służy do zamocowania głowicy na żurawiu, wyposażonego często w hamulce stabilizujące położenie głowicy, rotatora umożliwiającego obrót głowicy oraz wieszaka ramy, który pozwala zmieniać położenie głowicy z poziomego na pionowe. Układ tnący głowicy harwesterowej znajduje się zazwyczaj w dolnej jej części (ryc. 2). Ryc. 2. Orientacyjne rozmieszczenie zespołów głowicy harwesterowej c model Ponsse H6 [www.ponsse.com] Fig. 2. Approximate location of different harvester head parts [www.ponsse.com] statystycznie Valmet H6 model 60 Janusz M. Sowa, Karol Gielarowiec, Dominika Gaj-Gielarowiec Układ tnący składa się z silnika hydraulicznego, piły łańcuchowej umieszczonej na prowadnicy, układu smarowania, siłownika hydraulicznego, który nadaje siłę posuwu. W bardziej zaawansowanych głowicach wyróżnić można mechanizm regulacji napięcia piły łańcuchowej. Zespół tnący głowicy harwesterowej służy zarówno do ścinki, jak i przerzynki wyrabianego surowca drzewnego. Zespół okrzesujący składa się zazwyczaj z górnych i dolnych ruchomych noży okrzesujących. W zależności od dominującego pozyskiwanego gatunku drzew noże te mogą charakteryzować się odmiennymi kątami skrawania i przyłożenia noża. Zespół posuwowy odpowiada za siłę posuwu obrabianego drewna, która znacznie wpływa na jakość okrzesywania drewna. Im większa siła posuwu, tym okrzesywanie grubszych gałęzi jest skuteczniejsze. W harwesterach producenci stosują najczęściej od 2 do 4 walców posuwowych. W zależności od umiejscowienia walce posuwowe mogę być elementem ruchomym głowicy bądź są zamontowane na stałe. Układ pomiarowy składa się z kółka pomiarowego służącego do pomiaru długości, umiejscowionego najczęściej wzdłuż osi głowicy, oraz czujników mierzących średnicę obrabianego drewna, umieszczonych w nożach okrzesujących bądź walcach posuwowych [Aniszewska i in. 2011]. Porównanie zespołów głowic harwesterowych wybranych producentów Do najpopularniejszych producentów głowic stosowanych w wielooperacyjnych maszynach ścinkowych należą Ponsse, John Deere, Komatsu (Valmet), Eco Log (głowice Log Max) SP. Do popularnych w Europie głowic także należy zaliczyć niemieckie głowice Waratah oraz austriacką głowicę Woody 60, montowaną także w procesorach obróbczych stołów manipulacyjnych kolejek linowych oraz w harwesterze Menzi Muck. Układy tnące w głowicach harwesterowych składają się z silnika hydraulicznego, piły łańcuchowej z prowadnicą, układu smarowania, siłownika hydraulicznego oraz często z mechanizmu regulacji napięcia piły łańcuchowej. Silniki hydrauliczne pił łańcuchowych zamieniają wysokie ciśnienie na siłę mechaniczną w ruch piły łańcuchowej. Charakteryzują się pojemnościami geometrycznymi w granicach 19-20 cm3/obr w głowicach produkowanych przez Komatsu czy SP. Piły łańcuchowe w większości produkowanych głowic posiadają podziałkę łańcucha 0,404”, ich długość wynosi od 48 cm w głowicy Log Max 928A do ponad 1 m w głowicy Komatsu (Valmet) 395. Długości prowadnic są ściśle związane z wielkością głowic, ich masą oraz maksymalną średnicą ścinki (ryc. 3). Ścisłe zależności występują również między maksymalną średnicą ścinanych drzew a masą głowicy (ryc. 4). Większość głowic posiada jedną piłę łańcuchową, jednak można spotkać już głowice, które są wyposażone w górną, mniejszą piłę łańcuchową. Produkowane są przez John Deere, głowica H290, Komatsu (Valmet), głowice 385, 395 czy Waratah. Górna piłą łańcuchowa umożliwia łatwiejszą obróbkę i wykorzystanie wierzchołka drzewa, a tym samym zwiększenie wartości surowca drzewnego. Zespół posuwowy głowicy harwesterowej składa się z walców posuwowych, których ilość jest uzależniona od wielkości głowicy i jej przeznaczenia. Producenci stosują najczęściej od 2 do 4 walców posuwowych. W zależności od umiejscowienia walce posu- Charakterystyka i rozwój konstrukcji głowic harwesterowych do pozyskiwania drewna 61 Ryc. 3. Zależność długości prowadnicy od masy głowicy harwesterowej Fig. 3. Dependence of saw length on harvester head weight Ryc. 4. Zależność maksymalnej średnicy ścinki od masy głowicy harwesterowej Fig. 4. Dependence of maximum cutting diameter on harvester head mass wowe mogę być elementem ruchomym głowicy bądź zamontowane na stałe wzdłuż osi środkowej głowicy. W głowicach najczęściej stosowane są stalowe walce posuwowe lub z gumowymi nakładkami antypoślizgowymi, np. głowice 360.2, 370.2 produkowane przez Komatsu (Valmet). Z kolei John Deere w swojej ofercie przedstawia głowice, które dzieli względem liczby walców posuwowych. Pierwszą grupę stanowią głowice (se- 62 Janusz M. Sowa, Karol Gielarowiec, Dominika Gaj-Gielarowiec ria 400) z 4 stalowymi walcami posuwowymi, z których każdy posiada własny silnik hydrauliczny. Druga grupa to głowice (seria 200) z 2 walcami posuwowymi, których parametry ścinkowe i obróbcze nie ustępują parametrom głowic z serii 400. Do podstawowych parametrach charakteryzujących walce posuwowe zalicza się ich średnicę, siłę uciągu walców, maksymalną prędkość okrzesywania oraz maksymalne otwarcie walców. Maksymalna prędkość posuwu rośnie wraz ze wzrostem masy głowicy w głowicach produkowanych przez Log Max, Komatsu, Ponsse oraz SP, w głowicach John Deere masa głowicy nie ma wpływu na maksymalną prędkość posuwu w trakcie okrzesywania surowca. Natomiast w głowicach Waratah, im głowica jest cięższa, a tym charakteryzuje się mniejszą prędkością posuwu (ryc. 5). Szczegółowa charakterystyka parametrów głowic harwesterowych wybranych producentów została przedstawiona w formie tabelarycznej na końcu opracowania (tab. 1-7). Ryc. 5. Zależność maksymalnej prędkości posuwu od masy głowicy harwesterowej Fig. 5. Dependence of maximum feed speed of harvester head weight Siłą uciągu walców w głowicach wynosi od 14,9 kN w głowicy Log max 928A do 49 kN w Komatsu (Valmet) 395, a nawet do 52 kN w głowicy Woody H 70. Maksymalna prędkość okrzesywania w głowicach produkowanych przez przedstawiane firmy wynosi od 3 m/s w najmniejszej głowicy produkowanej przez Log Max do 7 m/s w głowicy SP 591 LX. W głowicach harwesterowych produkowanych przez SP, Komatsu (Valmet) oraz Eco Log maksymalna prędkość posuwu wyrażona w m/s rośnie wraz ze wzrostem siły posuwu (kN). Natomiast w głowicach John Deere’a, Ponsse oraz Woody nie ma zależności pomiędzy tymi parametrami (ryc. 6). Charakterystyka i rozwój konstrukcji głowic harwesterowych do pozyskiwania drewna 63 Ryc. 6. Zależność maksymalnej prędkości posuwu od siły posuwu (uciągu walców) Fig. 6. Dependence of maximum feed speed of feed force (traction rollers) Zespół okrzesujący głowicy harwesterowej składa się z górnych i dolnych noży okrzesujących. W głowicach produkowanych przez Ponsse występuje 1 nóż stały oraz 4 noże ruchome sterowane hydraulicznie. Z kolei Ponsse stosuje 3 lub 4 ruchome noże okrzesujące oraz 1 lub 2 stałe. Głowice H752 oraz H270 wyposażone są w 4 noże ruchome, 1 stały oraz 1 dodatkowy. Średnica