Raija Kuoppamäki
TUKIN KU ORINT ATULOKS IIN VAIKUTTAVIEN TEKIJÖIDEN TUTKIMINEN ROOTTORI- JA KETJU- HARJAKUORINNASSA
Diplomityö, joka on jätetty opinnäytetyönä tarkastettavaksi diplomi- insinöörin tutkintoa varten Espoossa 21.9.1998
Prof. Tero Paajanen Työn valvoja
Työn ohjaaja DI Ismo Nousiainen
TEKNILLINEN KORKEAKOULU DIPLOMITYÖN TIIVISTELMÄ Tekijä, työn nimi
Raija Kuoppamäki
Tukin kuorintatuloksiin vaikuttavien tekijöiden tutkiminen roottori- ja ketjuharjakuo- rinnassa
Päivämäärä: 21.9.1998 Sivumäärä: 106
Osasto, professuuri
Puunjalostustekniikan osasto Puutekniikka, Puu-28
Työn valvoja Työn ohjaaja
Professori Tero Paajanen DI Ismo Nousiainen
Diplomityön tavoitteena oli tutkia kuorimistuloksiin vaikuttavia tekijöitä roottori- ja ketjuharjakuorinnassa sekä selvittää jälkimmäisen mahdollisuuksia tulevaisuuden kuorintamenetelmänä. Kuorintatulokset määräytyivät j äännöskuoripitoisuuden, puu- hävikin ja pintarikkoutumisen mukaan. Tutkimus perustui roottori- ja ketj uharj alait- teistoilla suoritettuihin kuorintakokeisiin.
Roottorikuorintakokeet suoritettiin Vapo Timber Hankasalmen sahalla. Kokeet teh
tiin sekä mänty- että kuusitukkipuulla useita eri teräpaineasetteita käyttäen. Kuorima- koneena toimi Valon Kone Oy:n kaksiroottorinen kuorimakone VK 820. Koekuorin- noissa selvitettiin jäännöskuoren määrä, puuhäviöt, puun rikkoutumisen vaikutus hakkeen palakokojakaumaan sekä teräpaineiden vaikutus kuorintatulokseen.
Ketjuharjakokeissa käytettiin VTT Energian täyden koon tutkimuslaiteympäristöä Jyväskylässä. Ketj uharj akokeita varten oli laitteistoon hankittu tukkien yksittäiskuo- rintaan soveltuva harjamoduli ns. hienokuorintaa varten. Esikuorinta suoritettiin tä
män modulin edessä olevilla ketjurummuilla. Kokeet suoritettiin sekä mänty- että kuusitukkipuulla ennalta valittujen koeajosuunnitelmien mukaisesti. Koeajosuunni- telmissa muunneltavina parametreinä toimivat laitteiston rumpujen pyörimisnopeu
det. Ketjuharjakokeissa selvitettiin jäännöskuoren määrä, puuhäviöt, rumpunopeuksi- en vaikutus kuorimistuloksiin ja laitteiston tekninen toiminta.
Roottorikuorintakokeissa puuhävikki vaihteli teräpaineista ja puulajista riippuen vä
lillä 0,8 % - 4,6 %. Pienempiä teräpaineita käyttämällä saavutettiin männyllä noin 2
%-yksikön puuhävikkisäästö suurempiin teräpaineisiin verrattuna. Kuusella vastaava luku oli 0,5 %-yksikköä. Märkähakkeen kuoripitoisuus kaikilla kokeilluilla teräpai- neilla jäi reilusti alle vaaditun 1 %:n rajan. Pintarikkoutumisella ja hakkeen pala- koolla ei kokeiden perusteella havaittu keskinäistä riippuvuutta. Tulokset osoittivat, että optimaalisilla teräpaineilla voitaisiin sahalla saavuttaa huomattavia säästöjä li
sääntyneen sahanhakkeen muodossa.
Suoritetut ketj uharj akokeet osoittivat, että laitteiston aikaansaama puuhävikki oli kohtuullisella tasolla vaihdellen välillä 0,1 - 1,9 % puulajista ja tukkityypistä riippu
en. Kuoripitoisuudet jäivät puolestaan hyvin korkeiksi ja ne vaihtelivat välillä 0 - 9,2
%. Etenkin männyn kaamaiset tyvitukit ja kuusitukit osoittautuivat erityisen vaikeiksi kuoria. Kokeissa esiintyi koelaitteistossa useita epäkohtia eikä ketjuharj aiaitteisto ai
nakaan tässä muodossaan sovellu järeiden tukkien yksittäiskuorintaan Sensijaan lait
teisto voisi soveltua tulevaisuudessa pikkutukkien kuorintaan.____________________
Raija Kuoppamäki
Research on the factors determining the debarking result in rotor- and chaindebarking
Department, Professorship
Faculty of Forest Products Technology Wood Technology, Puu-28___________
Supervisor Instructor
Professor Tero Paajanen________________________Ismo Nousiainen, M.Sc
The objective of this work is to examine the factors which determine the debarking results in rotor- and chaindebarking. In addition we evaluate the future prospects of the chain-brushdebarking. The debarking results were assessed from the the residual bark content, wood loss and surface damage. The study is based on the completed de
barking experiments using both debarking methods.
The rotor debarking experiments were carried out at Vapo Timber Sawmill in Hanka
salmi. The tests were performed on spruce and pine logs with different blade pressu
res. As a debarkig machine we used the two-rotor model VK 820 manufactured by Valon Kone Ltd. The primary objective was to determine the amout of the residual bark, the wood loss, and the surface damage after debarking. The effect of the blade pressure on the debarking was also estimated.
The chain debarking experiments were carried out using the recearch equipment at the VTT Energy in Jyväskyä. A new brush module was installed, to put the finishing touches on debarking. The predebarking was performed with a chain module placed in front of the finishing module. Tests were carried out with both spruce and pine logs. The variable parameter in the test plan was the drum speed. In the tests the pri
mary objective was to determine the amout of the remaining bark, the wood loss, and the effect drum speed has on the debarking results.
In rotor experiments the wood loss varied between 0,8 % and 4,6 % depending on the species of wood and the blade pressure. With lower blade pressure savings of apro- ximately 2 % was achieved in wood loss in the case of birch logs. With pine logs the equivalent value was 0,5 %. The remaining bark content in all tests was less than 1
%. No connection between the surface damage and the size of wood chips was no- tised. The results showed that with right blade pressures a sawmill is able to achieve considerable economical savings.
The chain debarking experiments showed that the wood loss was acceptable, variying between 0,1 % - 1,9 %, depending on the type of wood and log. The amout of remai
ning bark, on the other hand, was unacceptably high, varying betveen zero and 9,2 %.
Especially the pine logs with thick outer bark and the spruce logs were extremely dif
ficult to debark. Many faults in the equipment were identified during the experiments.
Our conclusion was that the equipment is not suitable for debarking massive logs, at least not in its current state. Possibly the machine could be upgraded for the debar- king of small-diameter logs. ______________________________
ALKUSANAT
Tämä diplomityö on tehty VTT Energian toimeksiannosta Jyväskylässä 1.2.1998- 21.9.1998 välisenä aikana. Työ kuuluu osana VTT: n PUULAATU- teknologiaohjelmaan. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää kuorintatuloksiin vai
kuttavia tekijöitä roottori- ja ketjuharjakuorinnassa sekä arvioida jälkimmäisen mahdollisuuksia tulevaisuuden kuorintamenetelmänä.
Haluan kiittää työn ohjaajaa Ismo Nousiaista ja työn valvojaa Tero Paajasta ar
vokkaista kommenteista ja kannustavasta suhtautumisesta työhön. Lisäksi haluan kiittää Vapo Timber Oy:n Hankasalmen Sahan henkilökuntaa, Valon Koneen Hokki Lindholmia ja VTT:n henkilökuntaa kuorintakokeiden suorittamisen on
nistumisesta. Erityisesti haluan kuitenkin kiittää työtä läheisesti ohjannutta Tapio Rantaa, joka kärsivällisesti jaksoi kommentoida ja analysoida työtä sen edistyessä.
Lopuksi haluaisin esittää kiitokseni poikaystävälleni Juha Rautiaiselle saamastani henkisestä tuesta ja kannustuksesta.
