Kaivinkoneen monikäyttökoura energiapuuaineelle

Abstract

Suunnittelutyö sisälsi uudentyyppisen energiakouraratkaisun mallintamisen Koneurakointi Hakkarainen Ay:lle. Tavoitteena oli löytää järkevä ja edullinen ratkaisuehdotus työlaitteelle, jolla voitaisiin korjata energiapuu kantoineen metsästä.

NTP-10-pikakiinnikeaihio toimi työn lähtökohtana. Kiinnikeaihio mallinnettavine työlaitteineen tulisi myöhemmin voida kiinnittää kaivinkoneen vastakiinnikkeeseen.

Monikäyttökouran toimintaperiaate perustuu suurimmillaan 300 mm olevan puun runko-osan katkaisemiseen ja samanaikaiseen kanto-osan halkaisemiseen. Kaivinkoneen hydrauliikkajärjestelmästä saatavaa voimaa kohdistetaan työlaitteen sylintereihin ja niillä puu saadaan puristettua T-terää vasten leukapakkojen avulla. Puristustapahtuman edetessä terä liukuu puun osien läpi ja katkennut runko pysähtyy työlaitteen perusrunkoa vasten.

Työlaiteesta suunniteltiin kokonaisvaltainen 3D-malli, jonka perusteella perusrungon maksimikuormitustilanteelle tehtiin Finite element method- eli FEM-analysoinnit. Mallintamisessa ja analysoinnissa käytettiin Catia V5R20 -ohjelmistoa.

Työlaitteen rakenne kesti kuormitustilanteen plastisesti, siirtymien ollessa samalla hyvin pieniä. Hydrauliikkasylintereiden voiman riittävyys haluttuihin työtoimintoihin perusteltiin laskemalla ja tuloksia vertaamalla samantyyppiseen sarjavalmistettuun työlaitteeseen.

Tärkeimpinä tuloksina saatiin monipuolisen työlaitteen lisäksi uudentyyppinen T-teräratkaisu. T-terässä on rungon katkaisua ja kannon halkaisua varten omat teräpalat, jotka on kiinnitetty toisiinsa kohtisuorasti. Myös työlaitteen yksittäisien osien 3D-mallien perusteella työkuvien ja piirustusten luominen prototyypin osien valmistamiseksi on myöhemmin mahdollista. 3D-mallit mahdollistavat myös hyvän pohjan mahdolliselle jatkokehittämiselle.

The theme of the degree work was to design a new kind of a device solution for excavator for the customer, Koneurakointi Hakkarainen Ay. Objective included affordability and simplicity when designing a device that would be able to har-vest bio wood trunks as well as tree stumps.

Foundation for the designing was the billet of a NTP-10 fastener that could be connected to the excavator. This type of a rapid fastener would be fixed perma-nently to the device by welding.

Operational idea was to be able to cut down the trunk sizes smaller than 300 mm and also simultaneously split the trunks in two. The excavator’s hydraulic power moves the two hydraulic cylinders and those again move the claw decks. These decks press the bottom of the tree against the T-blade that cuts through the wood and cut trunk stops against the mainframe.

After a full scale 3D -product designing the model of a device could be analyzed by using Finite element method (FEM). Both designing and analyzing was made by using a single program called Catia V5R20.

The structure of the mainframe was rigid enough to handle the worst possible structural load. All the deformations were plastic and the displacements were acceptable. The hydraulic functionality was calculated and compared for a mass manufactured bio wood device.

As a result the new design of a bio wood handling device was born. As slightly unexpected event the new type of a blade solution was also invented. The T-blade has two perpendicular blades for cutting and for splitting. By using the 3D models of the designed product parts it is possible to create drawings for manufacturing and presentation.