Effektivare drivare med automatisk lastning

Hur fungerar en drivare med automatisk lastning?

Lastanordningen till Timber Pros slutavverkningsdrivare finns idag endast på ritbordet, med flera tillhörande patent och idéer om vidareutveckling. Lastanordningen är en helt ny och komplex konstruktion, vilket gör analysen osäker innan den är tillverkad och fälttestad. Skogforsk har därför valt att göra en simulering av maskinsystemet med programvaran ExtendSim.

Lastanordningen består av en dator- och koordinatstyrd lastram och vagga (virkesficka), som kan arbeta på ömse sidor av drivaren. Lastanordningen monteras på en basmaskin med förlängd bakram, som även utrustas med två individuellt styrbara extrahjul. Lastintagets höjd är ställbart i tre led och skotarens lastkapacitet är ca 20 m3fub.

Direktlastande system med delautomatiserad lastning

Drivaren är ett direktlastande system med delautomatiserad lastning. Direktlastning innebär att virket läggs i lastutrymmet utan mellanlagring på marken. Delautomation innebär i detta fall att träden upparbetas mot vaggan vid främre boggin, varpå lastanordningen automatiskt flyttar virket till rätt plats i lastutrymmet.

Bortrationaliserat lastningsarbete

Jämfört med tvåmaskinsystemen är den största skillnaden att en stor del av skotarens lastningsarbete bortrationaliseras genom automation. Lastningen blir nästan ”gratis”. Med denna lösning behövs alltså lägre arbetsinsats i drivningsarbetet än med ett tvåmaskinsystem. Den potentialen kan i princip realiseras i all slutavverkning. Intag framtill på lastbäraren möjliggör också ett arbetssätt där man kör närmare träden och minskar det totala kranarbetet.

Kan sorteras

Kvistning och kapning av trädet sker i en vagga där sortering sker, normalt i tre fack. Baserat på det koordinatsystem som redan finns i maskinen ger systemet möjlighet att i framtiden delautomatisera upparbetningen: dels automatisk positionering mot vaggan vid kapning av stock, dels automatiserad sortering, dvs. exakt var i vaggan biten skall läggas. Transporten till lastutrymmet sker sedan automatiskt med lastanordningen. Det rationaliserar bort förarens arbete med dessa delmoment.

När det gäller skotning så skiljer sig drivaren med lastanordning från en traditionell skotare när det gäller lossning och renkörning på trakten. Drivaren har fler sortiment att lossa, vilket innebär att lossningen (sorteringen på avlägget) tar längre tid. Men drivaren kör samtidigt en kortare sträcka då den får alltid med sig allt virke direkt.

Nytt arbetssätt

En drivare med lastanordning ger kortare kranrörelser, dels då lastningen sker framtill och dels då att virket flyttas med då maskinen rör sig framåt (skördare måste skapa effektiva skotningshögar vilket ger längre kranrörelser). Det är mest effektivt att köra 2-6 träd på kort arm och sedan hämta träd på lång arm medan lastningen pågår. Alternativt sker lastningen under en lite längre maskinförflyttning. Lastningen sker i dessa fall tidsmässigt gratis.

Potentialen blir störst vid avverkning där man kontinuerligt kan köra framåt. Systemet passar därför troligen bäst i avverkningar som inte grotanpassas. Vinsten av minskat kranarbete, i jämförelse med ett tvåmaskinsystem, blir störst i glesa bestånd, dvs. normalt på låga boniteter. Typiska trakter som inte grotanpassas är trakter med låg bonitet, långa transportavstånd och låg andel gran. Sammantaget gör detta att drivare med lastanordning har störst konkurrenskraft i norra Sverige. Delautomatiserad lastning ger dock en intressant fördel i hela Sverige.

Figur 1. Jämförelse mellan två olika drivare, med vridbart lastutrymme (vänster) resp. med vagga och lastanordning (höger).

Resultat

Den aktuella slutavverkningen i simuleringen, där Skogforsks sedan tidigare har data från tidstudier av ett tvåmaskinsystem, gav ett uttag på ca 200 m3fub/ha. Skotningsavståndet var 350 m och medelstammen 0,35 m3fub vid en ej grotanpassad avverkning (totalt 400 träd).

I vår simulering av drivaren ökade avverkningstiden med 19 % i jämförelse med ett tvåmaskinsystem, medan skotningstiden minskade med 49 %. Totaleffekten var en minskning i tid om 22 % (Tabell 1). Ett alternativ med grotanpassning gav 18% lägre tidsåtgång.

De mest kritiska, idag oprövade, momenten för drivaren med lastanordning är positionering av vaggan, positionering i vaggan, positionering av upparbetningen mot resp. fack i vaggan samt eventuell väntetid beroende av lastanordningen, vilket skulle kunna innebära en flaskhals. Därför gjordes en känslighetsanalys där dessa momenttider varierades med +/- 50%.

Resultatet blev att den totala tidsåtgången endast förändrades med +/- 4%. Det är en måttlig förändring som indikerar att kalkylen är ganska okänslig för eventuella felaktigheter i de antaganden vi tvingats göra. Skillnaderna i arbetssätt mellan systemen blir tydliga då man jämför momentlistorna (Tabell 2).

Tabell 1. Resultat från simuleringen av drivningen (data om trakten finns i texten under Resultat). Drivningen skedde utan grotanpassning, med reducerad tid för momenten Kran ut och Intagning.

Tabell 2. Momentlista i simuleringsprojektet. Asterisk (*) och ljusblå markering visar vilka moment som bara förekommer i det ena systemet.

Jämförelse med drivare/vridbart lastutrymme

Trädet tas in rakt framifrån, vilket troligen minskar den totala krantiden i jämförelse med drivare med vridbart lastutrymme, som har längre avstånd till intaget. Andelen kranarbete på lång räckvidd bör sjunka, vilket minskar belastningen på kran- och hydraulsystem och ger möjlighet att använda fullstora aggregat. Att intaget sker vid lägre höjd än med vridbart lastutrymme, där upparbetning sker över lasten, bör också vara en fördel eftersom det blir enklare att styra kranen med hög precision.

En drivare med lastanordning kan närmast jämföras med en skördare då det gäller intaget av stammen. Skogforsks tidsstudier tyder på att en drivare med vridbart lastutrymme vid intagningen, i jämförelse med en skördare, får dra trädet längre och lyfta trädet högre.

Simuleringsmodell

Ett viktigt mål för simuleringen var att undersöka eventuella väntetider i lastcykeln, dvs. i vilken omfattning lastbäraren efter avlastning inte hinner tillbaka till dess nästa träd ska läggas i vaggan. På den studerade trakten blev väntetiden betydligt längre än tidsvinsten. Tiden för den automatiserade lastcykeln var i modellen 12 sekunder och genomsnittlig väntetid var en halv sekund per träd.

Maskinkalkyl och ekonomiskt utfall

De maskinkalkyler som gjorts för att beräkna systemets timkostnader stödjer sig på tidigare jämförelser mellan drivare och tvåmaskinsystem samt preliminära uppgifter om priset för TimberPro-drivaren med lastanordning. De antagna timkostnaderna framgår av Tabell 3. Med dessa timkostnader blir drivaren 15% billigare än tvåmaskinsystemet vid avverkning av den studerade trakten. Om grotanpassning utförs blir drivaren 10% billigare.

Tabell 3. De olika maskintypernas timkostnader på basis av studiens maskinkalkyl. timkostnaden för drivaren med lastanordning ingår nivånivellering, vilket är standard på de flesta skördare i Sverige.

Diskussion

Aggregatstorlek i slutavverkning

Basmaskinen TimberPro 840C har en kran- och hydraulkapacitet som kan bära och hantera ett fullstort slutavverkningsaggregat, vilket är en styrka.

Sortering i vaggan och i lasset

Vaggans storlek är 1,5 m3fub med plats för tre sortiment. I lasset kan man med hjälp av stöttor få en uppdelning i fyra sortiment. Sortering i såväl vagga och lass kan vara en utvecklingsfråga, men tills vidare bedöms sorteringen kunna fungera bäst i norra Sverige med få sortiment. Det ger färre lastningscykler.

Lossning vid avlägg – grip eller kombiaggregat?

Att vid lossningen växla till grip är den bästa lösningen - om man kan lösa det tekniskt. Trådlös kommunikation mellan aggregat och maskin är att föredra. Att genomföra bytet genom kranstyrning från hytten är svårt och tidsödande.