Jyväskylässä 21.9.1998
Raija Kuoppamäki
joka erottaa puussa olevan puuaineen ja kuoren toisis
taan
Epidermi Epidermillä eli päällysketolla tarkoitetaan puun rungos
sa uloimpana olevaa solukkoa
Kaarna Kaarna on syvään halkeillutta ulkokuorta
Kivisolu Kivisolut ovat paksuseinäisiä pyöreähköjä soluja, joita esiintyy eräillä mäntylajeilla
Korkkijälsi Korkkijälsi eli fellogeeni on puun cambiumissa syntynyt toinen jakautumiskykyinen vyöhyke
Niinikuitu Niinikuidut ovat puun sisäkuoren eläviä solukolta Nila Puun kuoren sisäkuorta kutsutaan toiselta nimeltään ni
laksi
Parentkyymisolukko Parentkyymisolukko koostuu puun kuoren epidermin alla olevista elävistä soluista
Peridermi Peridermillä tarkoitetaan puun ulkokuoren muodostavia solukolta
Primaarinen nila Primaarisella nilalla tarkoitetaan puun johtosolukkoon kuuluvaa primaarisolukkoa
Primaarisolukot Primaarisolukot ovat uusiin tehtäviin erikoistuneita uu
sia puun soluja, jotka ovat syntyneet rungon, oksien ja juurien kärjissä jakautumalla
Sisäkuori Sisäkuorella tarkoitetaan puun kuoren solukolta, jotka sijaitsevat cambiumin ja ulkokuoren välissä
Sklereidit Sklereidit ovat sisäkuoren eläviä solukolta
Tylppy solukko Tylppysolukolla eli korteksilla tarkoitetaan epidermin ja ja johtosolukon välissä olevaa primaarisolukkoa
Ulkokuori Ulkokuorella tarkoitetaan puun kuoren soluja, jotka si
jaitsevat viimeksi muodostuneen peridermin ulkopuo
lella
SISÄLLYSLUETTELO Nimiösivu
Tiivistelmä Alkulause Termiluettelo
1 JOHDANTO... 4
2 KIRJALLISUUSTARKASTELU...5
2.1 KUORI... 5
2.2 KUOREN ANATOMINEN RAKENNE... 7
2.2.1 Ulkokuoren synty ja rakenne...8
2.2.2 Sisäkuoren eli nilan rakenne...9
2.2.3 Jälsi...10
2.3 KUOREN TIHEYS...10
2.4 PUUN KUORINTA JA SIIHEN VAIKUTTAVAT TEKIJÄT... 12
2.4.1 Kuoren kiinnittyminen puuainekseen...12
2.4.2 Raaka-aineen ominaisuudet...13
2.5 KUORINTA SAHAUSPROSESSIN OSANA... 14
2.6 KUORINTAMENETELMÄT JA -LAITTEET... 14
2.6.1 Roottorikuorinta...75
2.6.2 Ketjukarsinta-kuorintä...79
2.6.3 Rumpukuorinta...21
2.6.4 Hydraulinen kuorinta... 22
2.6.5 Kutterikuorinta...23
2.6.6 Laikkakuorinta...23
2.7 KUORINTATULOKSEN ARVIOINTI JA MITTAUSMENETELMÄT...24
2.8 KUORINNALLE ASETETUT VAATIMUKSET JA TALOUDELLINEN MERKITYS... 25
2.9 KUORINNASTA AIHEUTUVAT KUSTANNUKSET...27
3 KUORINTAKOKEET... 27
3.1 ROOTTORIKUORINTAKOKEET HANKASALMELLA...27
3.1.1 Vapo Timber Oy:n Hankasalmen saha...28
3.1.2 Kuoripitoisuuden ja puuhävikin määrittäminen...29
3.1.3 Kokeiden suoritus...32
3.1.4 Tilastollisen merkitsevyyden testaus...36
3.2 KETJUHARJAKOKEET VTT:N KOELAITTEISTOLLA...37
3.2.1 Koelaitteiston kuvaus...37
3.2.2 Kokeiden suoritus...41
3.2.3 Unscrambler koesuunnitteluohjelma ketjuharjakokeissa...52
3.2.4 Monimuuttujakokeiden suoritus...56
3.2.5 Puuhävikin ja jäännöskuoren määrittäminen ketjuharjakokeissa...58
3.3 SUURNOPEUSKAMERA...59
4.1.1 Raaka-aine...61
4.1.2 Kenttäkokeet...63
4.1.3 Laboratoriomittaukset...68
4.2 KETJUHARJAKOKEET... 72
4.2.1 Raaka-aine...72
4.2.2 Puuhävikki, kuoripitoisuus ja pintarikkoutuminen...73
4.2.3. Rumpujen pyörimisnopeuden vaikutus kuorintatulokseen... 77
5 JOHTOPÄÄTÖKSET... 87
5.1 ROOTTORIKUORINTAKOKEET HANKASALMELLA...87
5.1.1 Tukkien alkuperäinen kuoripitoisuus ja kiekkomittausmenetelmä...87
5.1.2 Kenttämittausten ja laboratoriomittausten vertailu...88
5.1.3 Kuoripitoisuus, puuhävikki ja niiden välinen yhteys...89
5.1.4 Teräpaineiden vaikutus kuorintatulokseen...90
5.1.5 Palakokojakauma ja pintarikkoutuminen...92
5.2 KETJUHARJAKOKEET VTT:N KOELAITTEISTOLLA...92
5.2.1 Arvio mittausmenetelmän hyvyydestä ja tulosten luotettavuudesta... 92
5.2.2 Puuhävikki, pintarikkoutuminen ja kuoripitoisuus...94
5.2.3 Rumpunopeuksien vaikutus kuorintatuloksiin...95
5.2.4 Laitteiston toiminta ja mahdollisuudet...97
6 YHTEENVETO...100
6.1 TYÖN TAVOITE JA TOTEUTUS... 100
6.2 KUORINNAN TEORIA... 100
6.3 ROOTTORIKUORINTAKOKEET... 101
6.4 KETJUHARJAKOKEET... 103
7 LÄHDELUETTELO...105
LIITTEET (1-2)
4
1 JOHDANTO
Tukkien kuorinta tapahtuu Suomessa yksinomaan roottorikuorintaan perustuvilla ratkaisuilla. Tänä päivänä on roottorikuorinta kuorintamenetelmänä ylivoimainen eikä korvaavia ja taloudellisesti kannattavia ratkaisuja ole markkinoilla saatavilla.
