Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Model-based study of the energy efficiency of two different types of harvester cranes
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.).
2014 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Modellbaserad jämförelse av två skördarkranars energieffektivitet (Swedish)
Abstract [en]

In today’s forest industry two mechanized methods are used, the Tree Length (TL) method and the Cut To Length (CTL) method. With the Tree Length method, trees are harvested and extracted from the forest as a whole tree to be further processed whereas with the Cut To Length method trees are harvested, branches are removed and the tree is cut to desired length to be extracted by a forwarder. The Cut To Length method is now a day 100 percent mechanized and more and more emphasis is put on efficiency in both harvesting and forwarding the trees. Efficiency can be measured in trees harvested per hour but also in fuel consumption. As an effect, the performance of the machines is in higher demand.

Ponsse Plc is a finnish forestry machine company with production in Vieremä where both harvesters and forwarders are manufactured. Cranes and loaders are also made by Ponsse to match their harvesters and forwarders. Ponsse manufactures two designs of harvester cranes; a sliding boom crane and a parallel crane. The different types of cranes have the same reach but with different geometries and weights, which also leads to different momentum of inertia.

The purpose of this master thesis is to investigate, from an energy efficiency point of view, the difference in performance between a sliding boom crane, C2, and a parallel crane, C22 by measuring the hydraulic pump’s flow and the rotational energy of the cranes. This has been done by modelling the cranes’ hydraulic circuits and by using 3D-CAD models with mass and inertias in Simulink. More specific, only the crane tips of the cranes have moved along a set trajectory, equal for both crane types. Different range and loads have been simulated. The energy needed for rotating the cranes have been calculated for different crane tip positions and compared.

Simulink simulations gave beneficial results for the parallel crane when unloaded and acting at a shorter reach. For longer reach, the sliding boom crane was more efficient.

The calculations of the cranes rotational energies showed that the parallel crane C22 yielded higher values than the C2 at shorter distance from the axis of revolution. The C2 crane had however slightly higher values than the C22 crane at longer reach, but it should be noted that differences were small. From this analysis, it is concluded that the C2 crane has an overall lower need of rotational energy and is therefore deemed the better crane.

Keywords: Forest machines, hydraulics, efficiency

Abstract [sv]

I världen idag existerar två mekaniserade skördartekniker inom skogsavverkningen, helträdsavverkning och kortvirkesavverkningen. Den första innebär att hela träd skördas och skotas ut till en uppläggningsplats medan man inom korttimmeravverkningen istället fäller träden med en skördare som sedan kvistar och till sist kapar trädet till önskad längd. Denna avverkning är numera 100 procent mekaniserad och effektivare avverkning är ständigt i blickfånget. Effektivare avverkning kan yttra sig i antalet fällda träd per timme men också i bränslekostnader. Dessa krav ställer i slutändan krav på skördarna och skotarnas prestanda.

Ponsse Oyj är ett finskt skogsmaskinsföretag med fabrik i Vieremä som tillverkar både skördare och skotare. Till dessa maskiner tillverkar man även egna kranar. För skördare har man två olika designer, dels en bomkran och dels en parallellkran. Dessa båda krantyper har lika räckvidd men olika geometrier och vikt, vilket också innebär att masströgheterna skiljer dem åt.

Syftet med detta examensarbete har varit att undersöka en av vardera krantypen, C2 från bomkrantypen och C22 från parallelltypen ur ett energieffektivitetshänseende. Detta har gjorts genom att mäta hydraulpumpflödet och kranarnas rotationsenergi. Mer specifikt har båda kranarna modellerats i Simulink med hydraulik och mekanik för att avgöra vilken av kranarna som är effektivast när kranspetsen har flyttats i en rörelse lika för båda kranarna. Kranspetsrörelsen simulerades med olika laster och för olika rörelser. Denna rörelse har varit i planet och för att jämföra kranarna vid vridning har kranspetsen placerats i olika positioner och masströgheten beräknats för vridning kring rotationsaxeln. För given rotationshastighet beräknades sedan vederbörande rotationsenergi för de olika positionerna.

Simuleringarna resulterade i en fördel för parallellkranen vid korta sträckor och obelastad kran. För längre räckvid visade istället bomkranen bättre effektvärden.

För rotation av kranarna kring dess rotationsaxel med kranspetsen i olika positioner visar parallellkranen C22 högre energivärden än bomkranen när kranspetsen är placerad fem meter från rotationsaxeln men för positioner längre ut, vid 9,9 respektive 10 meter påvisar C2 kranen kräva högre energi, om än i nivå med parallellkranen. Energieffektivast ur rotationshänseende är således bomkranen då den överlag behöver lägre energi eller i nivå med den andra.

Nyckelord: Skogsmaskiner, hydraulik, effektivitet

Place, publisher, year, edition, pages
2014. , 59 p.
Series
MMK 2014:17 MKN 107
Keyword [en]
Forest machines, hydraulics, efficiency
Keyword [sv]
Skogsmaskiner, hydraulik, effektivitet
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-156712OAI: oai:DiVA.org:kth-156712DiVA: diva2:767778
Supervisors
Examiners
Available from: 2014-12-02 Created: 2014-12-02

Open Access in DiVA

Model-based study of the energy efficiency of two different types of harvester cranes(1442 kB)277 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1442 kBChecksum SHA-512
f3e091a75f3eafd86e9d9d8a7f8d309ae36da784a851b360a4f339f31f5736faf1d22239bc39f354d3412222be42cab5cf8ce18a7b25308d2228a0396fc2d99f
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Machine Design (Dept.)
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 277 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 236 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf