Strokovne razprave GDK: 377.44 Woody 1 JO Lastnosti prenosa si na podlago pri traktorju Wood:v 11 U lzvleček Košir, B.: Lastnosti prenosa sil na podlago pri traktorju Woody Il O. Gozdarski vestnik. št. 3/2000. V slovenščini, cit. lit. 14. V članku so predstavljene osnovr1e značilnosti zgibnega traktorja Woody 1 1 O, ki je bil proučevan v l. , 999 s poudarkom na vrsti transmisije. Traktor ima hidrostatsko-mehanski prenos, ki seje izkazal z dobrimi voznimi lastnostmi. Prikazani so rezultati modelnega preizkusa značilnosti traktorskega prenosa in rezultati morfološke analize v primerjavi z drugimi zgibnimi trakto~ji. Prikazane so modelne vlečne sile v odvisnosti od hitrosti vožnje v prvi in drugi prestavi. Ključne besede: zgibni traktor, spravilo lesa, traktor Woody. UVOD V Sloveniji prevladuje traktorsko spravilo lesa s prilagojenimi kmetijskimi kolesnimi traktorji. Delež posebnih gozdarskih zgibnikov v zadnjem času neko- liko narašča, čeprav je njihova ekonomičnost pogojena z zahtevnejšo organizacijo dela in je omejena na po- sebne delovne razmere, v katerih pridejo do izraza nji- hove prilagoditve za delo v gozdu. Vrednostno sta obe skupini traktorjev nekako izenačeni, saj je nabavna vrednost novega zgibnika za več kot dvakrat večja od novega prilagojenega traktorja. Pri obeh skupinah trak- torjev se pogosto postavlja vprašanje zamenjave sta- rejših strojev z novejšimi. Pri prilagojenih ko1esnikih je to vprašanje postalo aktualno nekoliko prej, saj se je trg nekdanjih prevladujočih znamk traktorjev skoraj v celoti zaprl (fMT- Srbija), poleg tega pa ti traktorji povečini zdržijo v gozdni proizvodnji manj časa kot zgibniki in jih je potrebno pogosteje menjavati. Problemi pri menjavi zgibnih traktorjev so precej različni in svojstveni (KLOBUČAR 1 KOŠIR 1999). Pri teh traktorjih lahko kupimo nekoliko modificiran, a še vedno tako rekoč gotov izdelek, saj potem, ko je traktor kupljen, ne spreminjamo več njegove uporab- nosti, nikakor pa ne moremo spreminjati osnovnih tehničnih značilnosti. Med novimi zgibniki, ki smo jih uvedli v proizvodnjo v zadnjih desetih letih prevladu- jejo japons!a zgibniki Iwafuji (največ tip T41 ), vendar je bilo tudi nekaj poskusov z drugimi znamkami (LKPT, IWA, Timberjack). L. 1998 sta pričela pri spra- vilu lesa delati tudi dva zgibnika slovenske proizvod- nje- WOODY 110. Eden je v celoti daljLnsko krmiljen (traktor in vitel), drugi pa ima daljinsko krmiljen vitel. Ostale tehnične značilnosti so pri obeh traktorjih enake * Doc. dr. B. K .. univ. dipl. inž. gozd ., BF, Oddelek za gozdarstvo in obnovljive gozdne vire, Večna pol 83, 1000 Ljubljana, SLO GozdV 58 (2000) 3 (KOŠIR 1998, KOŠIR 1 LIPOGLAVŠEK 1999). Z nabavo teh traktorjev je stekel tudi razvojni projekt, pri katerem sodelujejo proizvajalec VILPO d.d ., Gozdno gospodarstvo Postojna d.d., Oddelek za goz- darstvo in obnov lj ive gozdne vire BF in Gozdarski inštitut Slovenije. Traktor WOODYproučujemo v pro- jektu Razvoj in promocija traktorja WOODY New. Namen tega članka je prikazati nekatere tehnične ka- rakteristike in rešitve pri novem traktorju, vendar bomo omenili tudi druge metode proučevanja spravila lesa s tem traktorjem, katerih rezultati bodo sledili v strokovni llteraturi kasneje. 2 PRENOS MOČI OD MOTORJA DO KOLES Prenos sil na podlago je problem, s katerim se goz- darji srečujejo od začetka uvajanja traktorskega spra- vila. Učinkovit prenos vlečnih sil na podlago je močno odvisen od podlage ter od porazdelitve mase traktorja in bremena na pogonske osi, od ureditve transmisije na traktorju, vrste pnevmatik in vrste pogona. Največje sile, ki jih razvijemo pri spravi]u lesa, so na ravni podlagi odvisne od obtežitve osi traktorja in koefi- cienta adhezije, slednji paje odvisen od vrste pogona (gosenični, kolesni), hitrosti vlačenja in lastnosti pod- lage (vrsta, vlažnost). Cilji, kijih pri tem zasledujemo, so: ·pri majhnih hitrostih želimo imeti na kolesih velike vlečne sile, ki so potrebne za premik traktorja in bremena iz mirujočega položaja; - pri večjih hitrostih so te sile lahko manjše, a še vedno dovolj velike za premik traktorja in bremena; - pri vseh hitrostih se želimo izogniti zdrsu, ki pomeni poleg izgube energije tudi trganje gornjih plasti podlage. 139 Tem ciljem se najbo Ue prilagajajo zgiboi gozdarski traktorji s približno porazdelitvijo mase neobremen- jenega traktorja: polovico na prednjo in polovico na zadnjo os. Pri v lačen ju bremena je zadnja os seveda močneje obremenjena od prednje, vendar imajo pred- nja poganska kolesa v večini razmer še vedno dovolj velik stik s tlemi, da pride prednji pogon do polnega izraza . Teoretično predstavljamo lastnosti trakiorja pri v lačen ju z odvisnostjo med vlečnimi silami in hitrostjo vožnje. Slednja je navzgor omejena s 30 km/h, vendar je očitno, da pridejo pri vožnji po gozdni vlaki v poštev precej manjše hitrosti, največ do 1 O km/h (prazna vožnja v ugodnih okoliščinah). Za prenos sil na pod- lago je zato odločilna izbira hitrosti in s tem vlečne sile s pomočjo transmisije, tako daje oboje prilagojeno trenutnim delovnim razmeram na traktorski vlaki. Pre- nosi moči oz. sil od motorja do koles so vzrok mnogih razlik v voznih lastnostili traktorjev in drugih delovnih strojev. Poznamo mehansJU in hidravlični prenos sil, pri zadnjem pa ločimo hidrodinamičoe in hidrostatične sisteme. Obstajajo tudi različne kombinacije, kot npr. : l. Motor - mehansJU sistem - kolo 2. Motor- hidrodinamični-mehanski sistem- kolo 3. Motor- hidrodinamični-hidrostatski sistem- kolo 4. Motor - hidrostatski-mehanski sistem - kolo 5. Motor- hidrostatski sistem - kolo Optimalno delovno območje hitrosti delovanja mo- torja je med točko maksima! nega vrtilnega momenta in točko maksimalne moči motorja (slika 1). V vsaki prestavi- če gre za mehanski menjalnik- določa vrtilni moment skupaj s celotnim prestavnim razmerjem in dolžino ročice (polmer pogonskega kolesa) vlečne sile na pogonskem kolesu. Celotno prestavno razmerje je določeno z razmerjem vrtljajev motorja v primerjavi Hitrost motorja (r/mio) z vrtljaji kolesa in je urejeno s fiksimi prestavnimi razmerji reduktorjev in diferenciala ter spremenljivim prestavnim razmerjem menjalnika. S prestavnimi raz- merji pomembno zmanjšamo hitrost vrtenja koles (do 0,5 r/s) v primerjavi s hitrostjo vrtenja motorja (nad 35 r/s) in s tem znatno povečamo vrti Ini moment (od okoli 300 do 30.000 in več Nm). Od prenosnega razmerja neke prestave je