FI122061B - Järjestely metsäkoneen voimanlähteen yhteydessä - Google Patents

Järjestely metsäkoneen voimanlähteen yhteydessä Download PDF

Info

Publication number
FI122061B
FI122061B FI20070419A FI20070419A FI122061B FI 122061 B FI122061 B FI 122061B FI 20070419 A FI20070419 A FI 20070419A FI 20070419 A FI20070419 A FI 20070419A FI 122061 B FI122061 B FI 122061B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
machine
power
power source
forestry
forestry machine
Prior art date
Application number
FI20070419A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20070419A0 (fi
Inventor
Seppo Ilmari Pehkonen
Original Assignee
Ponsse Oyj
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=38069459&utm_source=***_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=FI122061(B) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Ponsse Oyj filed Critical Ponsse Oyj
Priority to FI20070419A priority Critical patent/FI122061B/fi
Publication of FI20070419A0 publication Critical patent/FI20070419A0/fi
Priority to PCT/FI2008/050305 priority patent/WO2008145817A1/en
Application granted granted Critical
Publication of FI122061B publication Critical patent/FI122061B/fi

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B60W20/10—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K6/485—Motor-assist type
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G23/00—Forestry
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/06—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of combustion engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/08—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of electric propulsion units, e.g. motors or generators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/30—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of auxiliary equipment, e.g. air-conditioning compressors or oil pumps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
    • B60W30/18—Propelling the vehicle
    • B60W30/188—Controlling power parameters of the driveline, e.g. determining the required power
    • B60W30/1886—Controlling power supply to auxiliary devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/26—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the motors or the generators
    • B60K2006/268—Electric drive motor starts the engine, i.e. used as starter motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/40—Special vehicles
    • B60Y2200/41—Construction vehicles, e.g. graders, excavators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Description

Järjestely metsäkoneen voimanlähteen yhteydessä
Keksinnön tausta
Esillä oleva keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaista järjestelyä metsäkoneen tehonsiirron toteuttamiseksi.
5 Koneellisen puunkorjuun suorittamiseksi tunnetaan useita erityyppi siä puunkorjuukoneita, kuten niin sanotun tavaralajimenetelmän toteuttamiseksi esimerkiksi kuormatraktoreita ja hakkuukoneita, eli harvestereita. Toisaalta niin kutsutun kokopuumenetelmän toteuttamiseksi tunnetaan lukuisia erilaisia puunkorjuukoneita kuten kaatokasauskone, juontokone ja esimerkiksi kuor-10 mauskone. Näitä koneita käsitellään jatkossa yhteisnimikkeellä metsäkone.
Yleisellä tasolla tarkasteltuna metsäkone käsittääkin maastossa liikkumaan kykenevän alustan tai alustakoneen, joka voi olla esimerkiksi pyörä-tai tela-alustainen. Lisäksi metsäkone, erityisesti tavaralajimenetelmää toteuttava kone, käsittää lähes poikkeuksetta jonkinlaisen puomiston tai manipulaatio torin, jolla kannatellaan ja siirretään varsinaista puunkäsittelylaitetta tai -työkalua, kuten harvesteripäätä tai esimerkiksi kahmaria, kulloisenkin käsiteltävän puunrungon luokse. Nämä puomiston päässä kannateltavaksi sovitetut laitteet vuorostaan vastaavat suurelta osin käsiteltävälle puunrungolle varsinaisesti tehtävistä toimenpiteistä. Harvesteripään tyypillisesti toteuttamia toiminto-20 ja ovat esimerkiksi puun kaatosahaus, puun syöttö- ja karsintatoiminnot sekä käsiteltävän puunrungon katkonta halutun mittaisiksi kappaleiksi.
Näiden liikkuvien työkoneiden, joilla tässä yhteydessä siis erityisesti ymmärretään metsäkoneita, tehonsiirrossa on tekniikan kehittyessä käytetty useita erilaisia voimansiirtotapoja. Metsäkoneiden tapauksessa tällaisen te-25 honsiirron voidaan katsoa jakautuvan käyttötarkoituksen perusteella kahteen o eri pääluokkaan, toisaalta metsäkoneen itsensä liikkumiseen, niin sanottuun ^ propulsioon, eli tarvittavaan metsäkoneen pyörien tai telojen kautta tapahtu-
O
^ vaan ajovoimansiirtoon ja toisaalta metsäkoneen käsittämien työlaitteiden, ku- ^ ten kuormainten, nostureiden, harvesteripäiden ja vastaavien, tehonsiirtoon.
X
£ 30 Tavanomaisimmin tämänkaltaisten metsäkoneiden primäärisenä o) voimanlähteenä käytetään dieselmoottoria, jonka tuottama teho välitetään o edellä mainituille eri toiminnoille lähes poikkeuksetta hydraulisesti. Tätä tarkoi- N· § tusta varten primäärinen voimanlähde käyttää metsäkoneeseen sovitettua ^ voimansiirtolaitteistoa. Tämä muodostuu muun muassa yhdestä tai useam- 35 masta hydraulipumpusta, jotka muuntavat voimanlähteen aikaansaaman mekaanisen akselitehon hydraulitehoksi eli tilavuusvirraksi ja paineeksi 2 hydraulipumppuihin liittyvässä hydraulijärjestelmässä. Tätä hydraulitehoa käytetään puunkäsittelytehtävien tai muidenkin toimintojen toteuttamiseen halutussa sijainnissa metsäkoneen eri osissa hydraulisten toimilaitteiden kuten hydraulisylintereiden ja -moottoreiden välityksellä. Näitä hydraulipumppuja ja -5 järjestelmiä varataan haluttu määrä metsäkoneen eri osatoimintoja varten. Tyypillinen ratkaisu onkin, että ainakin ajovoimansiirrolle on varattu oma järjestelmänsä ja työlaitteiden tehonsiirtoon on varattu vähintään yksi järjestelmä.
Joissakin tapauksissa primäärisen voimanlähteen tuottamaa tehoa voidaan siirtää myös mekaanisesti esimerkiksi ajovoimansiirron tarpeisiin. Telo hoa on myös tunnettua hyödyntää pienemmissä määrin metsäkoneen sähköjärjestelmän, kuten esimerkiksi valojen ja ohjausjärjestelmien käytettäväksi. Mekaanisen voimansiirron käyttö yhdessä hydraulisen eli hydrostaattisen tai hydrodynaamisen voimansiirron kanssa sarjassa on myös tavallista ja perusteltua, jolloin voidaan hyödyntää molempien voimansiirtotapojen tiettyjä etuja.
15 Metsäkoneelle on tyypillistä, että kuormitus, jonka sen eri toiminnot kulloinkin generoivat koko järjestelmää käyttävälle primääriselle voimanlähteelle, vaihtelee huomattavasti. Nämä vaihtelut voivat jopa olla lähes askelmaisia, metsäkoneen toimintojen vuorotellessa nopeasti puunkorjuutyön työsyklien aikana. Esimerkiksi harvesteripään toiminnoista jotkin ovat hyvin vähän tehoa 20 kuluttavia, mutta siitä huolimatta työn kannalta välttämättömiä. Tällaisia pienen tehonkulutuksen omaavia toimintoja voidaan ajatella olevan karsimaveitsien ja syöttövälineiden puristaminen käsiteltävää puuta vasten, samoin kuin näiden liikuttaminen avattuun asentoonsa. Toisaalta harvesteripään suuria tehonkäyt-täjiä ovat erityisesti puun syöttö ja sen katkaisusahaus. Puomiston toimintoja 25 ovat tyypillisesti nosto, taitto, jatke ja kääntö, joista varsinkin nosto ja kääntö käyttävät merkittäviä tehoja. Näitä toimintoja joudutaan lisäksi usein yhdistäen mään käytännön työssä yhtä aikaa tapahtuviksi.
ώ Metsäkoneen voimanlähteen kuormituksen kannalta yleisesti käytet- 4- tävä kuormantunteva LS (Load Sensing) -järjestelmä aikaansaa omat ongel- 30 mansa. Tällä järjestelmällä tavoitellaan energian säästöä, mutta sen toiminta ei £ kuitenkaan ole edullista tilanteissa, joissa yhtä aikaa käytettävien toimintojen hydraulijärjestelmän painetasot vaihtelevat huomattavasti. Tämä ongelma saa-o tetaan usein havaita esimerkiksi puomiston noston ja käännön yhtäaikaisessa § käytössä. Niinpä puomiston nosto vaatii huomattavan korkean paineen ja ehkä 35 vain kohtalaisen tilavuusvirran. Samanaikaisesti tapahtuva puomiston kääntö saattaa vuorostaan vaatia suuren tilavuusvirran ja ehkä vain kohtalaisen tai 3 vähäisenkin paineen. Tästä seuraa, että puomistoa käyttävä hydraulijärjestel-mä joutuu tuottamaan toimintojen tarvitseman yhteenlasketun tilavuusvirran ja korkeimman vaikuttavan paineen, jolloin primääriseltä voimanlähteeltä vaadittava teho on oleellisesti näiden kahden arvon tulo. Tarkemmin ottaen vaaditta-5 vaan tehoon tulee lisätä LS-järjestelmälle tyypillisen paine-eron vaikutus. Jotta järjestelmä voisi toimia tarkoitetulla tavalla, edellytetään siltä nimittäin noin 25 bar suuruinen paine-ero korkeimman kuormanpaineen ja järjestelmäpaineen välille.
Metsäkonetta tarkasteltaessa on sen kunkin toiminnon tehontarve 10 laskennallisesti suhteellisen helposti määritettävissä johtuen hydraulisesta te-honsiirrosta, tehontarpeen muodostuessa toimintokohtaisen tilavuusvirran ja toiminnon aikana vaikuttavan suurimman järjestelmäpaineen tulona.
Verrattaessa metsäkonetta esimerkiksi tieliikenteessä käytettäviin raskaisiin tai kevyempiinkin ajoneuvoihin, tai moniin muihinkin työkoneisiin, on 15 juuri metsäkoneen tehontarvevaihtelu poikkeuksellisen suurta. Tästä johtuen metsäkoneissa primäärinä voimanlähteenä tyypillisesti käytettävän dieselmoottorin valinnassa onkin jouduttu noudattamaan erityistä huolellisuutta. Näin on voitu varmistua siitä, että valittu ja mitoitettu moottori on riittävän nopeasti reagoiva näihin nopeisiin kuormitusvaihteluihin, kuitenkin niin, että kulloinkin voi-20 massa olevat päästömääräykset ovat täyttyneet.
Suurimmat kuormitusvaihtelut muodostuvat sahaus- ja syöttötoimin-noista. Ne ovat myös niitä toimintoja, jotka kuormittavat hydraulijärjestelmää ja voimanlähdettä eniten. Sekä sahauksen että syötön voimantarve on hyvin hetkellistä, mutta samalla niiden tehontarve on hyvin suurta. Näiden toimintojen 25 hetkellisyyttä kuvaa se, että sahaustoiminnon kesto pääosin on alle sekunnin mittainen, eikä syöttötoiminnon kesto sekään ole kuin joitakin sekunteja. Koska o puun kaadon aikana ei metsäkoneessa juurikaan käytetä muita toimintoja, las- ώ kee voimanlähteeseen kohdistuva tehontarve näiden toimintojen välillä oleelli- 4 sesti nollaan. Tällaiset hetkelliset tehontarpeen piikit asettavat erityisen suuria ^ 30 vaatimuksia juuri metsäkoneen tehonhallinnalle. Toisaalta kuormatraktorin ta- £ pauksessa voimanlähdettä kuormittavat erityisesti puomiston nostotoiminto se- kä ajovoimansiirto.
o Tyypillisesti esimerkiksi harvesterin primääri voimanlähde joudutaan o mitoittamaan siten, että se kykenee kohtuudella suoriutumaan hetkellisistä
CM
35 suurista kuormituksista. Näitä ovat erityisesti syötön tai karsinnan käynnistyksen tai esimerkiksi katkaisusahauksen aiheuttama kuormitus. Muu tyypillinen 4 voimanlähdettä huomattavasti kuormittava työtilanne on kuormaimen tai nosturin useamman toiminnon ajaminen erityisesti samanaikaisesti ja suurella liike-nopeudella.
Tällainen edellä mainitun kaltainen primäärisen voimanlähteen mi-5 toittamisperiaate johtaa kuitenkin erityisesti metsäkoneen tapauksessa keskimääräiseen tehontarpeeseen nähden huomattavaan ylimitoitukseen. Tämä vuorostaan tarkoittaa sitä, että merkittävän osan käyntiajastaan voimanlähde toimii huomattavan pienellä osateholla, joka samalla tarkoittaa sekä heikentynyttä hyötysuhdetta että polttoainetaloutta.
10 Näin ollen ei ole ollenkaan tavatonta, että erityisesti harvesteria tar kasteltaessa sen keskimääräinen tehontarve voimanlähteeltä voi olla esimerkiksi 40 kW, kun sen hetkelliset suurimmat tehontarpeet voivat olla huomattavasti yli 100 kW. Joissakin tilanteissa toimintojen nopeutta voidaankin joutua rajoittamaan sen vuoksi, että primääristä voimanlähdettä ei ylikuormitet-15 taisi ja sen kierrosluku alkaisi haitallisesti vaipua. Tämäntyyppisen kierrosluvun vaipumisen onkin havaittu olevan erityisen haitallista niin tehtävän puunkorjuu-työn tuottavuudelle kuin myös metsäkoneen polttoainetaloudelle. Lisäksi kierrosluvun vaipumisen on havaittu aiheuttavan taipumusta myös lisääntyneisiin pakokaasupäästöihin. Koska nykyaikaisen dieselmoottorin päästöjä - kuten 20 esimerkiksi savutusta - toisaalta pyritään aktiivisesti kontrolloimaan ja estämään, hankaloituu samalla mainitun vaipumisen korjaaminen. Jotta raskaasti kuormitetun voimanlähteen kierroslukua voitaisiin nostaa, edellytetään käytännössä suurten polttoainemäärien ruiskuttamista. Tämä taas on toimenpide, joka luonnollisesti on omiaan lisäämään voimanlähteen päästöjä. Nykyiset tiukat 25 päästömääräykset eivät toisin sanoen enää mahdollista niin voimakasta polt-toaineen ruiskutusta tämäntyyppisessä tilanteessa, jossa voimanlähteen kier-° rosluku ja tämän vuoksi esimerkiksi ahtoilmanpaine on alkanut laskea, kuin ώ aiempi tekniikka ja lievemmät päästömääräykset.
4· Tunnetussa tekniikassa esiintyy eräitä ratkaisuja metsäkoneen voi- ^ 30 manlähteen ohjaamiseksi, joilla ohjausparametreja muuttamalla sinänsä tunneli tun voimanlähteen ominaisuuksia, kuten tehotuottovalmiutta ja -kykyä, ^ pyritään sopeuttamaan kulloisenkin työvaiheen asettamalle tasolle. Eräs esi- o merkki tämänkaltaisesta menetelmästä metsäkoneen moottorin ohjauksessa § on esitetty patenttijulkaisussa FI111183. Sinällään tässä julkaisussa esitetty C\1 35 tekniikka ei kuitenkaan ratkaise esillä olevaa ongelmaa metsäkoneen voimanlähteen mitoittamisessa, vaan primäärinen voimanlähde, kuten dieselmoottori, 5 on edelleen mitoitettava vastaamaan suurinta hetkittäistä kuormitusta eli keskimääräiseen tehontarpeeseen nähden tarpeettoman suureksi. Lisäksi tämän julkaisun edellyttämä runkokohtainen todellinen tehontarve on erittäin vaikea arvioida käytännön puunkorjuutyössä, jossa kulloisenkin puunrungon käsittelyn 5 vaatimaan tehontarpeeseen vaikuttavat monet muutkin asiat kuin esimerkiksi puunrungon läpimitta.
Keksinnön lyhyt selostus
Esillä olevan keksinnön tavoitteena on siten ollut aikaansaada sellainen järjestely metsäkoneen voimanlähteen yhteydessä, että yllä mainituille 10 tunnetun tekniikan epäkohdista johtuville ongelmille voitaisiin saada ratkaisu, jolla mahdollistetaan nykyisistä metsäkoneista tunnettua tekniikkaa oleellisesti parempi energiatalous ja primäärisen voimanlähteen mitoittaminen huomattavasti totuttua pienemmäksi. Edelleen esillä olevalla ratkaisulla järjestely voidaan ohjata toimimaan mahdollisimman taloudellisella ja kuitenkin riittävän 15 suorituskyvyn tarjoavalla tavalla kulloisessakin, erityisesti metsäkoneelle ominaisessa työskentelytilanteessa. Ratkaisun ansiosta metsäkoneen primäärinen voimanlähde voidaan järjestää toimimaan mahdollisimman edullisessa toimintapisteessä.
Tämä tavoite saavutetaan siten, että järjestelyllä metsäkoneen voi-20 manlähteen yhteydessä on tämän keksinnön mukaisesti patenttivaatimuksissa määritellyt tunnusmerkit. Erityisesti esillä olevat ongelmat ovat ratkaistavissa yhdistämällä tunnusmerkit patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosan kaltaisella tavalla.
Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patenttivaa-___ 25 timusten kohteena.
o Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että tunnetusta tekniikasta ^5 poiketen metsäkone varustetaan tehonlähdejärjestelyllä, joka koostuu sekä si- o nänsä tunnetusta primääristä voimanlähteestä, kuten dieselmoottorista, että ^ oleellisesti tämän yhteyteen sovitetusta sähkökoneesta, kuten yhdistetystä li-
X
£ 30 sämomenttimoottorista ja generaattorista.
cd Primäärillä voimanlähteellä ja sähkökoneella tuotettu sähköenergia § on varastoitavissa ja purettavissa varastostaan käytettäväksi jälleen edullisesti h-· § metsäkoneen hyödyntämän paineväliainevälitteisen tehon tuottamiseen esi- ^ merkiksi hydraulipumpun välityksellä. Erityisen edullisesti sähköenergiaa voi- 35 daan varastoida pidemmäksikin aikaa haluttuun sijaintiin työkoneessa sijoitettuun akustoon tai johonkin muuhun tunnettuun sähköenergian varauk- 6 sen mahdollistavaan välineeseen tai näiden yhdistelmään, josta se on hyödynnettävissä tarpeen niin vaatiessa. Tällaisen voi muodostaa esimerkiksi niin sanottu superkondensaattori (ultra capacitor), joka on omiaan suurten sähkö-energiamäärien lyhytaikaiseen ja nopeaan varaamiseen ja purkamiseen.