okrzesywania w głowicach Ponsse waha się w zakresie 40-51 cm. Komatsu (Valmet) stosuje od 4 do 6 noży okrzesujących, a średnica okrzesywania wynosi od 28 cm do nawet 965 cm we wspomnianej wcześniej głowicy 395 (ryc. 7). Ryc. 7. Głowica harwesterowa Komatsu (Valmet) 395 na nośniku Cat 330B [heavy.equipment.forums.com] Fig. 7. Komatsu (Valmet) 395 harvester head based on Cat 330B [heavy.equipment.forums.com] - - - Metoda posuwu Siła posuwu Prędkość posuwu 0-4 m/s 18 kN 2 x podwójne rolki dwustopniowy - 0,404” 44 m/s - Podziałka łańcucha System docisku - Prędkość łańcucha 520 mm 45 kW Rolki posuwowe - Długość prowadnicy 520 mm - Moc F11-19 lub F12-30 200-250 l/min 850-900 kg 1 150 mm Maks. średnica ścinki jed- 250 mm nym rzazem - piła tarczowa Silnik Piła łańcuchowa 20-24 MPa 20-25 MPa 50 kW W 60-120 l/ min Moc Ciśnienie robocze 510 kg Masa Wymagany przepływ oleju 70-90 kW 870 mm Długość 1 230 mm 1 390 mm Trzebieżowa Do biomasy H53e Szerokość EH25 Przeznacznie Dane techniczne 0-6 m/s 19 kN 3 napędzane rolki 560 mm 0,404” 44 m/s 750 mm 45 kW F11-19 lub F12-30 240-300 l/min 28 MPa 80-100 kW od 950 kg 1 335 mm 1 240 mm Trzebieżowa H5 Ponsse - - 0-6 m/s 25 kN 3 rolki dwustopniowy 640 mm 0,404” 40 m/s 750 mm 240-300 l/min 28 MPa 100-120 kW Od 1 050 kg 1 445 mm 1 500 mm Trzebieżowo-zręb. H6 H7 - - 0-5 m/s 30 kN 3 rolki proporcjonalny 640 / 750 mm 0,404” 40 m/s 750 / 820 /900 mm 300 l/min 28 MPa 130-140 kW 1 200-1280 kg 1 500 mm 1 540 mm Zrębowa Tab. 1. Podstawowe dane techniczne głowic harwesterowych Ponsse [www.proml.pl] Tab. 1. Characteristics Timberjack harvester heads characteristics [www.proml.pl] - - 0-5 m/s 36 kN 3 rolki proporcjonalny 780 mm 0,404” lub 3/4” 40 m/s 820 / 900 mm 300 l/ min 28 MPa 130 kW 1400 kg 1 500 mm 1 650 mm Zrębowa H8 64 Janusz M. Sowa, Karol Gielarowiec, Dominika Gaj-Gielarowiec Ponsse oraz inne Możliwość zastosowania na harwesterach, forwarderach, harwarderach również innych producentów niż Ponsse, dobre właściwości do pracy z załadunkiem, możliwość zastosowania ważenia drewna System pomiarowy Wyposażenie dodatkowe - 1 300 mm Noże okrzesujące Maksymalne otwarcie Automatyczny napinacz łańcucha, znakowanie kolorami, tylny stały nóż okrzesujący, smarowanie pniaków preparatem, elektronicznie sterowanie smarowaniem łańcucha, wyposażenie do zamontowania na koparce Ponsse Opti4G 500 mm Ponsse Opti4G Automatyczny napinacz łańcucha, znakowanie kolorami, tylny stały nóż okrzesujący, smarowanie pniaków preparatem, elektronicznie sterowanie smarowaniem łańcucha, wyposażenie do zamontowania na koparce Ponsse Opti6 640/650 mm Automatyczny napinacz łańcucha, znakowanie kolorami, tylny stały nóż okrzesujący, smarowanie pniaków preparatem, elektronicznie sterowanie smarowaniem łańcucha, dodatkowe osłony w trudny teren, wyposażenie do zamontowania na koparce 550 mm 1 stały oraz 4 ruchome hydraulicznie sterowane Automatyczny napinacz łańcucha, znakowanie kolorami, tylny stały nóż okrzesujący, smarowanie pniaków preparatem, elektronicznie sterowanie smarowaniem łańcucha, wyposażenie do zamontowania na koparce Ponsse Opti4G 750 mm Automatyczny napinacz łańcucha, znakowanie kolorami, tylny stały nóż okrzesujący, smarowanie pniaków preparatem, elektronicznie sterowanie smarowaniem łańcucha, wyposażenie do zamontowania na koparce Ponsse Opti4G 780 mm Charakterystyka i rozwój konstrukcji głowic harwesterowych do pozyskiwania drewna 65 otwarcie Maks. noży Mpa