FI126750B - Metsäkone ja telayksikkö - Google Patents

Description

METSÄKONE JA TELAYKSIKKÖ

Keksinnön kohteena on metsäkone, johon kuuluu runko, ainakin kaksi modulaarista telayksikköä nivellettynä keinuvasti kukin rungon yhdelle puolelle, moottori ja ensimmäiset voimansiirtovä-lineet voiman siirtämiseksi moottorilta kullekin telayksikölle, jossa metsäkoneessa kuhunkin telayksikköön kuuluu telarunko, vetoakseli voiman välittämiseksi ensimmäisiltä voiman-siirtovälineiltä, telamatto sovitettuna kierrolle telarungon ympärille, ainakin yksi vetopyörä telamaton pyörittämiseksi, akseli vetopyörän nivelöimiseksi telarunkoon etäisyyden päähän vetoakselista, ja toiset voimansiirtovälineet voiman välittämiseksi vetoakselilta vetopyörälle.

Keksinnön kohteena on myös telayksikkö.

Koneellisessa puunkorjuussa käytettävät työkoneet aiheuttavat väistämättä tietyn kuormituksen metsäpohjaan, maaperään ja harvennuskohteilla myös kasvamaan jäävän puuston juuristoon. Ongelma on tyypillisesti vähäisempi harvesterin tapauksessa, jonka ei tarvitse kantaa oman painonsa lisäksi kuormaa kuten kuormatraktorin. Toisin sanoen mainittujen koneiden maahan kohdistamassa pintapaineessa on useimmiten merkittävä ero. Mainittujen koneiden maahan kohdistamaa pintapainetta onkin lähdetty alentamaan erilaisin tunnetuin ratkaisuin, kuten käyttämällä tavanomaisen akselin asemesta niin sanottua keinute-liakselistoa, jossa on tavanomaisen akselin asemesta neljä pyörää, jotka kykenevät jakamaan pintapaineen laajemmalle alueelle maan pintaa vasten. Pintapainetta on voitu alentaa erityisesti käyttämällä esimerkiksi keinutelin pyörien ympäri kiertävää, tarkoitusta varten valmistettua ja kehitettyä terästää kumirakenteista telaa. Tekniikan tasosta tunnetaan myös kumilla pinnoitettuja terästeloja ja muita edellä mainittuihin materiaaleihin perustuvia rakenteita.

Puunkorjuun kannalta myös maan jäätymisellä talven aikana on suuri vaikutus koneellisen puunkorjuun aiheuttamiin maastovauri-oihin. Jäätyneessä maastossa puunkorjuu voidaan useimmiten suorittaa perinteisillä alustaratkaisuilla varustetuilla metsä-traktoreilla ilman merkittäviä maastovaurioita. Mutta jos talvi on leuto, maasto ei välttämättä jäädy kunnolla, jolloin pyörillä varustettu metsätraktori jättää jälkeensä maastoon syvät urat, jotka puunkorjuusta vastaava taho voi joutua korjaamaan kesän aikana. Tästä johtuen metsätraktoreilta ja yleisesti metsäkoneilta vaaditaan entistä pienempää pintapainetta, joka vähentää maastovaurioiden syntyä leutojen talvien aikana tapahtuvassa puunkorjuussa. Maastovaurioiden lisäksi ongelmaksi voi muodostua yksinkertaisesti myös se, että metsäkoneen etenemiskyky on riittämätön maastoon kohdistuvan pintapaineen muodostuessa liian suureksi, jolloin metsäkone uppoaa osittain tai juuttuu paikoilleen .

Pintapainetta voidaan tunnetusti alentaa erilaisilla keinutelin yhteyteen asennettavilla telarakenteilla, jolloin lähestytään toimintaperiaatteelta erityisiä telayksiköitä, vaikkakin näissä ratkaisuissa on havaittavissa selviä puutteita ja/tai ongelmia. Esimerkiksi keinutelin yhteyteen sovitetun terästelan tapauksessa voimansiirto vetäviltä telin pyöriltä perustuu kitkaan, eikä muotosulkeiseen telan hammastukseen ja erityiseen vetopyörään kuten useimmissa varsinaisissa telayksiköissä ja tela-ajoneuvoissa. Tästä johtuukin se, että mainittu terästela on kiristettävä huomattavan kireälle, jos halutaan välttää telan luistami-sen vaara. Tämä kiristys taas rasittaa tarpeettoman paljon keinutelin ja erityisesti sen telikotelon ja pyörännapojen rakenteita - eikä silti kykene takaamaan luotettavaa ja varmaa voimansiirtoa ilmakumirenkaiden ja telan välille. Tällainen telarakenne on myös altis telan ja pyörien väliin tunkeutuville puukappaleille ja esimerkiksi tiiviiksi pakkautuvalle lumelle, joka saattaa aiheuttaa suuriakin rasituksia etenkin keinutelin telikotelon ja pyörännapojen rakenteisiin. Vastaavia teloja tunnetaan myös erilaisina komposiittirakenteisina, kuten ku-mi/teräs yhdysrakenteisina.

Toisaalta valmistuskustannukseltaan kalliin ja rakenteeltaan monimutkaisen sekä puhkeamiselle alttiin ilmakumipyörän käyttö edellä kuvattujen telarakenteiden sisällä on sinällään kyseenalaista, minkä vuoksi ilmakumipyörät voisi edullisesti korvata jollakin yksinkertaisemmalla, edullisemmalla ja kestävämmällä rakenteella. Lisäksi etenkin kuormaa kantavissa metsäkoneissa, kuten kuormatraktorissa, mainittujen ilmakumirenkaiden ilmanpaine täytyy renkaan kantavuuden ja teknisen kestävyyden vuoksi asettaa hyvin korkeaksi, esimerkiksi 4-6 bar paineeseen, jolloin renkaiden jousto on käytännössä jo hyvin vähäinen ja ilmakumirenkaan käyttö sovelluksessa sinällään kyseenalainen. Edelleen perinteisen, esimerkiksi ilmakumipyörillä varustetun keinutelin ja paripyöriä ympäröivän telan yhdistävän rakenteen ongelmana on se, että keinuteli ei jaa maastoon kohdistuvaa pintapainetta riittävän suurelle pinta-alalle. Toisin sanoen pintapaine on korkeampijuuri pyöräparin pyörien alapuolella, niiden välisen alueen jäädessä kevyemmälle kuormitukselle ja siten matalammalle pintapaineelle.

