Skonsam terrängtransport med pendelarmar

Artikeln är en del av rapporten "Skonsam och produktiv skogsteknik". 

Xt28 är en konceptmaskin med sex aktivt styrda pendelarmar, navmotorer och dubbla styrleder. Förväntade fördelar innefattar bland annat:

• Minskade helkroppsvibrationer.
• Minskade dynamiska krafter på marken.
• Ökad produktivitet genom snabbare terrängkörning.
• Möjligen bättre förhållande maskinvikt/lastvikt, eftersom pendelarmar är lättare än boggi.

Projektet utfördes i samarbete med Linköpings Tekniska Högskola, KTH, Bosch Rexroth och eXtractor AB. Skogforsk har ansvarat för styrsystemet, genomfört och koordinerat testerna samt fogat samman kunskaper och komponenter från projektparterna till en fungerande pendelarmsskotare.

Efter ett omfattande konstruktions- och programmeringsarbete genomfördes framkomlighetsprov i terräng och vibrationsmätningar på standardiserad testbana vid Jälla Naturbruksgymnasium. Vibrationsbanan är en 28 meter lång betongbana med ett antal utplacerade standardhinder av metall. Dessutom deltog maskinen i ett spårdjupstest på en organogen, mjuk åkermark. Spårdjupstester genomfördes enligt Skogforsks utarbetade standard i slutet av september 2015 då marken var "höstfuktig".

Mätning av vibrationsnivåer på Skogforsks vibrationsbana.

Spårdjup

Vid körning rakt fram på mjuk mark hade Xt28 större spårdjup än jämförelsemaskinen, en åttahjulig Komatsu 845 som kördes både utan band och med band på lastbäraren, vilket gav minsta spårdjupet. Men körning ”i slalom” ökar inte markpåverkan och spårdjup för Xt28. Det gör det däremot för den konventionella skotaren som fick större spårdjup än Xt28 både med och utan band, då maskinen måste svänga under förflyttning.

”Bra vibrationer”

Flera mätningar gjordes på Skogforsks vibrationsbana. Hastighetsskillnaden var mycket liten mellan de testade maskinerna, bara cirka en procent och det var Xt28 som körde snabbast. Vibrationsdosen, som avgör insatsvärdet, minskade
i genomsnitt med 13 procent för Xt28. Insatsvärdet är det värde för daglig vibrationsexponering, A(8), som innebär krav på insatser från arbetsgivaren om det överskrids. 

Den aktiva dämpningen ger stora fördelar Xt 28 nivelleras med hjälp av ett styrprogram för de sex pendelarmarna. Detta ger maskinen dess aktiva dämpning och är en huvudingrediens i innovationen. Effekterna av den aktiva dämpningen studerades via gyrot där vinkelhastigheten räknades om till vinkel. Krängningar i sidled (roll)
kan ge upphov till stora dynamiska laster som påverkar människa, maskin och mark. Den aktiva dämpningen reducerade lutningen med ca 32 procent. Det ger Xt28 mindre krängningar, mjukare gång och leder till minskade påkänningar på människa, mark och maskin.

Slutsatser

Flera maskintillverkare har följt utvecklingen av Xt28. Efter projektet vidtog studier av energibalansen för pendelarmar kontra konventionell boggimaskin i ett examensarbete vid KTH tillsammans med Komatsu Forest.

Redan tidigare har visats att pendelarmarna fungerar rent mekaniskt. Detta projekt visar att dagens kommersiella hydraulik och styrsystem har tillräcklig kapacitet för att aktivt styra pendelarmarna, vilket ger ökad förarkomfort och bättre maskinegenskaper. 

Aktiv dämpning bör utvecklas vidare med snabbare komponenter
och förfinade styralgoritmer. Som testplattform kan man då fortsätta att nyttja Xt28. Den kan även lämpa sig väl för test av delautomation eller av autonoma maskinkoncept, eftersom Skogforsk har total kontroll över maskinens styrsystem som kan vidareutvecklas med nya, integrerade funktioner, till exempel fjärrstyrning.

 Antal överfarter

Antal överfarter

Spårdjupsbildning vid körning rakt eller i slalom med Xt28 och skotaren Komatsu 845 med och utan band. Pendelarmsmaskinens spårbildning ökar inte vid slalomkörning.