16
dr in¿. Adam WÊGRZYN, dr in¿. Norbert LESZCZYÑSKI, dr hab. in¿. S³awomir KOCIRA Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, Wydzia³ In¿ynierii Produkcji
e-mail: adam.wegrzyn@up.lublin.pl, norbert.leszczynski@up.lublin.pl
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.
³upanie drewna, g³owice ³upi¹ce, maszyny leœne S³owa kluczowe:
TENDENCJE W BUDOWIE NIESTACJONARNYCH
G£OWIC DO £UPANIA DREWNA
TECHNIKA ROLNICZA OGRODNICZA LEŒNA 1/2016 Wstêp
Dwuszczêkowe g³owice ³upi¹ce
Surowiec drzewny w postaci drewna ³upanego wyrabiany jest w procesie dzielenia drewna okr¹g³ego wzd³u¿ jego ko-mórek 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 przygoto-wywania 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.
Jedna z tendencji w konstrukcji g³owic ³upi¹cych jest oparta na zasadzie dzia³ania chwytaków do drewna, które po odpo-wiedniej 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 pracu-j¹cych 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 mó-wi¹cej, ¿e szczelina propaguje najczêœciej równolegle do osio-wych 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
zasadniczymi elementami roboczymi wystêpuj¹ ponadto dodatkowe, które s¹ charakterystyczne dla modeli produkowa-nych 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).
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]
Lp. 1. 2. 3. 4. 5. Rozwarcie kleszczy Si³a ³upania Masa g³owicy Ciœnienie robocze Masa noœnika
Wyszczególnienie Jednostki miary Oferowane warianty g³owic
cm t kg bar t W 600 62 26 295 190-250 6 W 820 82 26 360 190-250 10 W 1000 104 26 580 190-250 14 W 1350 137 34 950 220-270 20 W 1800 183 50 1750 240-300 30 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]
TECHNIKA ROLNICZA OGRODNICZA LEŒNA 1/2016 Szerok¹ ofertê dwuszczêkowych g³owic pracuj¹cych na wysiêgnikach pojazdów, a tak¿e montowanych na maszynach leœnych oferuje inna austriacka firma Westtech. Do pracy na ¿u-rawiach 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 odpowie-dni¹ 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).
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]
Rys. 3. G³owica Woodcracker L firmy Westtech z jedn¹ ruchom¹ szczêk¹ [9]
Fig. 3. Woodcracker L of Westech with one movedjaw[9]
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 kie-runkiem u³o¿enia komórek promieniowych - naprê¿enia powo-duj¹ pêkanie drewna. Pracuj¹ce w taki sposób g³owice s¹ pro-dukowane zarówno w wersjach przeznaczonych do monto-wania na wysiêgnikach, jak równie¿ w wersjach kompakto-wych. 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 hydrau-licznie 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 wyno-sz¹cej 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-G³owice z klinem ³upi¹cym
18
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.
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]
G³owice z obrotowym sto¿kiem
G³ównym elementem roboczym tego typu g³owic ³upi¹-cych 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 po-cz¹tku tylko czêœci¹ sto¿ka mo¿e byæ przemieszczony w odpo-wiednie 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 wyrabia-nego 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 wy-dajnoœæ dzia³ania takich g³owic jest szczególnie dobrze wi-doczna 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. 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]
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Lp. Pojemnoœæ silnika Ciœnienie robocze Masa g³owicy Œrednica sto¿ka D³ugoœæ sto¿ka Wymiary Masa noœnika cm bar kg mm mm mm t 3 Jednostki miary
Wyszczególnienie Oferowane modele g³owic GH 140/400 400 160 - 210 90 140 350 300 x 400 x 800 1,5 - 5,0 GH 170/500 500 140 170 405 GH 170/630 630 180 - 275 142 170 405 350 x 450 x 980 3,0 - 10,0 GH 170/800 800 145 170 405 Tab. 2. Parametry techniczne g³owic sto¿kowych oferowanych przez firmê Redmet [8]
Table 2. Technical data of conical splitter of Redmet [8]
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 na-szym 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 cm i maksymalnym zapotrzebo-waniu na olej rzêdu 75 l·min . G³owice te charakteryzuj¹ siê kompaktow¹ budow¹, du¿ym momentem obrotowym oraz prawymi i lewymi obrotami sto¿ka ³upi¹cego. W celu zagwa-rantowania prawid³owych obrotów uk³ad hydrauliczny pojazdu, na którym ma zostaæ zainstalowana g³owica powinien dysponowaæ minimalnym wydatkiem oleju na poziomie 30 l·min 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.
3 -1
-1
Podsumowanie
Bibliografia
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.
1. Dulcet E. 2012. „Przegl¹d urz¹dzeñ do produkcji drewna opa³owego”. 1 : 76.
2. Kaszkowiak J. 2014. „£uparki do produkcji drewna opa³owego”. 2 : 15-17.
3. £apka M. 2013.
. Rozprawa doktorska, Politechnika Opolska.
4. Romanowicz M., Seweryn A. 2007. „Pêkanie drewna w dwuosiowym stanie obci¹¿enia”. 1, 2 : 41-44. 5. www.auerlmb.at. 6. www.eschlboeck.at/en. 7. www.lasco.at. 8. www. redmet.pl. 9. www.westtech.at/pl Rolniczy Przegl¹d Techniczny Technika Rolnicza Ogrodnicza Leœna
Wp³yw efektu skali na mechanikê zniszczenia drewna konstrukcyjnego
Acta mechanica et automatica
.
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.
: wood splitting, forestry heads, forestry machines Key words
Podrêcznik pt. 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.
MASZYNY ROLNICZE
tel. 061 87-12-200; fax 061 879-32-62;
e-mail: office@pimr.poznan.pl; Internet: http://www.pimr.poznan.pl
Wydawca:
Bran¿owy Oœrodek Informacji Naukowej, Ekonomicznej i Normalizacyjnej Przemys³owy Instytut Maszyn Rolniczych
60-963 Poznañ, ul. Staro³êcka 31
