Lesní lanovky

Lesní lanovky – výpočet tažného lana Ing. Martin Dvořák 1 https://www.slpkrtiny.cz/en/products-and-services/forest-machinery/ https://www.mm-forsttechnik.at/en/syncrofalke/performance.php •Terény svažité, balvanité a neúnosné terény, vylučující kolovou techniku, jsou označovány jako lanovkové terény (v ČR cca 18 %) •Lesní lanovka slouží k primární přepravě surového dříví, tedy přiblížení z místa těžby do určeného místa skládky (většinou na lesní cesty) •Lanový vozík se pohybuje na lanech, zavěšených pomocí tzv. botek na stromech (ve výšce 6 ÷ 8 m) •Kyvadlová doprava, v jednom směru probíhá pojezd vozíku s nákladem, zpátky pak jen s volnými úvazky •Efektivní a rychlé vytěžení špatně přístupného terénu / časově náročnější instalace zařízení •Doprava nejen dříví, ale i jiných objektů na vzdálenosti přesahující 2000 m a při nosnosti ocelových lan až 16 t 2 Úvod Podpěrná botka https://www.wyssenseilbahnen.com/ 3 Úvod •Lesní lanovka má dvě základní pracovní fáze – fázi vyklizování, při které se lanový vozík nepohybuje a probíhá boční přitahování dříví k trase lanovky, druhá fáze je následná jízda vozíku s nákladem Doprava proti svahu Doprava po svahu https://www.forsttechnik.at/ •Přibližovací vzdálenost odpovídá délce svahu •Poměr hmotnosti traktoru a nákladu 1:1, hmotnost pohybujících částí lanovek nepřevyšuje 1/10 nákladu •Téměř o polovinu nižší spotřeba pohonných hmot na 1 m3 vytěženého dřeva •Nevyžaduje tak hustou lesní dopravní síť jako traktorové soustřeďování •Pracovní ergonomie – operátor ovládá stroj z kabiny stojícího stroje, nebo dálkově •Pohonná stanice lanovky stojí na místě, na pracoviště zajíždí jen lanový vozík – nižší opotřebení traktoru •Rychlost soustřeďování dříví nezávisí na stavu povrchu terénu 4 Výhody lesních lanovek 5 Nejčastější provedení lanových systémů Dvoulanové systémy s tažným a vratným lanem Gravitační systémy s nosným a tažným lanem Třílanové univerzální systémy Samohybné motorové vozíky na nosném laně https://www.icfr.ukzn.ac.za/publications/south-african-cable-yarding-safety-and-operating-handbook 6 Pracovní lana Druh lana Koeficient bezpečnosti kl Charakteristika Nosné lano 2,5 ÷ 3 Lano je nosným členem lanovky Tažné lano 3 ÷ 4 Lano slouží k přitahování vozíku s nákladem ke stožáru Vratné lano 3 ÷ 4 Lano slouží k opačnému pohybu, jako tažné Oběžné lano 3 ÷ 4 Jedno lano, nahrazující tažné i vratné, úspora energie Pomocné lano 3 ÷ 4 Vypomáhá tažnému lanu, ovládá zajištění nákladu Kotevní lano 4Slouží k ukotvení stožáru lanovky a kladek Montážní lano 2 ÷ 3 Používá se při instalaci lanovky, k provlečení těžších lan Tab. 1 7 Možnosti nástavby lesních lanovek Sáňový podvozek Nástavba na traktor Plošiny nákladních automobilů Přívěs Rypadla https://www.wyssenseilbahnen.com/ http://tst-forestry.com/ https://www.kollergmbh.com/ https://www.kollergmbh.com/ https://www.kollergmbh.com/ •Výpočet a návrh tažného lana •Prosté vlečení •Vlečení v polozávěse •Vlečení v plném závěse •Návrh rozměru bubnu •Technologický výpočet bubnu •Výpočet pohonu a volby traktoru 8 Příklad výpočtu tažného lana -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Tažná síla v laně [kN] Sklon trasy [°] Prosté vlečení - suchá jílovitá půda Polozávěs - suchá jílovitá půda Prosté vlečení - uježděný sníh Plný závěs - valivý odpor Zvedání nákladu 15 Vývoj tažných sil pro různé sklony a lesní povrchy Oblast brzdění tažného lana •Největší tažná síla byla vypočtena v případě prostého vlečení, odtud se vypočte minimální pevnost lana •Koeficient bezpečnosti lana 𝑘𝑙 je z Tab. 1 •Minimální pevnost tažného lana: 𝐹′𝑇 𝑗𝑚 = 𝐹𝑇1 ∙ 𝑘𝑙=15,2 ∙ 4 = 𝟔𝟎, 𝟕 𝒌𝑵 (8) •Tažné lano zvolím na základě nejvyšší blízké hodnotě 16 Návrh tažného lana •Je vhodné volit válcované lana s ocelovou duší, vyznačují se vysokou únosností, odolnosti vůči stlačení, oděru a dlouhou životností, díky výborné ohebnosti je s tímto lanem lepší manipulace, používají se zásadně lana protisměrná, jelikož netvoří smyčky 17 Volba tažného lana 6x26WS-IWRC Průměr lana dT8[mm] Jmenovitá pevnost FT jm 67,4 [kN] Počet drátků nd156 [ - ] Pevnost drátků σ 1 960 [MPa] Měrná hmotnost mTL 0,332 [ kg∙m-1 ] Tab. 3 https://www.interforst.cz/ •Je vhodné volit větší průměr bubnu tažného lana, důvodem je snaha snížení počtu vrstev navinutých na bubnu, tím dojde k menšímu kolísání tažné síly a obvodové rychlosti lana, proto volíme 𝑫𝑻𝑳 =𝟑𝟎𝟎 𝒎𝒎 •Musí být splněna podmínka: 𝐷𝑇𝐿 =300 𝑚𝑚 > 15 ∙ 𝑑𝑇=15 ∙11 =165 𝑚𝑚 (9) •Vhodně zvolíme šířku bubnu: 𝐵 = 650 𝑚𝑚 •Průměr po navinutí celé délky lana 𝐿: 𝐷𝑇𝑛 =𝑑𝑇 2∙𝐿 0,785∙𝐵 + 𝐷𝑇𝐿 2=82∙400∙1 000 0,785∙650 + 3002≅374 𝑚𝑚 (10) •Průměr bočnic: 𝐷𝑇Č = 𝐷𝑇𝑛 + 3 ∙ 𝑑𝑇=374 + 3 ∙ 8 = 398 𝑚𝑚 (11) 18 Návrh rozměru bubnu •Maximální dovolená síla v tažném laně: 𝐹𝑇 𝑚𝑎𝑥 =𝐹𝑇 𝑗𝑚 𝑘𝑙=67,4 4=𝟏𝟔, 𝟗 𝒌𝑵 (12) •Maximální rychlost navíjení 𝑣𝑇 𝑚𝑎𝑥 = 3 𝑚 ∙ 𝑠−1 (od zadané rychlosti lanového vozíku) bude dosaženo na největším průměru návinu, odtud se vypočtou otáčky bubnu: 𝑛𝑇=60∙1 000∙𝑣𝑇 𝑚𝑎𝑥 𝜋∙ 𝐷𝑇𝑛−𝑑𝑇=60∙1 000∙3 𝜋∙(435−8) =𝟏𝟓𝟔, 𝟒 𝒎𝒊𝒏−𝟏 (13) •Vlivem poměrně velké délky tažného lana hodnoty obvodové rychlosti a tažné síly značně kolísají •Nejnižší rychlost při navíjení: 𝑣𝑇 𝑚𝑖𝑛 = 𝜋 ∙ 𝐷𝑇𝐿+𝑑𝑇 1 000 ∙𝑛𝑇 60 = 𝜋 ∙ 300+8 1 000 ∙156,4 60 = 𝟐, 𝟓 𝒎 ∙ 𝒔−𝟏 (14) 19 Technologický výpočet bubnu •Otáčky vývodové hřídele traktoru jsou normalizovány: 𝒏𝑻𝑹 =𝟓𝟒𝟎 𝒎𝒊𝒏−𝟏 •Potřebný převodový poměr: 𝑖𝑇=𝑛𝑇𝑅 𝑛𝑇=540 156,4 = 𝟑, 𝟓 (15) •Tento převodový poměr bývá nejčastěji realizován řetězovým převodem •Požadovaný výkon traktoru: 𝑃𝑇=𝐹𝑇 𝑚𝑎𝑥∙𝑣𝑇 𝑚𝑖𝑛 𝜂=16,9∙2,5 0,9 =𝟒𝟕, 𝟐 𝒌𝑾 (16) •Předpoklad celkové účinnosti pohonu je 𝜂 = 0,9 20 Výpočet pohonu a volby traktoru [1] HOREK, P. Lesní lanovky. Lesnická práce, s.r.o, 2007. ISBN 978-80-87154-10-6. [2] ROŠKO, P. Lesní vývozní lanovky. Praha: Státní zemědělské nakladatelství, 1964. [3] NERUDA, J. a V. SIMANOV. Technika a technologie v lesnictví. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, 2006. ISBN 80-7157988-2. [4] DRESSLER, M. a I. ADÁMEK. Vyklizovací lanovky. Praha: Státní zemědělské nakladatelství, 1960. [5] Ackerman S.,Immelman A., McEwan A., Naidoo S., Upfold S. South African Cable Yarding Safety and Operating Handbook. South Africa 2017. ISBN 978-0-620-72925-3. [cit. 2021-03-07]. Dostupné z: https://www.icfr.ukzn.ac.za/publications/south-african-cable-yarding-safetyand-operating-handbook [6] KONRAD. Forsttechnik [online]. 2021 [cit. 2021-03-02]. Dostupné z: https://www.forsttechnik.at/ [7] KOLLER FORSTTECHNIK. Yarder [online]. 2021 [cit. 2021-03-21]. Dostupné z: https://www.kollergmbh.com/ [8] TST FORESTRY. Seilbahntechnik aus Österreich [online]. 2021 [cit. 2021-03-07]. Dostupné z: http://tst-forestry.com/ [9] FOREST MACHINERY. Výzkumná stanice ŠLP Křtiny [online]. 2021 [cit. 2021-03-07]. Dostupné z: https://www.forest-machinery.cz/ [10] INTERFORST. Váš partner pro les, dílnu a zahradu [online]. 2022 [cit. 2022-02-23]. Dostupné z: https://www.interforst.cz/ 21 Zdroje O NPO_VŠB-TUO_MSMT-16605/2022 Děkuji za pozornost Ing. Martin Dvořák martin.dvor[email protected] Toto dílo je licencováno pod CC BY 4.0