l/min Ciśnienie robocze Pompa hydrauliczna dolnych mm mm mm otwarcie górnych Średnica okrzesywania Maks. noży mm Maks. otwarcie walców Noże okrzesujace m/s Maks. prędkość okrzesywania kN Siła uciągu walców Typ walców posuwowych „ m/s Podziałka łańcucha Prędkość łańcucha mm mm Maksymalna średnica ścinki Długość prowadnicy kg mm Wysokość bez rotatora Masa bez rotatora mm jednostka Szerokosć z otwartymi walcami Dane techniczne 200-280 28 600 550 400 3 moving, 2 fixed 530 6 17 40 0,404 540 470 733 1155 1320 H412 200-340 28 660 610 430 4 moving, 2 fixed 640 6 27 40 0,404 750 620 1030 1400 1520 H414 40 0,404 825 710 1240 1350 1880 H480C 750/825 650/720 1330 1650 758HD 200-340 28 560 560 400 4 moving, 1 fixed 560 6 17,7 290-340 28 710 680 460 4 moving, 2 fixed 680 5,3 27 250-285 28 710 680 480 4 moving, 2 fixed 680 6 23,7 4WD with steel feed rollers 40 0,404 640/750 550/620 820 1130 1360 H754 John Deere 40 0,404 750 570 950 1500 1410 H752HD 40 0,404 825 650 1350 1585 1660 H270 40 0,404 900 750 1870 1970 1900 H290 - 28 570 490 - 4 moving, 1 fixed, 1 floating 500 6 25,1 180-340 28 570 520 400 4 moving, 2 fixed 500 6 25,1-30,5 260-380 28 670 740 460 4 moving, 1 fixed, 1 floating 620 6 28,1-33,9 320-380 28 870 800 510 4 moving, 1 fixed 760 6 28,1-41,6 2WD with hydraulically driven rubber feed rollers - 750 570 930 - 1410 H752 Tab. 2. Podstawowe dane techniczne głowic harwesterowych John Deere [www.deere.co.uk] Tab. 2. John Deere harvester heads characteristics [www.deere.co.uk] 66 Janusz M. Sowa, Karol Gielarowiec, Dominika Gaj-Gielarowiec Małe stalowe rolki podające Vprofilowe stalowe rolki podające Rolki do korowania Eucaliptusa Zestaw do łańcucha i prowadnicy Zestaw narzędzi sztuk Manipulacja (MTH) kilku Znaczenie kolorami Spryskiwanie pniaków tak tak tak nie tak tak tak tak tak tak tak nie tak tak tak tak tak tak tak tak tak tak tak tak tak tak tak tak tak tak tak tak - - - - - - - - - - - - - - - - tak tak tak nie nie tak tak tak tak tak tak nie nie tak nie tak tak tak tak nie nie tak nie tak Charakterystyka i rozwój konstrukcji głowic harwesterowych do pozyskiwania drewna 67 - Średnica okrzesywania Mpa Noże okrzesujące l/min szt mm Maks. otwarcie walców Ciśnienie robocze mm Maks. prędkość okrzesywania Pompa hydrauliczna kN m/s Siła uciągu walców Typ walców posuwowych Piła górna średnica cięcia mm Długość prowadnicy - Podziałka prowadnicy Piła łańcuchowa górna długość mm Maks. średnica ścinki kg mm Wysokość bez rotatora Masa bez rotatora mm jednostka Szerokość Dane techniczne 24 180 320 4 530 4,5 15,5 stalowe - - 540 480 od 685 1110 1200 330.2 24 280 4+2 530 4,5 15,5 stalowe - - 480 od 750 1110 1200 330.2 Duo 25 220 5 420 5 18 stalowe/ stalowogumowe - - 640 530 od 760 1225 1130 340 25 200-300 400 4 520 5 16,5-25,3 stalowe - - 750 600 960 1290 1400 350.1 Komatsu (Valmet) 25 260 500 4 550 5 25,3 stalowe lub gumowe antypoślizgowe - - 750 650 1245 1600 1680 360.2 28 300 5 650 5 stalowe - - 750 650 1200 1540 1720 365 28 300-310 500 6 600 5 28,2-30,7 stalowe lub gumowe antypoślizgowe - - 825 700 1470 1780 1950 370.2 250-380 710 4 600 5,5 35 stalowe - - 750 404 610 2020 2130 1300 380 Tab. 3. Podstawowe dane techniczne głowic harwesterowych Komatsu [www.modernmachinery.com] Tab. 3. Komastu harvester heads characteristics [www.modernmachinery.com] 300-425 710 4 630 5,5 40 stalowe 410 540 865 404 740 2700 2565 1450 385 350-450 965 4 790 4,9 49 stalowe 410 540 1015 3/4 815 4150 2950 