odvisno, kolikšna je dejanska hitrost vozila in kolikšne so pri tem vlečne sile. V praksi je težko doseči gladke pre- nose vzdolž krivulje, ki opisuje odvisnost vlečne sile in hitrosti. Velika prednost traktorja z mehanskim pre- nosom si lje, če ima menjalnik večje število prestav, s katerimi prj\agajamo hitrost in vlečne sile trenutnim potrebam pri vožnji . Pri mehanskih transmisijah lahko kombi..niramo tudi več menjalnikov (npr.: menjalnik s 5 presta vami x 2 prestavi= lO prestav) in dobimo s tem različne kombinacije hitrosti in vlečne sile (slika 1 ). Hidravlikz. omogoča posebno vrsto prenosa, ki daje v kombinaciji z mehanskimi prenosi odlične rezultate. Že hidrodinamičen prenos sil od motorja do menjal- nika ima vrsto prednosti, vendar ima tak način izrazite pomanjkljivosti glede izkoristka prenosa in s tem po- rabe goriva. Teoretični odvisnosti med silo in hitrostjo se najbolje približajo traktorji s hidrostatskim poga- nom. Takšen prenos ni novost in je pri gozdarski meha- nizac~i običajen pri večjih strojih skandinavske tehno- logije. Vir moči pri hidrostatskem pogonuje črpalka s spremenljivim naklonom črpanja, kije priključena na ustrezen dizelski motor. Črpalka ustvarja tlak in pretok olja, ki žene hidromotorje. Ti nato neposredno ženejo posamezna kolesa ali pa so med njimi in kolesi še ustrezni mehanski prenosi. Konstrukcija takšnega pogona omogoča, da v dveh prestavah (delovna in cestna) v okviru dveh največjih -Prc.o;;Laval -Prc!$I;JVCl2 o 10 15 20 25 JO Hitrost (km/h) ~lila 1: Optimalno delovno območje obratov motorja in optimalna delovna območja hitrosti glede na odvisnost vlečne sile od hitrosti v posameznih prestavah pri mehanskem menjalniku (ElNAR 1989) 140 GozdV 58 (2000) 3 ' Maksimalni dovoljeni pritisk Maksimalni pretok Hitrost Hitrost ." lJI ;1 ~ Tipična odvisnost med vlečnimi silami in hilrostjo pri hidrostatskem motmju s končnima Ločkama (EINAR 1989) hitrosti ( 15 in 30 km/h) brezstopenjsko izbiramo raz- merja med hitrostjo in vlečnimi silami. V bistvu gre pri tem za izbiranje razmerja med tlakam in pretokom v hidravličnem sistemu (moč= tlak x pretok, moč= sila x hitrost). Z ventili naravnavamo maksimalni tlak in s tem določimo en konec krivulje, z naklonom izbra- ne črpalke pa maksimalni možni pretok (drug konec krivulje- slika 2). Glede na dodano moč je med obema točkama veliko možnosti, s katerimi določamo dejans- ke vlečne sile na kolesih. Črpalka sama ne dopušča dovolj velike redukcije obratov motorja (največ 5 : l), zato morajo biti na traktorju še dodatni elementi oz. prenosi, s katerimi zmanjšamo število obratov na kolesih, kadar je to po- trebno. Največkrat zato najdemo - kot pri traktorju WOODY- kombinacije med hidrostatskim in mehans- kim prenosom sil na kolesa. Razlog za veliko zaniman- je za traktor WOODY je v nekaterih posebnostih, ki ga ločujejo od podobnih traktorjev, ki so doslej pre- vladovali pri nas. Med temi posebnostmi je najvaž- nejša hidrostatski način prenosa sil na podlago, ki ga je imel že prvi prototip WOODY 75 (Lesna Slovenj Gradec) v osemdesetih letih (REBULA 1989, 1990). 