Kesäaikana hyvä kuorintatulos on helposti saavutettavissa kuorintavastuksen ol
lessa alhaisimmillaan, mutta talviaikana joudutaan hyväksymään selvästi suurempi puuhävikki ja tukkien pinnan rikkoutuminen kuoripuhtausvaatimuksen saavutta
miseksi. Roottorikuorinnan aiheuttamat pintavauriot aiheutuvat syöttölaitteiston painaumista ja kuorintaterien spiraalimaisista jäljistä sekä tukkien päiden vauri
oista ja lohkeamisista. Pintavauriot vähentävät sahahakesaantoa puuhävikin li
sääntymisen ja mahdollisesti myös palakokojakauman heikentymisen myötä. Tu
kin päiden lohkeamiset puolestaan vähentävät sahatavaran saantoa lohkeilleiden tukkien osalta. Nykyisten kuorintalinjojen nopeusvaatimukset, jopa 100 m/min, tekevät kuorinnan hyvästä hallinnasta entistä haasteellisemman.
VTT Energiassa on tutkittu ketjukarsintakuorintaa ja kuorintatuloksen edelleenpa- rantamista harjaustekniikalla pieniläpimittaiselle kuitupuulle. Tutkimukset on tehty VTT Energian täyden mittakaavan koelaitteistolla, johon on investoitu kuo- rintamoduli yksittäisten tukkipuiden käsittelemiseksi ketju- ja harjatekniikalla.
Kuitupuun käsittelystä saadut kokemukset ovat olleet lupaavia kuoripitoisuuden ja puuhävikin optimoimiseksi. Samankaltaisen teknologian soveltaminen tukkipuun kuorintaan vaatii erilaisen laitteistoratkaisun tukkipuun korkeamman kuoripuh
tausvaatimuksen johdosta. Tukin vaipan tulee olla lähes kuoreton, jotta tukin pin
noista tehdyn hakkeen kuoripuhtausvaatimukset tulevat täytetyksi. Tutkittavassa ketjuharjamenetelmässä tukkeja käsitellään hienovaraisemmin kuin roottorikuo- rinnassa ja tämän uskotaan johtavan tukin vaipan vähäisempään rikkoontumiseen ja pienempiin puuhävikkeihin samalla kun kuoripuhtausvaatimukset täytetään.
Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia roottori- ja ketjuharjakuorinnassa ta
pahtuvaa kuoriutumista, puuhäviötä ja pintavaurioita sekä niihin vaikuttavia
tekijöitä. Lisäksi tavoitteena oli arvioida ketjuharjamenetelmän mahdollisuuksia tulevaisuuden kuorintamenetelmänä. Ketjuharjamenetelmän osalta pyrittiin myös ketjuharjalaitteiston toimivuutta kehittämään ja erilaisten kuorintamateriaalien soveltuvuutta laitteiston rumpuihin tutkimaan.
Työn kirjallisuusosassa on selostettu kuoren rakennetta, erilaisia kuorintamene- telmiä ja kuorintaan vaikuttavia tekijöitä. Työn kokeellisessa osassa on puolestaan selostettu tehtyjä kuorintakokeita, niistä saatuja tuloksia ja johtopäätöksiä. Työn kokeellinen osa perustui Hankasalmen Vapo Timber Oy:n sahalla suoritettuihin roottorikuorintakokeisiin ja VTT:n täyden mittakaavan ketjuharjakoelaitteistolla suoritettuihin ketj uharj akuorintakokeisiin Jyväskylässä.