5 Mainittu lisämomenttimoottori ja generaattori voidaan sinänsä tun netuin tavoin edullisesti integroida esimerkiksi dieselmoottorin vauhtipyörän tilalle tai sen yhteyteen, kuitenkin niin, että tarvittaessa tämä mainittu sähkökone voi toimia varsinaisen primäärisen voimanlähteen apuna esimerkiksi hydrauli-pumpun käyttämisessä. Tunnetuin tavoin tämä lisämomenttimoottori voi korva-10 ta myös tavanomaisen käynnistinmoottorin ja tavanomaistenkin sähköjärjestelmien edellyttämän latausgeneraattorin.
Toisaalta metsäkoneen toiminnoista jotkin saattavat olla sellaisia, jotka kannattaakin keksinnön mukaisen järjestelyn tapauksessa toteuttaa suoraan sähköisinä, ilman hydraulisia toimilaitteita. Esimerkkejä tällaisista toimin-15 noista ovat esimerkiksi puomiston jatke ja harvesteripään rotaation.
Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja. Niinpä tunnetusta tekniikasta poiketen metsäkoneen primääri voimanlähde voidaankin mitoittaa oleellisesti keskimääräisen tehontarpeen mukaisesti ja niin, että sen voidaan ajatella toimivan aina parhaan hyötysuhteen tarjoavassa toimintapisteessä. 20 Toisin sanoen on mahdollista toteuttaa metsäkoneen tehonlähdejärjestely, jossa esimerkiksi dieselpolttoaineella toimiva polttomoottori toimii jatkuvasti oleellisesti keskimääräistä tehonkulusta vastaavalla vakioteholla tuottaen generaattorin avulla sähköenergiaa varastoon mainittuihin varastointivälinei-siin. Kun tehonlähdejärjestelyltä vaadittava teho ylittää tämän keskimääräisen 25 tehonkulutuksen tai mainitun dieselmoottorin vakiotehon saneleman tehontuot-tokyvyn, otetaan avuksi lisämomenttimoottori. Tämä lisämomenttimoottori ales kaa purkaa varastointivälineisiin varastoitua sähköenergiaa primäärisen £ voimanlähteen käyttämien laitteiden, kuten hydraulipumppujen käyttämiseen, o ^ Keksinnöllä saavutettu hetkellisten tehontarvehuippujenkin tyydyt- 30 täminen mahdollistaa primäärin voimanlähteen mitoittamisen huomattavasti ta-
X
£ vallista pienemmäksi. Tämä on merkittävä etu esimerkiksi metsäkoneen en kokonaispolttoainetalouden ja metsäkoneen painon kannalta. Luonnollisesti o pienempi voimanlähde myös on omiaan pienentämään metsäkoneen päästö- r" § tasoa sekä vähentämään voimanlähteen aikaansaamaa melutasoa ja tärinäta- ^ 35 soa siitä seuraavine rakenteellisine etuineen.
7
Niinpä keksintö mahdollistaa, etenkin hetkellisten metsäkoneessa olevien puunkäsittelylaitteiden suurten tehontarpeiden aikana, olennaisesti suuremman tehomäärän ohjaamisen paineväliainevälitteiseen järjestelmään kuin pelkän primäärin voimanlähteen laskennallinen maksimiteho sallisi, met-5 säkoneen muun käytön tästä häiriintymättä. Tämä on mahdollista koska tarvittavaa lisätehoa voidaan ottaa erilaisiin varausvälineisiin tallennetun sähköenergian muodossa. Tarvittaessa tällainen sähköenergia on edelleen muunnettavissa esimerkiksi sähkömoottorin käyttämän hydraulipumpun kautta hydraulitehoksi, joka ohjataan puunkäsittelylaitteelle.
10 Kuvatun kaltaisessa tapauksessa metsäkoneen valmistajalle tarjou tuu mahdollisuus mitoittaa siinä oleva primääri voimanlähde optimaalisesti tarkoitustaan varten. Tällainen primääri voimanlähde voikin toimia parhaalla mahdollisella hyötysuhteella, esimerkiksi siihen parhaiten soveltuvalla pyörimisnopeudella ja kuormituksella. Tämä taas osaltaan johtaa edellä mainittuun 15 alhaiseen polttoaineenkulutukseen, jolla on yhä suurempi merkitys erityisesti metsäkoneen omistajan ja käyttäjän kannalta, polttoaineiden hinnan jatkuvasti noustessa. Primäärin voimanlähteen kuormituksen ollessa mahdollisimman tasainen ja hyvin ennakoitavissa ovat myös jatkuvasti tiukentuvat päästömääräykset helpommin täytettävissä.
20 Koska keksinnön mukainen ratkaisu sallii, että ainakin osa hyd raulisten toimintojen vaatimasta tehosta siirretään työkoneen rakenteessa lähemmäksi käyttökohdetta sähköisesti, vältytään pitkälti myös hankalilta paineväliainelinjoilta. Näissä aiheutuu rakenteellisten ongelmien lisäksi aina virtaushäviöitä, jotka ovat omiaan heikentämään tehonsiirron hyötysuhdetta.
25 Toisaalta keksinnön eräänä etuna saavutetaan myös mahdollisuus sijoittaa metsäkoneen paineväliainevälitteiseen järjestelmään liittyvät pumput, o ohjausventtiilit ja -laitteet yhteen tai useampaan kompaktiin järjestelyyn etäi- cd syyden päähän primäärisestä voimanlähteestä. Tällainen sijoituspaikka voi olla
O
^ esimerkiksi paineväliainesäiliön yhteydessä. Tällä sijoituksella on merkittäviä ^ 30 vaikutuksia esimerkiksi kuormatraktorin ohjaamon melutason pienenemiseen, £ koska nyt äänekkäät pumput ja venttiilit voidaankin eräissä tapauksissa sijoitan taa aiemmasta poiketen esimerkiksi metsäkoneessa olevan kuormaimen jalus- o taan tai jopa järjestelmässä olevan paineväliainesäiliön sisäpuolelle. Niinpä § tähän paineväliainevälitteiseen järjestelmään liittyvät erilaiset komponentit ovat
CM
35 jopa sijoitettavissa metsäkoneen eri rungonosalle kuin sen ohjaamo ja primääri voimanlähde.
8
Keksinnöllä helpotetaan edelleen metsäkoneen suunnittelua mahdollistamalla komponenttien aiempaa vapaampi sijoittelu metsäkoneen rakenteessa. Tunnetuissa ratkaisussa on esimerkiksi primäärin voimanlähteen läheisyyteen jouduttu sijoittamaan mekaanisin liitoselimin yksi tai useampi pai-5 neväliainepumppu, jotka ovat paineistaneet paineväliainetta metsäkoneen eri toimintojen käytettäväksi. Tästä on aiheutunut, että primäärin voimanlähteen läheisyyteen on muodostunut kookas ja tilaa vievä kokonaisuus, jonka sijoittelu metsäkoneen rungolle monesti on aiheuttanut vaikeuksia. Keksinnön mukaisen ratkaisun ansiosta tämä rakenne voidaan nyt hajauttaa. Koska myös itse pri-10 määri voimanlähde on toteutettavissa pienempikokoisena voidaan senkin sijoittamista metsäkoneen rakenteessa harkita uudelleen.
Esillä olevan ratkaisun mahdollistama suuritehoinen sähkögeneraat-tori on myös monella muulla tavalla hyödyllinen metsäkoneen tapauksessa, sillä se voi korvata tunnetun tekniikan mukaiset erilliset käynnistysmoottorin ja 15 latausgeneraattorin. Erityisesti latausgeneraattori on nykyaikaisten metsäkoneiden tapauksessa raskaan kuormituksen alaisena. Keksinnön mukainen ratkaisu tarjoaa tässäkin mielessä edullisen rakenteen nykyisiin hihnavälitteisiin latausgeneraattoreihin verrattuna.
Keksinnön muita mukanaan tuomia etuja on esitetty seuraavassa, 20 kun keksinnön erityisiä suoritusmuotoja on kuvattu tarkemmin.
Kuvioiden lyhyt selostus
Seuraavassa keksinnön eräitä edullisia suoritusmuotoja selostetaan nyt lähemmin viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa kuviossa 1 on kaavamaisesti esitetty metsäkone sivusta kuvattuna, 25 kuviossa 2 on esitetty kaavamainen kaaviokuva esillä olevasta jä- 5 jestelystä tehon siirtämisestä ja työlaitteen ohjaamisesta, ja ^ kuviossa 3 on esitetty eräs vaihtoehtoinen suoritusmuoto kuvion 2 9 mukaisesta järjestelystä tehon siirtämisestä ja työlaitteen ohjaamisesta.
x Edullisten suoritusmuotojen yksityiskohtainen selostus Q_ 30 Esillä olevan menetelmän ja järjestelyn metsäkoneen voimanläh- ^ teen yhteydessä eräitä edullisia suoritusmuotoja on seuraavassa kuvailtu viita- o ten edellä mainittuihin kuvioihin. Tällöin järjestely käsittää kuvioihin c3 viitenumeroin merkityt rakenneosat, jotka vastaavat tässä selityksessä käytet täviä viitenumerolta.