3 METODE PROUČEVANJA TRAKTORJA WOODY Problema vlačenja lesa ne gledamo več zgolj kot tehnično vprašanje. Zanima nas tudi vpliv na okolje in na človeka. Metode proučevanja se zato razvijajo v več smereh, da bi pri različnih režimih obratovanja oz. različnih delovn:ih razmerah: ugotovili sile (momente, obremenitve posameznih koles) med traktorjem in podlago, izmerili porabo goriva in emisije toplogred- nih plinov v ozračje, ugotovili poškodbe pri v lačen ju GozdV 58 (2000) 3 lesa v sestoju in na gozdnil1 tleh, ugotovili obremenitve traktorista, izmerili učinke in določili standardne čase ter ugotovili ekonomičnost spravila lesa. Gre za niz metod, ki se med seboj razlikujejo, ven- dar imajo tudi skupne točke . Za nekatere med njimi je to dejanski koledarski čas v sekundah, v katerem je mogoče primerjati različne dogodke z delovnimi raz- merami in obremenitvami traktorja. Druge metode imajo spet različne primetjalne osnove, npr. delovišče, za katerega poznamo gostoto prometnic, značilnosti bremen, čase spravila lesa in deleže poškodb drevja. Stvar točke gledanja je, kateri parametri so važ- nejši. Iz tehnično-tehnološkega vidika je vsekakor prvo vprašanje, ali je traktor sploh sposoben opravljati zah- tevne naloge pri vlačenju lesa in v kolikšni meri. Iz okoljevarstvenega vidika so pomembna vprašanja gle- de emisij v okolje, poškodb tal in drevja, k.j so delno povezana z lastnostmi traktorja, delno pa z organiza- cijo dela. Metode so zahtevne in nekatere med njimi predstavljajo novosti v proučevanju vplivov pridobi- vanja lesa in gozdarske mehanizacije na gozdno okolje. Med cilji projekta je tudi ovrednotenje prednosti hidrostatskega pogon·a v primerjavi s klasičnim me- hanskim prenosom sil, kot ga poznamo pri traktorjih Timbetjack, Iwafuji, Belt in drugih. Konstrukcijo trak- torja WOOOY so zaradi potreb razvoja traktorja več­ krat ustrezno simulirali. Model, katerega delne rezul- tate borno opisali, se nanaša na WOODY llO, z maso 5.500 daN (KOŠI.R 1998) z motorjem 76,5 kW pri 2.200 r/min. Rezultati veljajo za določene parametre delovanja motorja in črpalke, kijih cu ne bomo opiso- vali. Gozdarski zgibnik WOODY smo preizkusili tudi s primetjavo njegovih morfoloških značilnosti z obsež- nejši.mi, čeprav starejšimi študijami traktorjev 141 Košir. B.: Lastnosti prl'nosn il na podlago pri trnktfl rj u Woody li O (SEVER 1980), med katerimi so tudi takšni, ki še danes delajo pri spravi lu lesa v našem okolju. Za mor- fološke značilnosti traktorjev so pomembni njihova širina, dolžina, višina, masa in moč motorja. Primerjali smo dejanske značilnosti traktorja z izračunanimi, in sicer naslednje odvisnosti po Severju ( 1980, 1993, 1999): odvisnost dolžine traktorja od njegove mase, odvisnost širine trak-torja od njegove mase, odvisnost moči motorja od teže, širine, dolžine in višine traktorja, primerjava izračunane in dejanske specifične mase traktmja, primerjava izračunanega in dejanskega ima- ginamega specifičnega tlaka, primerjava izračunane in dejanske imaginarne prostorninske mase. Za osnovo smo vzeli naslednje tehnične značilnosti traktorja WOODY 110: teža vozila 5.500 daN, dolžina 5.400 mm, višina 2.750 mm, širina 1.940 mm, moč motorja 76,5 kW (preglednica 1 ). 