1500 395 68 Janusz M. Sowa, Karol Gielarowiec, Dominika Gaj-Gielarowiec 69 Charakterystyka i rozwój konstrukcji głowic harwesterowych do pozyskiwania drewna Tab. 4. Podstawowe dane techniczne głowic harwesterowych SP [www.fortechserwis.pl] Tab. 4. Sp harvester head characteristic [www.fortechserwis.pl] SP Dane techniczne jednostka Przeznaczenie SP 451 LF SP 561 LF SP 591 LX trzebież trzebieżowozrębowa 195 23-28 514,560,625 zrębowa Minimalna wydajność pompy Zalecane ciśnienie pracy Silniki hydrauliczne l/min Mpa ccm 185 23-25 398 Maksymalne otwarcie Siła posuwu Prędkość posuwu Średnica cięcia Prędkość piły łańcuchowej Silnik piły Ruchome noże Stałe noże Minimalna średnica okrzesywania Nominalna średnica okrzesywania LogHold (system utrzymania kłody) Indywidualna kontrola noży Szerokość zamkniętej głowicy Szerokość otwartej głowicy Wysokość Masa bez rotatora Optymalna pierśnica drzew Maksymalna zalecana pierśnica drzew mm kN m/s m m/s ccm szt. szt. mm mm mm mm mm kg cm cm 420 18 6 530 40-45 19 4 1 30 350 tak tak 850 1130 1230 640 10-25 35 166 25-30 500/315 630/400 800/500 640 30 7 600 40-45 20 2 2 30 430 tak 1250 1550 1670 1700 15-45 45 500 28 6 600 40-45 20 5 1 30 430 tak tak 900 1500 1500 940 15-35 43 Tab. 5. Podstawowe dane techniczne głowic harwesterowych Log Max [logmax.com] Tab. 5. Log Max harvester head characteristics [logmax.com] Log Max Dane techniczne Wysokość Masa Natężenie dzwięku Wałki posuwu Siła posuwu Prędkość posuwu Maks. otwarcie walców Długość prowadnicy piły Maks. średnica okrzesywania Min. wydajność pompy jednostka 928A 4000B 5000D 6000B 7000C 7000XT* mm kg dB szt. kN m/s mm cm mm 1043 407 110 2 14,9 3 340 48 275 1295 602 110 2 19,5 4,3 395 60 355 1483 891 110 2 21,1-25,6 4,2 515 75 415 1682 1299 110 2 29,3 4,2 625 82 500 1742 1619 110 2 42,1 5,2 713 90 560 2176 2078 110 2+2 45 5,2 713 90 560 l/mm 120 150 165 200 165 250 * głowica nieuwzględniona w analizach 70 Janusz M. Sowa, Karol Gielarowiec, Dominika Gaj-Gielarowiec Tab. 6. Podstawowe dane techniczne głowic harwesterowych Waratah [waratah.net] Tab. 6. Waratah harvester head characteristics [waratah.net] Waratah Dane techniczne Jednostka Masa (bez rotatora,zawiesia) Ciśnienie robocze Średnica cięcia Średnica okrzesywania Maksymalne otwarcie rolek Szerokość Maks. prędkość okrzes. Inne kg MPa mm mm cm cm m/s 950 28 570 400 4,5-6 1350 28 650 460 4,5-6 1870 750 510 4,5-6 Dane techniczne Jednostka H414 HTH460 H480C HTH616C HTH618C kg 1030 820 1240 MPa mm mm cm cm m/s 28 620 430 4,5-6 28 550 400 4,5-6 28 650 480 4,2-5,3 1680/1800 1940/2000 35 35 68 68 160 160 5 5 top saw top saw HTH622B HTH623C HTH624C HTH625C HTH626 2120 762 647 5,7 2800 35 90 200 5,4 3385 810 85 3,7 top saw 4200 35 85 200 4,2 4720 850 880 3,7 Masa (bez rotatora, zawiesia) Ciśnienie robocze Średnica cięcia Średnica okrzesywania Maksymalne otwarcie rolek Szerokość Maks. prędkość okrzes. Inne Dane techniczne Jednostka Masa (bez rotatora,zawiesia) Ciśnienie robocze Średnica cięcia Średnica okrzesywania Maksymalne otwarcie rolek Szerokość Maks. prędkość okrzes. Inne kg MPa mm mm cm cm m/s HTH250HD H270 H290 H270E II 1400 28 380 5 H412 733 28 470 370 4,5-6 Komatsu w swoich głowicach umieszcza od 4 do 6 noży okrzesujących. SP stosuje kolejno 2, 5, 2 ruchome noże okrzesujące oraz 1, 1, 2 stałe noże w głowicach SP 451LF, SP 561 LF oraz SP 591 LX. Nominalna średnica okrzesania wynosi kolejno 35, 43 oraz 43 cm. W głowicach Log Max maksymalne