9
Kuviossa 1 on esitetty eräs metsäkoneen 1 edullinen rakenne, joka tässä tapauksessa käsittää kuormatraktorin toisiinsa nivelletysti liitettyine etuja takarunkoineen 2 sekä 3. Eturungossa on metsäkoneen ohjaamo 4, josta hallitaan siinä myös olevaa primääriä voimanlähdettä 5, jolla tuotetaan metsä-5 koneen ja siinä olevien työlaitteiden liikuttamiseen ja ohjaamiseen tarvittava voima. Eräitä tällaisia työlaitteita edustavat kuviosta 1 erottuvat kuormain 6 ja siihen liitetty kahmari 7.
Kuvion 2 ja 2 mukaisissa järjestelyissä metsäkoneen 1 primääriä voimanlähdettä 5 käytetään paineväliainevälitteisen tehon tuottamisen lisäksi 10 myös sähköenergian tuottamiseen. Näin aikaansaatua paineväliainevälitteistä tehoa voidaan käyttää niin metsäkoneen ohjaamiseen, kuin siinä olevien työ-tai muiden laitteiden ohjaamiseen. Ainakin osa aikaansaadusta sähköenergiasta on vuorostaan järjestetty olemaan varastoitavissa lyhyemmäksi tai pitemmäksi ajaksi yhteen tai useampaan sähkön varastointivälineeseen 8, joita 15 kuviossa 1 edustaa esimerkiksi tavanomaiset akut 9, superkondensaattorit 10 tai muut sähkön varastoimiseen soveltuvat välineet 11. Kuviossa on niin ikään esitetty varastointivälineeseen liittyvä sähköenergian ohjausyksikkö 12, jolla hallinnoidaan varastoimisvälineiden latausta ja purkua. Järjestelyn komponentit sekä sähkö- ja paineväliainelinjat on esitetty kuvioissa vain kaavamaisesti pel-20 kistettyinä järjestelyn rakenteen ja toiminnan ilmentämiseksi.
Sähköenergian tuottamiseksi metsäkoneen 1 tehonlähdejärjestelyn osan muodostavaan sinänsä tunnettuun primääriin voimanlähteeseen 5 on sovitettu sähkökone 13, joka käsittää esimerkiksi lisämomenttimoottorin ja generaattorin. Nämä voidaan kuvion 2 mukaisesti edullisesti integroida sinänsä 25 tunnetuin tavoin esimerkiksi primäärin voimanlähteen muodostamassa diesel-___ moottorissa olevan vauhtipyörän tilalle tai sen yhteyteen. Sähkökone on myös o sovitettavissa primäärin voimanlähteen välittömään läheisyyteen.
^ Sähkön varastoimiseen tarkoitettujen välineiden 9-11 ensisijaisena ^ tarkoituksena onkin tarvittaessa purkaa ja johtaa ainakin osa sähköenergiasta 30 varastointivälineestä käytettäväksi jälleen edullisesti metsäkoneen 1 hyödyn-
X
£ tämän paineväliainevälitteisen tehon tuottamiseen ja välittämiseen edelleen 05 metsäkoneen paineväliainetoimiselle järjestelmälle esimerkiksi niin, että mainit- 5 tu sähkökone 13 toimii varsinaisen primäärisen voimanlähteen 5 apuna esi- § merkiksi paineväliainevälitteistä tehoa tuottavan metsäkoneen yhdessä ^ 35 paineväliainetoimisen järjestelmän kanssa voimansiirtolaitteiston muodostavan hydraulipumpun 14 käyttämisessä. Tällöin sähkökoneessa olevan lisämoment- 10 timoottorin tuottama maksimiteho on 30- 120 %, edullisesti ainakin 70 % primäärisen voimanlähteen tuottamasta tehosta.
Varastointivälineestä 8 sähköenergiaa voidaan tarvittaessa myös ohjata yhteen tai useampaan järjestelyssä olevaan kuvion 3 mukaiseen muun-5 tovälineeseen 15, tämän varastoidun sähköenergian käyttämiseksi painevä-liainevälitteisen tehon aikaansaamiseksi yhdessä tai useammassa metsäkoneeseen hajautetussa sijainnissa. Järjestelyllä aikaansaadaan näin ollen eräänlaiset metsäkoneen 1 primäärin voimanlähteen 5 kanssa rinnakkain toimivat tehontuottoyksiköt.
10 Toisaalta varastointivälineestä 8 purettavaa sähköenergiaa siis voi daan käyttää edullisesti metsäkoneen 1 hetkellisesti kohonneen tehontarpeen tyydyttämiseen. Toisaalta primäärin voimanlähteen 5 tuottamaa tehoa voidaan muuntaa sähköenergiaksi ja hyödyntää sellaisenaan välittömästi metsäkoneen ja siinä olevien työlaitteiden ohjaamisessa. Tämä voidaan havaita kuviosta 2, 15 jossa kahmarin rotaatioliike ja puomin jatkeen ohjaus on esitetty toteutettavaksi sähköisesti niiden yhteyteen sovitettujen sähkömoottoreiden 16 välityksellä. Näin ollen metsäkoneen voidaan jopa ajatella toimivan rajoitetun ajan primäärin voimanlähteen ollessa toimintakyvytön.
Esillä olevan ratkaisun mukaisen metsäkoneen 1 kohonnutta tehon-20 tarvetta voidaan siis tyydyttää, joko välittömästi varastointivälineestä 8 purettavalla sähköenergialla, tai vaihtoehtoisesti tämä sähköenergia on muunnettavissa ja jaettavissa tätä tarkoitusta varten metsäkoneessa 1 olevilla voimansiirtolaitteilla paineväliainevälitteiseksi tehoksi, edullisesti hydrauliseksi tehoksi, jolla esimerkiksi voidaan ohjata metsäkoneen työlaitteita. On toki 25 mahdollista muuntaa jo metsäkoneen ohjaamisessa käytettävä sähköenergia hydrauliseksi tehoksi sovittamalla muuntovälineet 15 esimerkiksi metsäkoneen o pyörien 17 yhteyteen.
cd Esillä olevalla järjestelyllä on kuvion 3 suoritusmuodon mukaisessa o ^ muuntovälineessä 15 aikaansaatu paineväliainevälitteinen teho on erityisesti 30 sovitettu ohjaamaan metsäkoneessa 1 puuta käsittelevää laitetta, kuten paine-£ väliainevälitteistä nosturia, kuormainta 6, puomistoa tai näiden päässä kanna- 05 teltavan tai käytettävän puunkäsittelylaitteen kuten harvesteripään tai kahmarin o 7 käyttöä. On toki mahdollista ohjata tällaisia laitteita myös vain osittain muun- § tovälineessä aikaansaadulla paineväliainevälitteisellä teholla, tai ohjata tällä
C\J
35 pelkästään metsäkoneessa olevan puuta käsittelevän laitteen yksittäistä työliikettä toteuttavan toimilaitteen käyttöä.
11 Järjestelyssä oleva muuntoväline 15 käsittää edullisesti metsäkoneen paineväliainevälitteisessä järjestelmässä olevaa paineväliainetta paineistavan pumppuyksikön 18 ja sitä käyttävän sähkömoottorin 19, joka on esimerkiksi kestomagneettimoottori tai oikosulkumoottori. Sähkömoottorin toi-5 mintaa ohjaamaan on sovitettu erityinen ohjausyksikkö 20. Mikäli pumppuyk-sikkö on säätyvätilavuuksista tyyppiä, voidaan sen tuottamaan tilavuusvirtaan vaikuttaa sekä pyörimisnopeutta, että kierrostilavuutta muuttamalla. Kun pai-neväliainevälitteisen tehon aikaansaamiseksi käytettävä muuntoväline käsittää pumppuyksikön, joka on kiinteätilavuuksinen on sen tilavuusvirran säätö edulli-10 sesti järjestetty tapahtuvaksi pumppuyksikköä käyttämään sovitetun sähkö-moottorin pyörimisnopeutta säätämällä. Tällaisen sähkömoottorin nopeus on sovitettu olevan ohjattavissa esimerkiksi järjestelmään liitetyllä taajuusmuuttajalla. Ratkaisu mahdollistaa hankintahinnaltaan edullisten hammaspyöräpump-pujen ja muiden hankintahinnaltaan edullisten tyypiltään kiinteätilavuuksisten 15 pumppujen hyödyntämisen muuntovälineessä.
Kun hydraulisen tehon aikaansaamiseksi käytettävä muuntoväline 15 käsittää pumppuyksikön 18, joka on säätyvätilavuuksinen, on pumppu-yksikköä käyttämään sovitettavissa sähkömoottori 19, joka edullisesti pyörii tarkoitusta varten optimoitua pyörimisnopeutta.
20 Eräänä järjestelyllä saavutettavana erityisenä etuna on pidettävä mahdollisuutta sijoittaa paineväliainevälitteisen tehon aikaansaamiseksi käytettävä muuntoväline 15 metsäkoneen 1 layoutissa lähes minne tahansa. Niinpä ainakin yksi muuntoväline on sovitettavissa oleellisesti metsäkoneessa olevan paineväliainesäiliön yhteyteen. Muuntoväline voidaan jopa sovittaa tällaisen 25 paineväliainesäiliön sisälle, jolloin sen aikaansaama melu on tehokkaasti vai-mennettavissa. On myös valittavissa ratkaisu, jossa muuntoväline siinä olevine 0 sähkömoottoreineen 19 on sovitettu metsäkoneessa olevalle takarungolle 3.
(M
£ Tällainen muuntovälineen erottaminen primääristä voimanlähteestä 5 yksinker- 1 taistaa metsäkoneen, erityisesti kuormatraktorin, layoutin suunnittelua ja mah- 30 dollistaa metsäkoneen entistä paremman painonjakauman.
X
£ Pitkien paineväliainejohtojen välttämiseksi voidaan muuntoväline 15 01 siinä olevine pumppuyksikköineen 18 ja sähkömoottoreineen 19 sijoittaa jopa § takarungolle 3 asennetussa kuormaimessa 6 olevaan jalustaan 21.
r» o Kuvioissa 2 ja 3 erottuvat yksi tai useampi varastointiväline 8 on ™ 35 edullisesti sijoitettu metsäkoneen 1 takarungon 3 sisään tai yhteyteen.
12
Kuvion 3 mukaisessa esillä olevan järjestelyn eräässä erityisessä suoritusmuodossa on niin ikään esitetty järjestely, jossa paineväliainevälittei-sen tehon aikaansaamiseksi käytettävä muuntoväline 15 käsittää pumppuyksi-kön, joka muodostuu molempiin suuntiin pyörivästä pumppumoottorista 180.
5 Tällaista pumppumoottoria käyttävä sähkömoottori 19 on myös sovitettavissa toimimaan energian talteen ottamiseksi, jolloin se muodostaa varastointiväli-neeseen 8 sähköenergiaa syöttävän generaattorin. Tällöin esimerkiksi laskettaessa kuormaimessa 6 hydraulisesti kannateltua kuormaa on paineväliaineen takaisinvirtaus hyödynnettävissä siten, että sen sisältämä energia on muunnet-10 tavissa sähköenergiaksi. Toki tällä tavoin aikaansaatu sähköenergia on ohjattavissa myös järjestelmässä olevien sähkötoimilaitteiden 22 käytettäväksi tai varastoitavaksi sähkön varastointivälineeseen.
Kuvioiden 2 ja 3 mukainen järjestely metsäkoneen 1 tehonsiirrossa toimii seuraavasti. Metsäkoneen primäärissä voimanlähteessä 5 tuotetaan 15 metsäkoneen ja siinä olevien työlaitteiden liikuttamiseen ja ohjaamiseen tarvittava teho, jolloin toimintaohjeet saadaan metsäkoneen käyttäjältä ohjauslaitteiden 23 välittäminä. Ainakin osa tästä moottorin ohjausyksikön (ECU) 24 hallinnoiman primäärin voimanlähteen tuottamasta mekaanisesta tehosta muutetaan sähkökoneen 13 avulla sähköenergiaksi, joka ainakin osittain varastoi-20 daan metsäkoneessa olevaan yhteen tai useampaan sähkön varastointivälineeseen 8. Tällainen varastointi voi olla niin lyhyempiaikaista kuin pitempiaikaista. Tällaiset varastointivälineet mahdollistavat niihin varastoidun sähköenergian purun tarvittaessa hyvinkin lyhyessä ajassa metsäkoneen tehontarpeen kasvaessa äkillisesti. Osa primäärin voimanlähteen 25 tuottamasta mekaanisesta tehosta muutetaan vuorostaan hydraulipumpun 14 välityksellä hydraulijärjestelmän tilavuusvirran ja paineen siirtämäksi tehoksi. 5 Tämä paineväliainevirtaus johtaa näin ollen hydraulitehoa kuvion 2 mukaisesti
CM
^ eri työlaitteiden toimilaitteille 25.
^ Metsäkoneen 1 tehontarpeen kasvaessa ja ylittäessä primäärin 30 voimanlähteen 5 tehontuottokyvyn, tai jonkin ennalta asetetun aktivointikyn-
X
£ nyksen, johdetaan varastointivälineestä 8 ainakin osa sähköenergiasta takaisin cd sähkökoneeseen 13 tai vaihtoehtoisesti, tai sen lisäksi, yhteen tai useampaan § kuvion 3 mukaiseen muuntovälineeseen 15. Tällaisessa muuntovälineessä ku- § ten myös sähkökoneessa sähköenergiaa käytetään nyt paineväliainevälitteisen ^ 35 tehon - edullisesti hydraulisen tehon - aikaansaamiseksi. Tämä painevä- liainevälitteinen teho ohjataan yhteen tai useampaan metsäkoneen eri puolilla 13 sijaitsevaan työlaitteeseen. Työlaitteessa paineväliainevälitteistä tehoa käytetään paineväliainevälitteisen toiminnon toteuttamiseksi tai toiminnan tehostamiseksi. Niinpä paineväliainevälitteisellä teholla ohjataan esimerkiksi metsäkoneessa puuta käsittelevää laitetta kokonaan tai ainakin osittain. Pai-5 neväliainevälitteisellä teholla on myös mahdollista ohjata vain metsäkoneessa olevan puuta käsittelevän laitteen yksittäistä työliikettäkin. Ratkaisulla saavutetaankin korkea hyötysuhde, koska tällainen paineväliainevälitteinen järjestelmä on optimoitavissa jokaiselle toiminnolle toimintokohtaisesti.
Esitetyn kaltainen sähkökone 13 ja siinä oleva lisämomenttimoottori 10 on edullisesti suunniteltu toimimaan siten, että lisämomenttimoottori aktivoidaan kun metsäkoneella 1 työskennellessä primäärisen voimanlähteen 5 tietty ennalta määritetty kuormitusaste ylitetään.
Eräässä esillä olevan tehonsiirron toisessa suoritusmuodossa mainittu sähkökone 13 ja erityisesti siinä oleva lisämomenttimoottori aktivoidaan 15 kun metsäkoneen 1 yksi tai useampi ennalta määritelty toiminto aktivoidaan. Erityisesti tällainen toiminto käsittää työskentelyn aikaisen puun syötön ja/tai karsinnan käynnistymisen harvesteripäässä, vaihtoehtoisesti toiminto voi käsittää puun katkaisusahauksen. Nämä toiminnot ovat usein sellaisia, että pelkällä primäärisellä voimanlähteellä aikaansaatu tehontuotto ei riitä. Toisaalta kuor-20 matraktorin tapauksessa lisämomenttimoottori voidaan ajatella aktivoitavaksi kun ajovoimansiirto kytkeytyy toimintaan.
Harvesteripään toimintojen lisäksi tällainen toiminto voi käsittää yhden tai useamman puomiston liikkeitä ohjaavaa toimintoa.
Toisaalta nykyajan voimanlähteet 5 tai niitä hallinnoimaan sovitetut 25 moottorin ohjausyksiköt (ECU) 24 itsekin tietävät kuinka paljon voimanlähtees-___ sä olevasta kampiakselin päästä otetaan kullakin hetkellä vääntömomenttia ja o pyörimisnopeutta (joiden tulona saadaan voimanlähteen teho). Niinpä on myös ^ mahdollista aktivoida lisämomenttimoottori jollakin tähän tehoon perustuvalla ^ laskenta-algoritmilla.
30 Kun ainakin yhteen tällaiseen sähköenergian muuntovälineeseen 15
X
£ on järjestetty energian talteenotto, voidaan metsäkoneen 1 polttoainetaloutta σ> parantaa merkittävästi. Eräs tapa aikaansaada tällainen energian talteenotto § on, että edellä mainittu muuntoväline on rakenteeltaan sellainen, että se sallii l^.
§ käytön myös paineväliaineen sisältämän energian muuntamiseksi ja syöttämi- ^ 35 seksi takaisin sähköjärjestelmään sähkötoimilaitteiden käytettäväksi tai varas toitavaksi sähkön varastointivälineeseen 8.
14
Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä yllä kuvaillun järjestelyn perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Esitelty ratkaisu ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella patenttivaatimusten puitteissa. Esimerkiksi on ilmeis-5 tä, että generaattori-, sähkömoottori- ja sähköenergian varastointikomponent-teihin liittyy erilaisia ratkaisuja, joita ei ole tässä yhteydessä erikseen kuvailtu.
δ
(M
CD
cp
X
cc
CL
O) o I'-- o o
CM

Claims (7)

1. Järjestely metsäkoneen (1) voimanlähteen yhteydessä, joka järjestely käsittää ainakin yhden primäärisen voimanlähteen (5) ja primäärisen voi-5 manlähteen ohjauslaitteen (23), voimanlähteen aikaansaaman tehon ollessa järjestetty siirrettäväksi voimansiirtolaitteita, edullisesti siinä olevaa painevä-liainetoimista järjestelmää, käyttäen, ainakin yhden sähkökoneen (13), joka on sovitettu käyttämään oleellisesti samoja voimansiirtolaitteita, sähkökoneen ollessa sovitettu toimi-10 maan sekä generaattorina, että moottorina kulloisenkin tilanteen mukaisesti, ainakin yhdet sähkön varastointivälineet (8) osan aikaansaadun sähköenergian varastoimiseksi, ainakin yhden muuntovälineen (15) varastoidun sähköenergian käyttämiseksi paineväliainevälitteisen tehon aikaansaamiseksi yhdessä tai 15 useammassa metsäkoneeseen hajautetussa sijainnissa, tunnettu siitä, että muuntoväline (15) on sovitettu metsäkoneeseen (1) erilleen primääristä voimanlähteestä (5).
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä, 20 että ainakin yksi muuntoväline (15) on sovitettavissa oleellisesti metsäkoneessa olevan paineväliainesäiliön yhteyteen.
3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että muuntoväline (15) on sovitettu paineväliainesäiliön sisälle.
4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä, 25 että muuntoväline (15) siinä olevine sähkömoottoreineen (19) on sovitettu met- 5 säkoneessa (1) olevalle takarungolle (3). C\J
^ 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen järjestely, tunnettu siitä, 9 että muuntoväline (15) siinä olevine pumppuyksikköineen (18) ja sähkömootto- -1- reineen (19) on sovitettu takarungolle (3) asennetussa kuormaimessa (6) ole- c 30 vaan jalustaan (21). o,
6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen järjestely, g tunnettu siitä, että yksi tai useampi sähkön varastointiväline (8) on sovitet- o tu metsäkoneessa (1) olevan takarungon (3) yhteyteen. O
™ 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen järjestely, tunnettu siitä, 35 että yksi tai useampi sähkön varastointiväline (8) on sovitettu metsäkoneen (1) takarungon (3) sisään.
FI20070419A 2007-05-28 2007-05-28 Järjestely metsäkoneen voimanlähteen yhteydessä FI122061B (fi)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20070419A FI122061B (fi) 2007-05-28 2007-05-28 Järjestely metsäkoneen voimanlähteen yhteydessä
PCT/FI2008/050305 WO2008145817A1 (en) 2007-05-28 2008-05-27 Method and arrangement associated with power source of forest machine

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20070419A FI122061B (fi) 2007-05-28 2007-05-28 Järjestely metsäkoneen voimanlähteen yhteydessä
FI20070419 2007-05-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FI20070419A0 FI20070419A0 (fi) 2007-05-28
FI122061B true FI122061B (fi) 2011-08-15

Family

ID=38069459

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20070419A FI122061B (fi) 2007-05-28 2007-05-28 Järjestely metsäkoneen voimanlähteen yhteydessä

Country Status (2)

Country Link
FI (1) FI122061B (fi)
WO (1) WO2008145817A1 (fi)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120216770A1 (en) * 2009-12-17 2012-08-30 Deutz Aktiengelellschaft Mobile work machine having an integrated starter generator
US10694687B2 (en) * 2017-08-11 2020-06-30 Deere & Company Electric tree felling head and associated control system for a forestry vehicle

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE455906T1 (de) * 1999-06-28 2010-02-15 Kobelco Constr Machinery Ltd Bagger mit hybrid-antriebsvorrichtung
JP2001173024A (ja) * 1999-12-17 2001-06-26 Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd 建設機械におけるハイブリッドシステム
FI111183B (fi) * 2002-05-21 2003-06-13 Timberjack Oy Menetelmä metsätyökoneen moottorin ohjauksessa ja metsätyökone
JP4179465B2 (ja) * 2002-07-31 2008-11-12 株式会社小松製作所 建設機械
JP2005155251A (ja) * 2003-11-27 2005-06-16 Sumitomo (Shi) Construction Machinery Manufacturing Co Ltd 建設機械用動力系制御装置
US7388301B2 (en) * 2005-10-12 2008-06-17 Kobelco Construction Machinery Co., Ltd. Construction machine

Also Published As

Publication number Publication date
FI20070419A0 (fi) 2007-05-28
WO2008145817A1 (en) 2008-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI118882B (fi) Menetelmä ja järjestely metsäkoneen tehonsiirrossa
US11084367B2 (en) Mining machine and energy storage system for same
US9981269B2 (en) Apparatus and system for a towed device powered by a tow vehicle
US20060185355A1 (en) Hydraulic gravitational load energy recuperation
US8646266B2 (en) Hydraulic output drive shaft generator
FI119394B (fi) Menetelmä metsäkoneen voimanlähteen ohjauksessa
CA2760846A1 (en) Energy system for a hybrid vehicle
FI122061B (fi) Järjestely metsäkoneen voimanlähteen yhteydessä
US20160145833A1 (en) System and method for controlling power in machine having hydraulic devices
FI127282B (fi) Metsäkoneen tehonsyöttö
GB2502060A (en) Hydraulic drive system with regenerative braking for mobile work platform
US11885104B2 (en) Hydraulic hybrid system for a work machine and a method of controlling the hydraulic hybrid system
JP2012072591A (ja) 作業機械の駆動装置

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 122061

Country of ref document: FI

MD Opposition filed

Opponent name: JOHN DEERE FORESTRY OY

FG Patent granted

Ref document number: 122061

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B

Effective date: 20110815