4 REŠITVE PRI TRAKTORJU WOODY 110 Način prenosa sil je prikazan na slikah 3 in 4. Pri tem traktorju gre za kombinacijo hidrostatskega in mehanskega prenosa sil, pri čemer opravi skoraj vse naloge hidrostatski prenos v povezavi z elektronskim, računalniškim uravnavanjem vožnje. Od motorja proti kolesom se vrstijo naslednji deli : razdelilno gonilo za Prc!.!lcdnica 1: Tehnični podatki za traktor WOODY 1! O Teža vozila 5.500 daN Dolžina 5.400 mm VBina 2.750 mm S irina 1.940 (2.000)mm; pri gumah !4.9/13-28 črpalke, na katerega so priključene črpalka za pogon traktorja, črpalka za pogon vitla in črpalka za delovno hidravliko, sledijo hidravlične cevi za prenos moči do hidromotorja za pogon vozila in hidromotorja za pogon vitJa. Hidromotor za pogon vozila je priključen na dvostopenjski menjalnik (delovna in cestna hitrost), ki je skupaj z razdelilnikom moči, ki razdeli moč na prednjo i.n zadnjo os, nameščen na zadnjem delu vozila pred di ferencialom . Za pogon zadnje osi se sile preko polosi prenesejo na planetna gonila v kolesih. Na pred- nji most traktorja se sile prenesejo preko več krajših kardanskih osi na diferencial in preko polosi na planet- na gonila v kolesih. Klasičnega menjalnika traktor ne pozna, saj je njegov menjalnik namenjen le izboru dveh hitrostnih režimov, medtem ko izbiramo smer vožnje (podobno velja za smer navijanja vrvi na vitJu) s smerjo vrtenja črpalke . Delovno hidravliko poganja posebna črpalka. Ftmkcije delovne hidravlike na trakt01ju so: premikan- je prednje (gor, dol ter spreminjanje naklona deske) in zadnje deske (gor, dol) ter krmiljenje traktorja (spre- minjanje kota v zglobu). Prednosti hidrostatskega prenosa na traktorju WOODY Il O so v brezstopenjskem izbiranju razmerja med hitrostjo in vlečnimi silami, kar v praksi pomeni, da imajo takšni stroji pri zelo majhnih hitrostih dovolj Motor PERKINS, tip 1004-40T, 4 cilindri, v0dno hlajen. Moč moto•·ja 76.5 kW/104 PS pri 2.200 obr/min Gume L4.9/13-28 PR12 Osi CLARK-HURTH s samodejnimi diferencialnimi zapirači. lamelnimi zavorami v olju, parkirna zavoro z z,avornim cilindrom z vzmetjo. Šasija Dvodelna. vrujena konstmkcija, z zglobom in vrtiščem med sprednjim in zadnjim delom. Pritrdišča za tiksimi cilinder zgloba pri delu z dvigalom. llidravlika SAUER-SUNDSTRAND za pogon vozila, vitJa in priključkov. Krmilo DANFOSS -hidravlično. Pogon Hidrostatski na vsa kolesa z elektrohidravličnirn krmiJjenjem, upravljanim s procesorjem. Preuos moči Na zadnjo os preko dv0stopenjskega gonila in preko kardanske gredi, permanentno na sprednjo os. Vitel IGLAND S000/2H, vitel z dvojnim bobnom, vlečno silo 2 x 5.000 daN, elektrohidravlično krmiljen, pripravljen za daljinsko krmiljenje. hidrostatski pogon s skupno vlečno silo 8.000 daN, dve hitrosti za navijrulje in odvijanje, vse funkcije se lahko krmilijo daljinsko. Hitrost 0-17 in 0-30 km/h z vozno avtomatiko in dvostopenjskim gonilom. Delovna zavora V sprednji osi Jamele v olju, hidravlično posluzevanje z zavornim serv0cflindrom. Parkirna zavora Zavorni cilinder z vzmetjo; brez tlaka olja je vozil0 zavrto. Dodatna oprema Poleg daljinskega krmiljenja vit!aje možno tudi daljinsko upravljanje v0zila in sicer: vklop in izklop mor01ja, vožnja naprej in nazaj dodajanje plina, krmiljenje smeri vožnje ter dvig in spust zadnje deske. GozdV 58 (2000) 3 Kosir. 8 .. La. IIW~Li preno<>:::t 'd n