Tekniikan tasosta tunnetaan suomalaisen patentti FI 121991, jossa on esitetty modulaarinen telayksikkö, jota voidaan käyttää olemassa olevissa metsäkoneissa telipyörästöjen sijaan pintapaineen pienentämiseksi. Tämä telayksikkö kiinnitetään metsäkoneen pyörän navan yhteyteen, jolloin veto/tasauspyörästöltä tuleva akseli pyörittää telayksikön vetopyörää. Tässä telayksikössä käytetään kolmea telapyörää, jotka muodostavat telamatolle kolmion mallisen päättymättömän kierron. Maata vasten on kuitenkin useampia pieniä tukipyöriä, mutta nämä eivät mukaudu maaston mukaan. Telayksikön vetopyörä on saman keskeisesti vetoakselin kanssa. Riittävän vetopyörän pidon saavuttamiseksi vetopyörä tulee peittää telamatolla riittävän suurelta alalta. Koska telayksikkö nivelletään metsäkoneen runkoon keskeltä telayksik-köä, tulee telayksiköstä korkea. Telayksikön korkeus aiheuttaa sen, että vedossa telayksikkö pyrkii nousemaan pystyyn esteitä ylitettäessä. Tämän takia telayksikön keinuliike on hyvin rajallinen, vaimennettu tai jopa estetty. Jäykkä telayksikkö on puolestaan maastossa kovin kankea, eikä voi mukautua maaston epätasaisuuksiin. Edellä mainittujen ongelmien lisäksi rakenteen ongelmana on myös telamaton kierron geometriasta johtuva epäedullinen kohtaus- ja jättökulma, joka heikentää metsäkoneen etenemiskykyä vaikeakulkuisessa maastossa, erityisesti syvässä lumessa tai upottavassa pehmeässä maassa sekä kohdattaessa äkillisiä jyrkkäreunaisia esteitä kuten kiviä tai kantoja.

Tekniikan tasosta tunnetaan myös W0 2004/016494 Ai, jossa on esitetty päättymätöntä telamattoa käyttävän telayksikön alennus-vaihteisto. Tähän kuuluu vetoakseli sovitettuna voiman vastaanottamiseksi, toiset voimansiirtovälineet voiman välittämiseksi vetoakselilta vetopyörälle ja akseli vetopyörän nivelöimiseksi telarunkoon kiinnitettyyn koteloon etäisyyden päähän vetoakselista .

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada maasto-ominaisuuksiltaan tekniikan tason metsäkoneita parempi metsäkone, jolla maastoon kohdistuvaa pintapainetta saadaan oleellisesti alennettua samanaikaisesti kun mahdollistetaan koneen nopeampi liikkuminen maaston paikallisista epätasaisuuksista huolimatta. Tämän keksinnön tunnusomaiset piirteet ilmenevät oheisesta patenttivaatimuksesta 1. Keksinnön tarkoituksena on myös aikaansaada maasto-ominaisuuksiltaan tekniikan tason telayksiköitä parempi telayksikkö, jolla maastoon kohdistuvaa pintapainetta saadaan alennettua. Tämän keksinnön tunnusomaiset piirteet ilmenevät oheisesta patenttivaatimuksesta 8. Tämä tarkoitus voidaan saavuttaa metsäkoneella, johon kuuluu runko, ainakin kaksi modulaarista telayksikköä nivellettynä keinuvasti kukin rungon yhdelle puolelle, moottori ja ensimmäiset voimansiirtovälineet voiman siirtämiseksi moottorilta kullekin telayksikölle. Metsäkoneessa kuhunkin telayksikköön kuuluu telarunko ja vetoakseli sovitettuna voiman välittämiseksi ensimmäisiltä voimansiirtovälineiltä eteenpäin kohti toisia voimansiirtovälineitä ja edelleen sitä kautta vetopyörää. Lisäksi telayksikköön kuuluu telamatto sovitettuna kierrolle telarungon ympärille, ainakin yksi vetopyörä telamaton pyörittämiseksi, akseli vetopyörän akseloimiseksi telarunkoon etäisyyden päähän vetoakselista ja toiset voimansiirtovälineet voiman välittämiseksi vetoakselilta vetopyörälle. Telayksikköön kuuluu edelleen tukivälineet sovittuna mukautumaan maaston pinnan muodon mukaan telayksikön pintapaineen jakamiseksi tasaisesti. Telayksikön nivellyksen vetoakselista erillisen akselin avulla laakeroitu vetopyörä mahdollistaa matalamman telayksikön rakenteen, joka on maasto-ominaisuuksiltaan tekniikan tason mukaisia telayksiköitä parempi. Samalla toisten voimansiirtovälineiden käyttö mahdollistaa voiman siirtämisen aina metsäkoneen moottorilta asti telamattoon, jolloin nykyisen metsäkoneen voimalinja voidaan säilyttää ennallaan korvaten ainoastaan tekniikan tason mukaisen keinutelin telikotelo ja pyörännavat. Tukivälineiden avulla teliyksikön pintapaine saadaan madallettua tukivälineiden mukautuessa maaston mukaan. Tässä yhteydessä telayksikön modu-laarisuudella tarkoitetaan sitä, että sen avulla voidaan korvata jo olemassa olevan metsäkoneen telipyörästöt telayksiköllä ilman muutoksia metsäkoneeseen. Näin metsäkonetta voidaan käyttää olosuhteen mukaan joko telipyörästöllä varustettuna ja/tai telayksiköllä varustettuna. On myös mahdollista korvata esimerkiksi tavanomaisen 8-pyöräisen kuormatraktorin taaemman, esimerkiksi kuormatilan alla olevan keinutelin telikotelo ja pyörät keksinnön mukaisilla telayksiköillä, vaikka koneen etummaisen rungon alla käytettäisiinkin edelleen tavanomaista pyörillä varustettua keinuteliakselistoa.

Vetoakseli on edullisesti sovitettu voiman välittämiseksi suoraan ensimmäisiltä voimansiirtovälineiltä toisille voiman-siirtovälineille. Näin voimansiirto saadaan toteutettua yksinkertaisesti vetopyörälle.

Telarunko voi olla nivelletty koneen runkoon oleellisesti jäykästi sovitettuun keinutelin keskiosaan. Vetoakseli voi olla sovitettu siirtämään voima tästä koneen runkoon nähden jäykästi sovitetusta osasta vetoakselin välityksellä keinutelin telikote-loon.

Edullisesti tukivälineet on joustavasti kiinnitetty telarungon alapintaan. Jousto mahdollistaa tukivälineiden mukautumisen maaston pinnan muotojen mukaan, jolloin pintapaine pysyy tasaisena. Lisäksi näin toteutettu jousitus mahdollistaa koneen suuremman ajonopeuden kuljettajan ergonomian ja metsäkoneen rakenteiden kestävyyden vaarantumatta.

Edullisesti telayksikkö on sovitettu tukeutumaan maastoon pääasiallisesti tukivälineiden avulla. Näin jouston sallivat tukivälineet mukautuvat maaston mukaan. Tukivälineet voivat olla itsessään joustavia tai ne voivat olla ripustettu joustavasti.

Erään sovellusmuodon mukaan tukivälineisiin kuuluu vähintään kaksi aputelapyörää, joista ainakin osa on nivelletty telarun-koon varren välityksellä. Aputelapyörien avulla telamatto saadaan ohjattua sellaiselle kierrolle, jossa telayksikön kohtaus- ja jättökulmat jäävät suuriksi. Varsien avulla tapahtuva ripustus mahdollistaa jokaisen aputelapyörän itsenäisen liikkeen maaston epätasaisuuksien mukaan pienentäen telayksikön aiheuttamaa pintapainetta.

Erään toisen sovellusmuodon mukaan tukivälineisiin kuuluu ainakin yksi tasomainen tukielin. Tukielin mahdollistaa pintapaineen jakamisen suuremmalle pinta-alalle. Tukielin voi olla esimerkiksi levy, kisko tai suksi, jota vasten telamatto liukuu.

Edullisesti telayksikkö on sovitettu nivellettäväksi runkoon kuuluvaan keinulaakeriin, jonka keskiön läpi vetoakseli tuodaan. Tämä mahdollistaa sen, että metsäkoneen runkona voidaan käyttää tekniikan tason mukaista, telipyörillä varustettua metsäkonetta, jossa keinuteliakseliston telikotelot on laakeroitu keinulaake-reilla keinuteliakseliston oleellisesti jäykästi koneen runkoon sovitettuun keskiosaan. Näin voidaan myös käyttää samaa metsäkoneen voimalinjaa muuttumattomana. Tämä modulaarinen rakenne on sekä metsäkoneen omistajalle että valmistajalle edullinen ratkaisu, sillä se mahdollistaa tela-alustaisen koneen valmistuskustannuksen pitämisen edullisempana, kun koneen runkorakenteita ei tarvitse rakentaa erityisesti telasovellusta varten. Mahdollisesti tavanomainen keinuteliakselistoin varustettu kuormatraktori voidaan varustaa keksinnön mukaisilla telayksi-köillä myös jälkeenpäin, kun metsäkoneen käyttötarkoitus halutaan muuttaa esimerkiksi erityisesti pehmeiden maiden puunkor-juuseen ja metsäkoneen aiheuttamaa pintapainetta halutaan alentaa. Voi olla myös mahdollista, että metsäkone voidaan erikseen varustaa esimerkiksi vuodenaikojen mukaan joko telayk-siköillä tai keinuteleillä tai näiden yhdistelmällä.

Telayksikön korkeus voi olla 25 - 60 %, edullisesti 30 - 45 % telayksikön pituudesta. Tällaisella telayksikön geometrialla voidaan estää tai rajoittaa telayksikön taipumusta nousta pystyyn esteitä ylitettäessä ja vetorasituksen alla.

Vetopyörä ja tukivälineet voivat olla valmistettu metallista, muovista tai kumista oleellisesti umpirakenteisena. Umpiraken-teisena valmistettuna vetopyörä ja tukivälineet kestävät hyvin rasitusta ja ovat huoltovapaampia kuin ilmatäytteiset pyörät.

Vetopyörä voi olla sovitettu välittämään vetoa telamattoon muotosulkeisesti. Muotosulkeinen voimansiirto takaa hyvän pidon kaikissa olosuhteissa.

Edullisesti toiset voimansiirtovälineet ovat mekaaniset. Mekaaniset toiset voimansiirtovälineet mahdollistavat telayksikön käytön modulaarisesti nykyisissä metsäkoneissa telipyörästö-jen sijaan välittämällä voiman teliyksikön vetoakselilta veto-pyörälle .

Edullisesti metsäkoneessa ensimmäiset voimansiirtovälineet ja toiset voimansiirtovälineet on sovitettu voiman siirtämiseksi moottorilta kunkin telayksikön vetopyörälle. Näin vetopyörä voi olla sivussa telayksikön vetoakselilta ilman esimerkiksi hydrostaattisen tai sähköisen, taipuisia ja joustavia johtoja tehon-siirtoon hyödynnettävän napamoottorin käyttöä.

Erään sovellusmuodon mukaan toiset voimansiirtovälineet ovat hammaspyörävetovälineet. Hammaspyörävetovälineiden etuna voidaan pitää esimerkiksi hihnavetovälineitä pidempää kestoikää ja useimmiten vähäisempää huollon tarvetta.

Erään toisen sovellusmuodon mukaan toiset voimansiirtovälineet ovat ketjuvetovälineet. Ketjun on rakenteena investointikustannuksiltaan edullinen ratkaisu ja myös huoltokohteena varsin yksinkertainen.

Erään kolmannen sovellusmuodon mukaan toisiin voimansiirtoväli-neisiin kuuluu ainakin yksi vetoakseli ja kulmavaihde. Riippumatta mekaanisen voimanlinjan yksityiskohtaisemmasta rakenteesta, mekaanista voimalinjaa käyttäen voidaan hyödyntää koneen olemassa oleva voimalinja ja esimerkiksi sen tasauspyörästön lukot ja siten saadaan paljon voimaa, voimansiirron mitoituksesta riippuen mahdollisesti koko koneen vetovoima, siirrettyä maahan koneen liikuttamiseksi tarvittaessa myös yhdeltä teliko-telolta ja sen pyöriltä tai telayksiköltä. Tämä ominaisuus korostuu maastossa ja ajotilanteissa, joissa pitoa voi olla useinkin olla vain yhdellä tai kahdella telayksiköllä esimerkiksi neljästä.

