EMFi-kalvon käyttömahdollisuudet kuormakoneen kuorman valvonnassa

Abstract

Tämän opinnäytetyön tilaaja on John Deere Forestry Oy. Puutavaran metsäkuljetus on kustannustehokkainta, jos kuormakoneen kantavuus voidaan täysin hyödyntää jokaisen kuorman kohdalla ilman suuria ylikuormia. Puulajien tuoretiheyserojen ja useiden katkontamittojen vuoksi tähän ei kuitenkaan päästä. Luotettava kuormanvalvontajärjestelmä mahdollistaa suurien kuormatilojen käytön estäen silti ylikuormat.

Opinnäytetyössä tutkittiin sähkömekaanisen EMFi-kalvon (ElectroMechanical Film) käyttömahdollisuuksia kuormakoneen kuormakoon valvonnassa. Tarkoituksena oli löytää kuormanvalvonnan EMFi-kalvopohjaiseen anturointiin soveltuva sijoituspaikka, jossa virhedataa syntyy mahdollisimman vähän. Tämän avulla on mahdollista kehittää kuormakoneiden teknistä tasoa, pienentää ylläpitokustannuksia ja helpottaa koneenkuljettajan työtä. Työssä tutkittiin kolmea erilaista tapaa käyttää EMFi-kalvoa kuorman mittausanturina. Tutkimusvälineenä käytettiin ANSYS-simulointiohjelmaa, jolla mitattiin erikokoisten puutavarakuormien aiheuttamia muodonmuutoksia koneen takarungon länkilevyissä. Lisäksi tutkittiin mahdollisuutta asentaa EMFi-kalvoanturit pankkojen kiinnityslevyjen alle. EMFi-kalvoantureiden mitoitusperusteena käytettiin suurimman kuorman aiheuttamia voimia. Metsäkonerenkaan valmistusprosessiin tutustumalla tutkittiin mahdollisuutta asentaa EMFi-kalvo kuormantuntevaksi anturiksi renkaan kulutuspinnan alle.

Lopputuloksena saatiin selville, että kalvon renkaaseen asennus on mahdotonta toteuttaa EMFi-kalvon kestokyvyn rajoissa. Kahden muun vaihtoehdon havaittiin olevan toteuttamiskelpoisia, mutta ne vaativat jatkotutkimuksia. Näistä erityisesti länkilevyt mittauskohteena todettiin lisätutkimuksien arvoiseksi, kuten myös rungon ominaisvärähtelyn muutosten havainnointi eri kuormitustilanteissa EMFi-mikrofonilla. Opinnäytetyöllä tuotettiin John Deere Forestryn kuormakoneiden kuormanvalvontatutkimukselle hyvää pohjatietoa, jonka perusteella he pystyvät kehittämään kuormakoneidensa teknistä tasoa edelleen.

Opinnäytetyöstä tehtiin kaksi eri versiota eli julkinen ja vain työn tilaajalle tarkoitettu. Julkisesta versiosta poistettiin kaikki työn tilaajalta saatu luottamuksellinen aineisto sekä sen avulla tuotetut tutkimustulokset.

This thesis was made for John Deere Forestry Ltd. Transporting timber from the woods is at its most cost-effective only if the load capacity of the forwarder can be fully utilized without major overruns. However, due to different tree species and cutting lengths, this is not possible. Reliable load monitoring system allows the use of larger load compartments while still preventing overloads.

The possibilities of using an electromechanical EMFi film in the monitoring of the load size of a forwarder were researched in this thesis. The purpose was to find a suitable location for the EMFi film sensor for load monitoring where as little error data is generated as possible. This makes it possible to improve the technical level of forwarders, reduce maintenance costs and make the driver’s job easier. Three different ways of using an EMFi film as a load sensor were researched in this thesis. Deformations of the rear frame collar plates caused by different sizes of timber loads were simulated by ANSYS software. In addition, the surface area of the EMFi film was dimensioned by the force caused by the largest load when EMFi film sensors are installed under the load compartment. The feasibility of installing an EMFi film sensor under the tire tread was researched in the last stage.

As a conclusion, it was found that the mounting of EMFi film on the tire is impossible within the limits of the film’s durability. The other two options were found to be feasible, but they require further research. Especially the collar plates as a measuring point were found to be worth further research, such as the observation of changes in the characteristic vibration of the frame in different load situations with an EMFi film microphone. The thesis provided John Deere Forestry with good basic knowledge that will enable them to further develop the technical level of their forwarders.

Two versions of this thesis were made. Public and intended only for the client. All confidential material was omitted from the public version of this thesis.