2 KIRJALLISUUSTARKASTELU
2.1 KUORI
Kuorella tarkoitetaan puun rungon, oksien ja juurien ulointa kerrosta, jonka puun jälsi- eli lisäkasvusolukko erottaa puuaineksesta. Tässä työssä, kuten myös useim
pien määritelmien mukaan jälsikerrosta ei lueta kuoreen kuuluvaksi. Kemiallisesti tutkittaessa käsitellään kuorta useimmiten yhtenäisenä aineena, mutta todellisuu
dessa kuoren eri osat poikkeavat melkoisesti toisistaan. Kuoren rakennetta on ha
vainnollistettu kuvassa 1 esitetyn männyn rungon poikkileikkauksen avulla.
(Kärkkäinen 1985, Norin 1977)
6
POIKKILEIKKAUS PIHKATIE HYT
Kuva 1. Kaaviokuva männyn rungosta. Kaarna on ulkokuorta (Puunkäsittely 1989)
Kuori muodostaa puun kokonaispainosta varsin huomattavan osan, noin 10-15%.
Kuoren osuus puun ja kuoren yhteisestä tilavuudesta on suurimmillaan aivan pie
nimmissä puissa. Kuoren laatuun ja määrään vaikuttaa ensisijaisesti kasvuympä
ristö. Esimerkiksi tukeista voidaan todeta, että Etelä-Suomessa männyn kuoripro- sentti on suurempi (12,2) kuin kuusella (10,1). Pohjois-Suomessa tilanne on päin
vastoin kuoriprosentin ollessa männyllä keskimäärin 12,0 ja kuusella 13,2. Koi- vutukit sijoittuvat männyn ja kuusen väliin. Männyn ja kuusen kuoriprosentit maantieteellisen sijainnin mukaan on esitetty taulukossa 1. (Kärkkäinen 1985, Jalava 1952, Norin 1977)
Taulukko 1. Männyn ja kuusen kuoriprosentit eri alueilla (Heiskanen & Rikkonen 1976)____________
Etelä Suomi Pohjois Suomi
Mänty Kuusi Mänty Kuusi
Länsi-Suomi 13,1 10,8 11.9 14,1
Itä-Suomi 11,6 9A 12,0 12,3
Keskiarvo 12,2 10,1 12,0 13,2
Kotimaisilla puulajeilla ulkokuoren osuus on suurimmillaan puun tyvessä ja ale
nee latvaan päin. Männyllä varsinaisen kaarnaosan loppumisen jälkeen puun
latvaosassa sisäkuoren osuus koko kuoren määrästä pysyy likimain vakiona.
{Kärkkäinen 1985)
2.2 KUOREN ANATOMINEN RAKENNE
Kuoren solukot jaetaan kahteen ryhmään: sisäkuoreen eli nilaan ja ulkokuoreen.
Ulkokuori koostuu pääasiassa samankeskeisiä kerroksia muodostavasta korkkiso- lukosta. Tätä solukkoa kutsutaan myös peridermiksi. Ulkokuoreksi luetaan siis kaikki ne solukot, jotka sijaitsevat viimeksi muodostuneen peridermin ulkopuo
lella. Sisäkuorella tarkoitetaan puolestaan kaikkia niitä solukolta, jotka sijaitsevat jälsikerroksen ja viimeksi muodostuneen peridermin välissä. {Kärkkäinen 1985)
Puun primaarinen kasvu tapahtuu rungon, oksien ja juurien kärjessä olevien solu
jen jakautuessa. Syntyneet uudet solut erilaistuvat eri tehtäviin ja muodostavat puun ja kuoren primaarisolukot. Kuoren primaarisolukoita ovat uloimpana kuo
ressa oleva epidermi eli päällysketto, päällysketon ja johtosolukon välissä oleva tylppysolukko, korteksi, sekä johtosolukkoon kuuluva primaarinen nila.
{Kärkkäinen 1985 & Norin 1977 )
Primaarisen nilan ja primaarisen puun välissä on jakautumiskykyinen vyöhyke, jälsi, joka muodostaa puun ytimeen päin sekundaarista puuta ja ulospäin sekun
daarista nilaa. Jossakin vaiheessa syntyy toinen jakaantumiskykyinen solukko, korkkijälsi eli fellogeeni, joka saa alkunsa epidermin alla olevista elävistä pa- rentkyymisoluista. