Puunkäsittelykoneen simulointi ja mekaaniset häviöt

Abstract

Diplomityö on osa Savonia-amk:n koneosaston TOVI-projektia, jossa metsä-konevalmistaja Ponsse Oyj on mukana. Työssä tutkittiin Ponsse Oyj:n metsäkoneen harvesteripäätä. Tavoitteena oli harvesteripään puun syöttöliikkeessä syntyvien mekaanisten häviöiden selvittäminen. Mekaanisilla häviöillä tarkoitamme karsintaterien kitkavoimia ja syöttörullien vierintävastusta.Edellisten lisäksi tavoitteena oli tutkia puun syöttöliikkeen simuloitavuutta monikappaledynamiikkaan perustuvalla simu-lointiohjelmistolla.

Työ toteutettiin mittaamalla harvesteripään hydraulisten toimilaitteiden paineita, puun syötön aikana. Mittasimme myös puun ja harvesteripään välistä liikematkaa, nopeutta, kiihtyvyyttä, sekä puun paksuutta. Mittausten lisäksi harvesteripäästä rakennettiin simulointimalli. Mitattujen paineiden avulla laskettiin vastaavien toimilaitteiden synnyttämät voimat ja momentit. Simulointimallilla toistettiin mittaustapahtumat, käyttäen mittausten avulla laskettuja voimia ja momentteja. Mallin kitkakertoimien ja vierintävastusten avulla simuloidut ja mitatut liikematkat haettiin yhteneviksi. Toisin sanoen, simulointimalli verifioitiin todellisuutta vastaavaksi, jolloin simulointimallista voitiin lukea syntyneet häviöt.

This master's thesis is a part of SavoniaUniversity of Applied Sciences' mechanical engineering departments TOVI-project, in which forestry machinery manufacturer Ponsse Oyj is a participant. An end effector, called a harvester head, was under study. The harvester head is made byPonsse. The aim of this study was to solve the amount of energy loss when timber is fed through the harvester head. The energy losses we were particularly interested in, result from frictional forces in the felling knives of the harvester head and from the rolling resistance of feed rollers. Further-more, we wanted totest is it possible to simulate the feed process in a multi body simulation software environment.

The work was carried out by measuring thehydraulic pressures of the actuators in the harvester head and the relative distance, speed and acceleration between the harvester head and the timber, as wellas the thickness of the timber during timber feed. From the pressure measurements we calculated the forces and moments of the actuators. We replicated the measurement events in a simulation model while using the actuator forces and momentswe had calculated. The model was verified by varying the frictional coefficients and rolling resistance coefficients until the relative distances in the model and measurements converged. After which, frictional forces were read from the model.