średnice okrzesywania mieszczą się w przedziale 27,5-56 cm, w zależności od modelu. Układ pomiarowy składa się z kółka pomiarowego oraz czujników mierzących średnicę obrabianego drewna. W głowicach SP pomiar średnicy dokonywany jest dwoma górnymi nożami okrzesującymi, czujniki ukryte są w zabezpieczonych szczelnie obudowach. Pomiar długości dokonywany jest za pomocą rolki pomiaru wyposażonej w siłownik hydrauliczny, co pozwala na uzyskanie dokładniejszych wyników w przypadku obróbki nierównych i krzywych strzał. W głowicach John Deere’a czujniki pomiaru Charakterystyka i rozwój konstrukcji głowic harwesterowych do pozyskiwania drewna 71 Tab. 7. Podstawowe dane techniczne głowic harwesterowych Woody [forsttechnik.at] Tab. 7. Woody harvester head characteristics [forsttechnik.at] Woody Dane techncizne jednostka Woody H 50 Woody H 60 Woody H 70 Maksymalna średnica ścinki Średnica okrzesywania Maksymalne otwarcie noży Siła uciągu walców Prędkość posuwu Moc silnika (zalecana) Maksymalna wydajność pompy Nominalna wydajność pompy Prędkość łańcucha System pomiarowy cm cm cm kN m/sec HP (KM) bar; l/min bar; l/min m/sec 55 (65) 7-50 95 24-28 0-5 120 300-350; 180 180; 60 40 Konrad MCS 3.0 65 (75) 8-60 125 36-45 0-5 140 300-350; 220 200; 60 40 Konrad MCS 3.0 75 (85) 10-70 130 45-52 0-5 170 300-350; 250 220; 60 40 Konrad MCS 3.0 średnicy umieszczone są w nożach okrzesujących, w układzie pomiaru długości jest wykorzystywany siłownik lub system sprężynowy. W głowicach harwesterowych są stosowane również inne dodatkowe systemy wyposażenia. Przykładowo w większości głowic Ponsse stosuje się automatyczny napinacz łańcucha, znakowanie kolorami, smarowanie pniaków preparatem, elektroniczne sterowanie smarowaniem łańcucha, wyposażenie do zamontowaniana na koparce. W głowicach John Deere’a H754 oraz H480C posiadają rolki do korowania eukaliptusa. ROZWÓJ KONSTRUKCJI GŁOWIC HARWESTEROWYCH Rozwój głowic harwesterowych rozpoczął się, gdy po roku 1980 firma SP przedstawiła pierwszą jednochwytową głowicę harwesterową SP 21 [www.spmaskiner.se]. W chwili obecnej producenci głowic rywalizują ze sobą w udoskonalaniu i usprawnianiu pracy głowic harwesterowych. Do nowych głowic harwesterowych zaliczyć można głowicę Ponsse H7, która przeznaczona jest do starszych drzewostanów. W porównaniu do wcześniejszego modelu H8, głowica H7 jest węższa o 11 cm, lżejsza o przeszło 120 kg, o podobnej mocy 130 kW oraz długości prowadnicy. Siła posuwu w głowicy H7 jest o 6 kN mniejsza oraz maksymalna średnica ścinki jest mniejsza o 3 cm (tab. 1). W głowicy H7 w trakcie okrzesywania ciśnienie noży i rolek podających jest dostosowywane do wielkości okrzesywanej strzały, co gwarantuje zmniejszone tarcie między pniem i głowicą, a to wpływa korzystnie na wydajność i opłacalność w odmiennych warunkach pracy. Jak podaje producent, głowica ta jest bardziej zwinna od tych u poprzedników ze względu na funkcję kontroli docisku przednich i tylnych noży okrzesujących oraz rolek posuwowych. Głowica ta posiada system proporcjonalnej prędkość posuwu, który sprawia, że łatwiej jest uchwycić ścinane drzewo. Ponsse H7 ma krótką ramę w porównaniu do jego wielkości, dzięki czemu istnieje możliwość dokładniejszej obróbki skrzywionych drzew. 72 Janusz M. Sowa, Karol Gielarowiec, Dominika Gaj-Gielarowiec Firma Log Max w 2012 r. wprowadziła głowicę 7000 XT należącą do grupy głowic ciężkich. Parametry głowicy 7000 XT w porównaniu do głowicy 7000 C są znacznie wyższe. Głowica z serii XT jest znacznie większa, charakteryzuję się większą siłą posuwu (45kN) przy podobnej prędkości posuwu 5,2 m/s oraz wymaga większej wydajności pompy hydraulicznej o ponad 80 l/mm. Natomiast parametry takie jak maksymalne otwarcie walców (713 mm), długość prowadnicy (90 cm) oraz maksymalna średnica okrzesywania (56 cm) nie uległy zmianie [www.logmax.com]. Na Technicznym Uniwersytecie Helsińskim przeprowadzono badania dotyczące metod bezdotykowego pomiaru pnia drzewa przed operacją ścinki oraz w czasie obróbki surowca. Na głowicy harwestera John Deere 745 umieszczono czujnik stałego pomiaru drzewa. Czujniki zamocowano na specjalnych, przeznaczonych do tego uchwytach w górnej części głowicy (ryc. 8). Ryc. 8. Widok głowicy John Deere 745 z czujnikami pomiarowymi [Miettinen i in. 2010] Fig. 8. Harvester head John Deere 745 view with sensors measuring [Miettinen and others 2010] Proces pomiaru wykonywany jest dzięki parze kamer stereo (ryc. 9). Ryc. 9. Symulacja pomiaru surowca drzewnego w trakcie obróbki [Miettinen i in. 2010] Fig. 9. Simulation measuring timber during processing [Miettinen et al. 2010] Charakterystyka i rozwój konstrukcji głowic harwesterowych do pozyskiwania drewna 73 W 2009 r. na Elmia Wood Komatsu zaprezentowała głowicę 365. Głowica waży 1250 kg, charakteryzuje się wysoką konstrukcją ramy, trzema rolkami posuwowymi. Rama głowicy jest wytworzona z materiału o wysokiej wytrzymałości konstrukcji przy niskiej wadze. W głowicy zastosowano nowy system pomiaru długości z dłuższym ramieniem i nowy cylinder koła pomiarowego, który dostarcza bardzo dokładnych pomiarów długości [www.komatsuforest.us]. Ciekawe jest uzyskiwanie dużej prędkości przesuwu dłużycy w głowicach Waratah dzięki zastosowaniu dużych średnic wałków posuwu (ryc. 10). Ryc. 10. Głowica Waratah WFW (fot. J. Sowa (Austrofoma 2007, Austria) Fig. 10. Waratah head WFW (fot. J. Sowa (Austrofoma 2007, Austria) W głowicy Woody 60 natomiast dużą przyczepność wałków przesuwu i pobocznicy drewna dłużycy uzyskano dzięki odpowiednio wyprofilowanej krzywiźnie wałków posuwu (ryc. 11, 12). Głowice Woody charakteryzują się również szeroko otwierającymi nożami okrzesującymi – w głowicy H 70 noże otwierają się na szerokość 130 cm. Głowice te spełniają również funkcje załadowcze. PODSUMOWANIE Głowica harwesterowa jest skomplikowanym urządzeniem składającym się z zespołów, które są odpowiedzialne za cały proces ścinki i wyróbki drewna. Przeanalizowane oferty firm zawierają szeroką gamę głowic do ścinki, okrzesywania i przerzynki surowca drzewnego. W ofertach można znaleźć mniejsze głowice o niższych parametrach, przeznaczone do użytkowania przedrębnego, jak również głowice z serii extreme czy heavy, służące wyłącznie do stosowania w starszych drzewostanach rębnych. 74 Janusz M. Sowa, Karol Gielarowiec, Dominika Gaj-Gielarowiec Ryc. 11. Głowica Woody 60 (fot. J. Sowa (Japan, 2010)) przy wykorzystaniu kolejki linowej [www.colheitademadeira.com.br] Fig. 11. Woody 60 head (fot. J. Sowa (Japan, 2010) Ryc. 12. Woody H 60 w czasie pracy w warunkach górskich przy wykorzystaniu kolejki linowej [www.colheitademadeira.com.br] Fig. 12. Woody H 60 while working in mountain conditions using the cable yar [www.colheitademadeira.com.br] Charakterystyka i rozwój konstrukcji głowic harwesterowych do pozyskiwania drewna 75 Na podstawie przedstawionych analiz można stwierdzić: – długości prowadnic u każdego z producentów są ściśle związane z masą głowic; – maksymalna średnica ścinanych drzew wzrasta wraz ze wzrostem masy głowicy; – maksymalna prędkość posuwu nie jest związana ze wzrostem masy głowicy. W głowicach produkowanych przez Log Max, Komatsu, Ponsse oraz SP zależność jest dodatnia, w głowicach John Deere’a maksymalna prędkość posuwu jest podobna w poszczególnych rodzajach głowic, natomiast w głowicach Waratah im głowica jest cięższa, tym mniejszą ma prędkość posuwu; – zależność maksymalnej prędkości posuwu wyrażona w m/s do siły posuwu (kN) jest dodatnia (głowice SP, Komatsu, Eco Log); w głowicach John Deere, Ponsse oraz Woody nie ma dodatniej zależności między tymi parametrami. Na podstawie porównania głowic starszych oraz współczesnych (wyprodukowanych do 5 lat wstecz) można zauważyć pojawiające się kierunki rozwoju zmian w głowicach harwesterowych. Na przykładzie firmy John Deere stwierdzono, że produkowane aktualnie głowice są znacznie lżejsze. Posiadają układ zmiennego ciśnienia noży i rolek posuwowych, który dostosowuje się do wielkości surowca. Posiadają krótszą ramę, która pozwala na dokładniejszą wyróbkę drewna z krzywizną. Natomiast pod względem parametrów siły posuwu czy maksymalnej średnicy ścinki nie ustępują znacząco swoim poprzednikom. Komatsu wyprodukowało głowicę, która jest zbudowana z materiału o wysokiej wytrzymałości konstrukcji przy zachowaniu niskiej wagi. W głowicy zastosowano również system dostarczający dokładniejszych pomiarów manipulowanego drewna. Finowie natomiast badają możliwości pomiaru drewna bez kontaktu urządzeń pomiarowych z badanym surowcem drzewnym. Przedstawione porównania mogą skłaniać do wniosku, że wkrótce głowice będą lżejsze, bardziej wytrzymałe, wydajniejsze oraz dokładniejsze. LITERATURA Aniszewska M., Brzózko J., Skarżyski J. (2011): Harwestery do pozyskiwania drewna stosowane w polskich lasach. Część 2. Głowice harwesterowe. Technika Rolnicza Ogrodnicza Leśna 2/2011. Poznań. Długosiewicz L., Grzebieniowski W. (2009): Porównanie wybranych technologii pozyskania drewna pod względem wydajności i kosztów. Inżynieria Rolnicza 8(117). Kraków 2009. Miettinen M., Kulovesi J., Visala A., Kalmari J. (2010): New Measurement Concept for Forest Harvester Head,” in Field and Service Robotics, A. Howard, K. Iagnemma and A. Kelly (eds.), Berlin: Springer:3544. Nowacka W, Moskalik T. (2012): Las miejscem pracy – nowy zawód, nowe możliwości. Studia i Materiały CEPL w Rogowie 14-32/3/2012. Skarżyski J., Brzózko J. (2010): Harwestery do pozyskiwania drewna stosowane w polskich lasach. Część 1. Charakterystyka ogólna – nośniki. Technika Rolnicza Ogrodnicza Leśna 6/2010. Poznań. Tomczak A., Jelonek T., Grzywiński W. (2012): Pozyskiwanie drewna pilarką. Techniczne, ergonomiczne i organizacyjne aspekty pracy drwala. Poznań. www.colheitademadeira.com.br www.deere.co.uk www.forsttechnik.at www.fortechserwis.pl 76 Janusz M. Sowa, Karol Gielarowiec, Dominika Gaj-Gielarowiec www.heavy.equipment.forums.com www.komatsuforest.us www.logmax.com www.modernmachinery.com www.ponsse.com www.proml.pl www.spmaskiner.se www.waratah.net Adres do korespondencji – Corresponding address: Katedra Użytkowania Lasu i Drewna UR w Krakowie Uniwersytet Rolniczy im. H. Kołłątaja w Krakowie Al. 29 Listopada 46 31-425 Kraków Janusz Sowa – [email protected] Dominika Gaj-Gielarowiec – [email protected], Karol Gielarowiec – [email protected]