Erään neljännen sovellusmuodon mukaan toiset voimansiirtovälineet ovat hihnavetovälineet. Hihna on rakenteena investointikustannuksiltaan edullinen ratkaisu ja huoltokohteena varsin yksinkertainen.

Edullisesti toisien voimansiirtovälineiden välityssuhde on sovitettu sellaiseksi, että koko metsäkoneen voimansiirron välityssuhde moottorilta vetopyörälle pysyy samana kuin tekniikan tason mukaisissa telipyörärakenteissa. Näin metsäkoneen voimansiirtoa voidaan käyttää ilman muutoksia ja metsäkone liikkuu samalla nopeudella kuin telipyörien avulla toteutettuna moottorin kierrosten ollessa samat. Tarvittaessa koneen ennallaan säilytettävän mekaanisen voimalinjan välityssuhteita voidaan luonnollisesti sovittaa halutulla tavalla esimerkiksi keinutelin vetopyörästön tai jakovaihteiston välityssuhdetta muuttamalla. Mikäli välityssuhteita joudutaan esimerkiksi vetopyörästössä (tasauspyörästö) muuttamaan, menetetään kuitenkin osa modulaarisuudesta, joten tätä kannattaa luonnollisesti välttää.

Erään sovellusmuodon mukaan aputelapyörät ovat nivelletty runkoon keinutellen avulla. Tällöin keinutelit ovat yksinkertaisia ja pienikokoisia keinutelejä, jotka mahdollistavat telan muotoutumisen maaston pieniin epätasaisuuksiin parhaan pidon ja pienen pintapaineen mahdollistamiseksi. Telamaton mukautuminen maaston muotoihin helpottaa myös siihen kohdistuvia rasituksia.

Edullisesti ainakin osa aputelapyöristä on iskunvaimennettu ja/tai sovitettu jousikuormitteiseksi. Tämä parantaa metsäkoneen ajomukavuutta ja vakautta sekä pienentää telayksikön maastoon kohdistamaa pintapainetta erityisesti pienikokoisten esteiden kuten kivien ja kantojen kohdalla. Erityisesti mainittu jousitus mahdollistaa metsäkoneen ajonopeuden kasvattamisen pieniä epätasaisuuksia käsittävässä maastossa ilman, että kuljettajan ergonomia, metsäkoneen stabiliteetti tai metsäkoneen rakenteiden kestävyys vaarantuu oleellisesti.

Metsäkoneeseen kuuluu edullisesti ainakin yksi mekaaninen tasauspyörästön lukko voiman suuntaamiseksi keinuteliakseliston vetopyörästön kautta pitävälle keinuteliakseliston puolelle, joko keinuteliakseliston toisen puolen pyöräparille tai keksin nön mukaisen telayksikön vetopyörälle. Mekaaninen tasauspyöräs-tön lukko voi olla esimerkiksi hammaslukko. Tämä mahdollistaa metsäkoneeseen paremman ajettavuuden vaikeissa maasto-olosuhteissa. Mekaanisen tasauspyörästön lukon kautta vetoa voidaan jakaa huomattavasti helpommin ja paremmin kuin hydraulisista järjestelmistä tunnettujen kuristusratkaisujen avulla. Virtauk-senjakoventtiilien avulla toteutetussa kuristusrakenteessa häviää huomattava määrä paine-energiaa lämmöksi, eikä vetoa voida kunnolla jakaa yhdelle vetopyörälle tehoa huomattavasti hukkaamatta. Napamoottoriin perustuvassa voimansiirrossa ongelmaksi osoittautuu usein myös se, että yksittäiseltä napamootto-rilta ei voida saada vetovoimaa enempää kuin sille mitoitettu maksimivetovoima. Toisin sanoen tilanteessa, jossa koneen alustan ja maanpinnan välinen kitka on heikentynyt useammilla pyörillä tai telayksiköillä, jää yhdeltä pyörältä tai telayksi-költä saatava vetovoima hyvin rajalliseksi verrattuna mekaaniseen, tasauspyörästön lukoin varustettuun rakenteeseen nähden, jossa tarvittaessa kaikki vetovoima voidaan siirtää maahan yhden pyörän tai telayksikön välityksellä. Tässä yhteydessä puhuttaessa keinuteliakselistosta tarkoitetaan koko kuvan 2 mukaista rakennetta, johon kuuluu voimansiirto mahdollisina tasauspyöräs-töineen sekä keinutelin rakenteet, kun taas keinutelistä puhuttaessa tarkoitetaan ainoastaan telikoteloa ja napoja.

Edullisesti telamatto on sovitettu muodostamaan vetopyörälle vähintään 120° peiton. Näin voidaan taata riittävä kitka tai muotosulkeinen liitos telamaton tai sen vetohampaiden ja ripojen sekä vetopyörän välillä. Vetopyörän ja telamaton kosketus voidaan toteuttaa useilla erilaisilla sinällään tunnetuilla tavoilla joko niin, että vetopyörä lävistää telamaton ulkopinnan (telamatossa vetopyörän hampaiden kohdalla läpi ulottuvat aukot) tai niin, että telamaton sisäkehälle on järjestetty hammastus, josta vetopyörä siirtää voiman telamattoon, lävistämättä telamaton ulkopintaa.

Keksinnön mukaisen telayksikön tarkoitus voidaan saavuttaa modulaarisella telayksiköllä metsäkonetta varten, johon telayk-sikköön kuuluu telarunko ja vetoakseli sovitettuna toisesta päästään telayksikön niveltämiseksi metsäkoneeseen keinuvasti. Vetoakseli on sovitettu voiman vastaanottamiseksi metsäkoneesta. Lisäksi telayksikköön kuuluu telamatto sovitettuna kierrolle telarungon ympärille, ainakin yksi vetopyörä telamaton pyörittämiseksi, akseli vetopyörän nivelöimiseksi telarunkoon etäisyyden päähän vetoakselista ja toiset voimansiirtovälineet voiman välittämiseksi vetoakselilta vetopyörälle. Telayksikköön kuuluu edelleen tukivälineet sovittuna mukautumaan maaston pinnan muodon mukaan telayksikön pintapaineen jakamiseksi tasaisesti. Tällainen telayksikkö voidaan asentaa jälkiasennuksena tekniikan tason mukaisiin telipyörillä varustettuihin metsäkoneisiin.

Vetopyörän akseli voi olla laakeroitu telarunkoon kuuluvaan yhteen kulmaan, siten, että telamatto kiertää vetopyörää peittäen vetopyörän vähintään 120° sektorilta.

Edullisesti toiset voimansiirtovälineet ovat mekaaniset. Mekaaniset voimansiirtovälineet mahdollistavat voiman siirtämisen vetopyörälle ilman napamoottorien käyttöä.

Verrattuna tekniikan tason mukaisiin metsäkoneisiin, joissa käytetään telipyörästön ja näiden ympärille asetetun telamaton yhdistelmää, keksinnön mukaisella metsäkoneella saavutetaan pienempi pintapaine ja yksinkertaisempi rakenne. Telayksikössä veto on tarpeellista järjestää ainoastaan yhdelle vetopyörälle, kun taas tekniikan tason mukaisissa ratkaisuissa jokaisella pyörällä on oma napaplaneetta. Lisäksi keksinnön mukainen telayksikkö on modulaarinen ja mahdollista asentaa jo olemassa oleviin metsäkoneisiin. Keksinnön mukaisella telayksiköllä saavutetaan tekniikan tason ratkaisuja pienempi maastoon kohdistuva pintapaine.

Keksintöä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisiin eräitä keksinnön sovelluksia kuvaaviin piirroksiin, j oissa

Kuva 1 esittää aksonometrisesti kuvattuna tekniikan tason mukaisen metsäkoneen,

Kuva 2 esittää aksonometrisesti kuvattuna tekniikan tason mukaisen metsäkoneen teliakseleiden voimansiirtoa irrallaan,

Kuva 3 esittää aksonometrisesti kuvattuna keksinnön mukai sen metsäkoneen,

Kuva 4 esittää aksonometrisesti kuvattuna keksinnön mukai sen metsäkoneen telayksiköitä ja näiden välillä olevaa voimansiirtoa irrallaan,

Kuva 5 esittää aksonometrisesti ja osittain leikatusti kuvattuna keksinnön mukaisen metsäkoneen telayksi-köitä ja näiden välillä olevaa voimansiirtoa irrallaan .

Kuvassa 1 on esitetty tekniikan tason mukainen metsäkone 10, joka voi olla kuvan mukaisesti metsätraktori, jota käytetään jo kaadettujen puiden keräämiseen ja kuljettamiseen metsästä. Tekniikan tason mukainen metsäkone 10 tukeutuu maahan teliakse-leilla olevien telipyörien 11 avulla, jossa teliakselissa on kussakin edullisesti kaksi ilmatäytteistä ja vetävää kumipyörää. Kumipyörä on kuitenkin kallis rakenne, jonka joustavuus on erittäin rajallinen niissä käytettävän korkean paineen takia. Korkealla ilmanpaineella pyritään takamaan riittävä kantavuus myös metsäkoneen ollessa täydessä kuormassa. Näin ollen tällainen metsäkone 10 aiheuttaa toimiessaan korkean pintapaineen maastoon ja sitä kautta maastovaurioita. Kuvan 1 mukaisen metsäkoneen 10 käyttövoima saadaan moottorista 17, josta voima siirretään hydrostaattisen ja mekaanisen voimansiirron yhdistelmänä telipyörien 11 keinuteliä kannattavan vetoakselin kautta yksittäisille pyörille. Tällainen rakenne vaatii jokaiselle pyörälle erillisen napaplaneetan vedon aikaansaamiseksi, mikä nostaa rakenteen hintaa.

Kuvassa 2 on esitetty tarkemmin kuvan 1 mukaisen metsäkoneen voimansiirron rakennetta. Esimerkiksi metsäkoneen diesel-mootto-rilta mekaanisesti ulosotettava voima muunnetaan korkeapaineisen hydrauliikkapumpun avulla hydrauliseksi paineeksi. Hydrostaattinen tehonsiirto ja niin sanottu ajovoimansiirto toimivat eräänlaisena portaattomana vaihteena säätäen koneen liikenopeutta. Telipyörästöllä paine muutetaan jälleen mekaaniseksi liike-energiaksi ja siirretään kardaaniakselin avulla kuvan 2 mukaiselle vetopyörästölle 30 (tasauspyörästö), joka jakaa voiman akseliputkien 32 kautta keinulaakereilla 34 tuettuihin teli-pyörästöjen nivelakseleihin. Keinulaakereilla tuetut akselit kiinnittävät telikotelot 36 keinuvasti metsäkoneeseen ja teliko-teloihin 36 puolestaan kiinnittyy pyörien navat 38. Akseliputket voivat pitää sisällään jarrut pyörien jarruttamiseksi.

Keksinnön mukaisessa metsäkoneessa voidaan käyttää kuvan 2 tekniikan tason mukaista metsäkoneen rakennetta siten, että keksinnön mukaisen metsäkoneen telayksiköt korvaavat kuvan 2 mukaisesta rakenteesta keinulaakerilta 34 pyöriin päin osittain tai kokonaan keinutelin. Toisin sanottuna kuvan 2 mukaisesta rakenteesta voidaan käyttää täysin muuttamattomana vetopyörästö 30, akseliputket 32 sekä keinulaakerit 34 ja yleisesti ottaen koko muu metsäkoneen rakenne telipyörien rakennetta osittain tai kokonaan lukuun ottamatta. Keksinnön mukaisen metsäkoneen perusrakenne ja voimalinja voidaan ottaa suoraan kuvien 1 ja 2 mukaisesti tekniikan tason metsäkoneesta. Vaihtoehtoina on korvata koko keinuteli kuvien 3-5 mukaisella telayksiköllä tai vaihtoehtoisesti muodostaa keksinnön mukainen teliyksikkö olemassa olevaa keinuteliä osittain käyttäen.

Kuvassa 3 on esitetty eräs keksinnön mukaisen metsäkoneen sovellusmuoto. Tässä sovellusmuodossa kaikki kuvassa 1 esitetyn tekniikan tason mukaisen metsäkoneen 100 pyörät on korvattu telayksiköillä 14. Tarkemmin sanottuna keksinnön mukaiseen metsäkoneeseen 100 kuuluu runko 12, ainakin kaksi telayksikköä 14 nivellettynä kukin rungon 12 yhdelle puolelle, moottori 17 ja ensimmäiset voimansiirtovälineet 70 voiman siirtämiseksi moottorilta kullekin telayksikölle 14. Kuvassa 3 on esitetty ainoastaan osa ensimmäisistä voimansiirtovälineistä, mutta tulee ymmärtää, että puuttuva osa voi olla täysin vastaava kuin kuvien 1 ja 2 mukaisessa tekniikan tason mukaisessa metsäkoneessa. Kuhunkin telayksikköön 14 kuuluu kuvien 3-5 mukaisesti tela-runko 16, vetoakseli 60 laakeroituna yhdestä päästään telarun-koon 16 ja toisesta päästään runkoon 12 ja telamatto 18 sovitettuna päättymättömälle kierrolle telarungon 16 ympärille. Edelleen telayksikköön 14 kuuluu ainakin yksi vetopyörä 20 telamaton 18 pyörittämiseksi akseloituna telarunkoon 16 vetoakselista 60 erillisellä akselilla 80 ja toiset voimansiirtovälineet 41 voiman välittämiseksi vetoakselilta 60 vetopyörälle 20. Lisäksi telayksikköön 14 kuuluu edelleen tukivälineet 25 sovittuna mukautumaan maaston pinnan muodon mukaan telayksikön 14 pintapaineen jakamiseksi tasaisesti.

Kuvasta 3 poiketen metsäkone voidaan toteuttaa myös siten, että ainoastaan yksien telipyöräparien pyörät korvataan telayksiköillä, jolloin esimerkiksi metsäkoneen etummaiset telipyöräparit jäävät edelleen pyörien tai telipyörien avulla toteutetuiksi. Tällöin kuormatilan alapuolella olevat telipyörät korvataan telayksiköillä, joiden pintapaine on huomattavasti pienempi, mikä estää maastovaurioiden synnyn. Telayksiköt voivat olla myös keskenään erikokoisia, edullisesti siten, että taaempi teliyk-sikkö on pidempi kantopinta-alan kasvattamiseksi. Keksinnön mukaisen metsäkoneen kokonaispaino jää myös kevyemmäksi kuin tekniikan tason mukaisen rakenteen, jossa telipyörien ympärille asetetaan terästelamatto pintapaineen pienentämiseksi.

Kuvassa 4 on esitetty tarkemmin telayksikköjen 14 rakennetta. Telayksikön telarunko 16 voi olla teräksestä valmistettu kotelo-rakenne, joka pitää sisällään toiset voimasiirtovälineet 41 ja laakeroinnin vetoakselia 60 varten. Tässä yhteydessä vetoakselilla tarkoitetaan akselia, jonka avulla telarunko on keinulaa-kereiden avulla laakeroitu metsäkoneen runkoon. Tarkemmin sanottuna vetoakseli on asetettu keinulaakerin keskiöön ja vetoakselin kautta siirretään voimaa ensimmäisiltä voimansiirto-välineiltä toisille voimansiirtovälineille. Edullisesti vetoakseli 60 laakeroidaan telarunkoon 16 symmetrisesti keskelle, jolloin telayksikön ajo-ominaisuudet ovat hyvät molempiin suuntiin. Kuvan 4 mukaisesti vetopyörä 20 ja yksi aputelapyörä 22' on laakeroitu telarunkoon 16 telarungon 16 pituussuuntaises-ti molempiin päihin. Vaikka kuvassa 4 vetopyörä 20 on sijoitettu telayksikön kulkusuunnassa telayksikön takapäähän, vetopyörä voidaan sijoittaa myös telayksikön kulkusuunnassa etupäähän kuvasta 4 poiketen. Telarungon pituussuunnalla tarkoitetaan tässä yhteydessä telayksikön kulkusuuntaa. Tässä sovellusmuodos-sa tukivälineet 25 muodostavat loput aputelapyörät 22 nivelletään telarunkoon 16 edullisesti varsien 26 avulla lähemmäksi maata vetopyörän 20 ja aputelapyörän 22' väliselle matkalla telarunkoa 16. Näin telapyörät ja aputelapyörät tukevat telama-ton 18 ympärilleen päättymättömälle kierrolle. Kierto voi olla muodoltaan kuvien 3-5 mukainen pystyakselin suhteen symmetrinen viisikulmio, jossa kanta on kapeampi kuin keskiosa. Tällaisella kierron muodolla saadaan aikaiseksi telayksikölle suuret kohtaus- ja jättökulmat, mitkä helpottavat esteiden ylittämistä maastossa. Telayksikön telamaton kohtauskulma voi olla 20 - 70°, edullisesti 30 - 50°. Tällainen kohtauskulma takaa metsäkoneelle hyvän etenemiskyvyn.

Edullisesti telamaton kierron muoto on sellainen, että telayksikön vetoakselin kohta muodostaa kierron ylimmän kohdan eli viisikulmion ylimmän kulman, josta telamaton kierto suuntautuu alaspäin. Toisin sanottuna telamaton kierto on muodostettu siten, että telamaton kierron yläpinta muodostaa "harjakaton" eli telamaton kierto laskee vetoakselilta. Tällainen telamaton kierron muoto mahdollistaa telayksikön keinumisen ilman, että telamatto ottaa kiinni esimerkiksi kuvan 3 mukaisesti telayksik- köjen yläpuolella olevaan kuormatilaan. Lisäksi kuvien sovellus-muodon mukaisella telayksikön telamaton kierron muodolla saavutetaan telayksikölle kohtuullisen matala rakenne, mikä pienentää telayksikön vetoakseliin kohdistuvaa momenttia ja vähentää telayksikön taipumusta nousta pystyyn estettä ylitettäessä. Telayksikön korkeus voi olla 25 - 60 %, edullisesti 30 - 45 % telayksikön pituudesta. Tässä yhteydessä telayksikön korkeudella tarkoitetaan telayksikön korkeimman kohdan kohtisuoraa etäisyyttä maan pinnasta ja pituudella puolestaan telayksikön mittaa telayksikön kulkusuunnassa.

Kuvassa 4 tukivälineisiin 25 kuuluvia, varren 26 avulla telarun-koon 16 nivellettyjä aputelapyöriä 22 on neljä kappaletta, mutta näiden lukumäärä voi vaihdella käyttötarkoituksen mukaan. Näiden telayksikön kulkusuunnan suhteen rivissä olevien aputelapyörien lukumäärän kannalta tärkeää on se, että aputelapyöriä on riittävän monta, jotta paine jakautuu riittävän monelle aputelapyöräl-le tasaisesti, jolloin pintapaine jää pieneksi. Vaihtoehtoisesti osa varren päähän nivelletyistä aputelapyöristä voidaan korvata jousitetulla liukukiskolla. Aputelapyörien varsi voi olla suoraan iskunvaimentimen ja jousen yhdistelmä tai kiinteä varsi, joka on tuettu telarunkoon iskunvaimentimen ja jousen välityksellä. Edullisesti varsi on jousitettu kumipuslan tai kiertojou-sen avulla. Erään sovellusmuodon mukaan tukivälineitä muodostettaessa varsien sijaan aputelapyörien ripustukseen voidaan käyttää myös huomattavasti tekniikan tason mukaisia keinutelejä pienempiä keinutelejä, jonka avulla kaksi aputelapyörää voidaan niveltää yhdessä telarunkoon. Tällaisessa sovellusmuodossa aputelapyörät voivat olla myös leveitä rullia.

Erään sovellusmuodon mukaan telayksikköön voi kuulua telarunkoon kiinnitetyt suojavälineet kumisen telamaton suojaamiseksi telamaton ulkoreunaan telayksikön kulkiessa suoraan terävää kiveä kohti. Suojavälineet voivat olla esimerkiksi kaivinkoneista tunnettujen kaltaiset kiskot tai palkit, jotka toimivat eräänlaisina suksina telamaton kierron ulkoreunojen yläpuolella. Näin telamattoa voidaan suojella viiltäviltä leikkaavilta voimilta.

Kuvien 4 ja 5 mukaisesti kuhunkin telayksikköön 14 kuuluu edullisesti yksi vetopyörä 20, joka on sijoitettu telamaton 18 kierron terävimpään kulmaan. Tässä sovellusmuodossa telarungon päissä olevat telapyörien kohdat ovat kierron jyrkimmät kulmat. Tällä haetaan sitä, että vetopyörällä 20 on riittävän iso kontaktipinta-ala telamattoon 18. Toisin sanottuna vetopyörällä 20 on riittävän suuri peittokulma, jolloin riittävän moni telamaton 18 sisäpintaan kuuluvista hampaista (ei kuvissa) on kiinni hammaspyörämäisen vetopyörän 20 pinnalla välittäen voimaa muotosulkeisesti vetopyörän ja telamaton välillä. Vaihtoehtoisesti telamatto voi olla myös kuvan 4 mukainen reititetty telamatto 18, jossa on aukkoja 62, joiden lävitse hammastetun vetopyörän 20 hampaat 64 tulevat välittäen voimaa vetopyörältä 20 telamattoon 18. Riittävän peittokulman ansiosta vetopyörä voidaan valmistaa pienempänä kuin, jos peittokulma olisi pienempi, kuten esimerkiksi tekniikan tason mukaisissa telayksiköissä, joissa vetopyörä on suoraan telayksikön vetoakselilla.

Kuvan 5 mukaisesti keksinnön mukaiset toiset voimansiirtoväli-neet 41 on toteutettu mekaanisesti. Kuvan 5 sovellusmuodossa mekaaninen toteutus on hihnaveto, jonka avulla voimaa siirretään telayksikön 14 vetoakselilta 60 vetopyörälle 20. Edullisesti vetoakselin telayksikön 14 puoleiseen päähän on kiinnitetty hammaspyörä 42, jota vetohihna 46 kiertää. Vetopyörän 20 kanssa samalle akselille 80 on kiinnitetty hammaspyörä 48, joka pyörittää akselia 80 vetohihnan 46 välityksellä. Lisäksi toisiin voimansiirtovälineisiin 41 kuuluu edullisesti kiristinhammas-pyörä 44, joka esimerkiksi jousikuormitteisesti tai hydraulisen paineen avulla pitää vetohihna 46 kireällä ja estää vetohihnan 46 luistamisen. Edullisesti vetohihnan sijasta käytetään esimerkiksi ketjua, joka on kestävämpi vaihtoehto. Vaikka kuvassa 5 toiset voimansiirtovälineet ovat selkeästi esillä, tulee ymmärtää, että toiset voimansiirtovälineet ovat koteloitu niiden suojaamiseksi esimerkiksi lumelta, vedeltä ja kuralta. Lisäksi telayksikköön kuuluu edullisesti välineet toisten voimansiirto-välineiden voitelemiseksi öljyllä.

Vaihtoehtoisesti telayksikön vetoakselin ja vetopyörän välinen voimansiirto voidaan toteuttaa myös hammaspyörien, kardaanin tai muun vastaavan mekaanisen voimansiirtovälineen avulla. Mekaanisen voimansiirron ansiosta telayksikkö voidaan valmistaa suhteellisen kevyeksi, sillä se voidaan toteuttaa ilman raskaita napamoottoreita, joiden koko kasvaisi huomattavan suureksi riittävän tehon aikaansaamiseksi. Yleisesti napamoottoria tarvitaan, jos vetopyörä halutaan siirtää pois telayksikön vetoakselilta tai sen jatkeelta. Tällöin telayksikön sisäisesti käytetään hydraulista voimansiirtoa, jonka avulla voimaa siirretään vetävää pyörää pyörittävälle napamoottorille. Tällaisen ratkaisun ongelmana on kuitenkin se, että hydraulinen voimansiirto heikentää metsäkoneen käytettävyyttä vaikeissa maasto-olosuhteissa. Yksittäisen napamoottorin kautta voidaan välittää telalle vain rajallinen määrä vetovoimaa/tehoa, mikä rajoittaa metsäkoneen käyttöä verrattuna perinteiseen mekaaniseen voimansiirtoon. Yleisesti mekaanisella voimansiirrolla tarkoitetaan voimansiirtoa, joka koostuu esimerkiksi kuormatraktorin tapauksessa jakovaihteesta, nivelakseleista ja kuormatraktorin etu- ja takaosiin asennetuista akselistoista. Tällainen voimansiirto kykenee siirtämään merkittävästi suuremman osan kokonaisvetovoi-masta yhden akselin yhden pyörän tai pyöräparin kautta maahan etenkin, jos akselin tasauspyörästö on lukittavissa olevaa tyyppiä.

Telayksikössä käytettävä tela on edullisesti kumitela, joka mahdollistaa telamaton mukautumisen hyvin maaston mukaan pintapaineen pienentämiseksi. Telamatto voi olla tekniikan tasosta tunnetun kaltainen telamatto, jossa on kierron sisäpuolella hammastus vedon siirtämiseksi. Telamattoon voi kuulua teräksisiä vahvikkeita tai vastaavia, mutta telamaton runko on aina elastista materiaalia.

Vaihtoehtona kuvan 2 keinutelin korvaamiselle kuvien 3-5 mukaisella telayksiköllä on käyttää keinuteliä hyväksi telayksi-kön rakenteessa. Keinutelin runko voidaan valmistaa sellaiseksi, että se muodostaa telarungon, jonka alareunaan tukivälineet kiinnitetään. Vetopyörä voidaan kiinnittää suoraan olemassa olevan keinutelin kumipyörää varten tarkoitettuun napaan. Vetopyörä on edullisesti metallinen ja kaikki kumipyörät korvataan metallisilla pyörillä. Tällöin toiset voimansiirtovälineet voivat olla tekniikan tason mukaisessa keinutelissä käytetyt mekaaniset voimansiirtovälineet. Edullisesti voimansiirtovälineet on asennettu tekniikan tasosta poiketen vain yhdelle navalla, sillä telayksikkö voidaan toteuttaa yhden vetopyörän avulla. Vetopyörä voi olla telayksikön kulkusuunnassa ensimmäinen pyörä päin vastoin kuin kuvien 3-5 mukaisessa sovellusmuo-dossa. Keinutelin keinuntaa voidaan rajoittaa tunnetuin keinoin, kuten esimerkiksi erilaisten vasteiden tai liikkeenrajoittimien avulla tai vaimentaa hallitummin esimerkiksi hydraulisylinterin tai vastaavan järjestelmän avulla. Sylinteritoteutuksen avulla keinunta voidaan myös lukita haluttuun asentoon, joka voi olla tarpeen esimerkiksi ojaa ylitettäessä tai muussa vastaavassa tilanteessa.

Keksinnön mukainen metsäkone voi olla esimerkiksi metsätraktori, harvesteri tai muu vastaava työkonealusta, jota käytetään pienen pintapaineen vaativissa käyttökohteissa. Telayksikön kokoluokka voi vaihdella huomattavasti tarpeen mukaan yhdellä telayksikkö-parilla toimivan metsäkoneen neljän telapyörän telayksiköstä useamman telayksikköparin jopa kymmenellä telapyörällä varustettuun telayksikköön.

Claims (9)

1. Metsäkone, johon kuuluu runko (12), ainakin kaksi modulaarista telayksikköä (14) nivellettynä keinuvasti kukin rungon (12) yhdelle puolelle, moottori (17) ja ensimmäiset voimansiir-tovälineet (70) voiman siirtämiseksi moottorilta (17) kullekin telayksikölle (14), jossa metsäkoneessa (100) kuhunkin telayk-sikköön (14) kuuluu telarunko (16), vetoakseli (60) voiman välittämiseksi ensimmäisiltä voimansiirtovälineiltä (70), telamatto (18) sovitettuna kierrolle telarungon (16) ympärille, ainakin yksi vetopyörä (20) sanotun telamaton (18) pyörittämiseksi, ja tukivälineet (25) sovitettuna mukautumaan maaston pinnan muodon mukaan telayksikön (14) pintapaineen jakamiseksi tasaisesti, tunnettu siitä, että telayksikköön (14) kuuluu edelleen akseli (80) sanotun vetopyörän (20) nivelöimiseksi tela-runkoon (16) etäisyyden päähän vetoakselista (60), toiset voimansiirtovälineet (41) voiman välittämiseksi vetoakselilta (60) vetopyörälle (20), ja sanottu telayksikkö (14) on sovitettu nivellettävän runkoon (12) kuuluvaan keinulaakeriin, jonka keskiön läpi vetoakseli (60) tuodaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen metsäkone, tunnettu siitä, että sanotut tukivälineet (25) on joustavasti kiinnitetty sanotun telarungon (16) alapintaan.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen metsäkone, tunnettu siitä, että tukivälineisiin (25) kuuluu vähintään kaksi aputela-pyörää (22), joista ainakin osa on nivelletty telarunkoon (16) varren (26) välityksellä.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen metsäkone, tunnettu siitä, että tukivälineisiin (25) kuuluu ainakin yksi tasomainen tukielin.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen metsäkone, tunnettu siitä, että telayksikön (14) korkeus on 25 - 60 %, edullisesti 30 - 45 % telayksikön (14) pituudesta.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen metsäkone, tunnettu siitä, että sanottu vetopyörä (20) ja sanotut tukivälineet (25) on valmistettu metallista.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen metsäkone, tunnettu siitä, että sanotut toiset voimansiirtovälineet ovat mekaaniset.

8. Modulaarinen telayksikkö metsäkonetta varten, johon telayksikköön (14) kuuluu telarunko (16), vetoakseli (60) sovitettuna voiman vastaanottamiseksi metsäkoneesta (100), telamatto (18) sovitettuna kierrolle telarungon (16) ympärille, ainakin yksi vetopyörä (20) sanotun telamaton (18) pyörittämiseksi, tukivälineet (25) sovitettuna mukautumaan maaston pinnan muodon mukaan telayksikön (14) pintapaineen jakamiseksi tasaisesti, tunnettu siitä, että sanottuun telayksikköön (14) kuuluu edelleen akseli (80) sanotun vetopyörän (20) nivelöimiseksi tela-runkoon (16) etäisyyden päähän vetoakselista (60), toiset voimansiirtovälineet (41) voiman välittämiseksi vetoakselilta (60) vetopyörälle (20), ja telayksikkö (14) on sovitettu nivellettävän metsäkoneen runkoon (12) kuuluvaan keinulaakeriin, jonka keskiön läpi vetoakseli (60) tuodaan.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen telayksikkö, tunnettu siitä, että sanotut toiset voimansiirtovälineet (41) ovat mekaaniset. PATENTKRAV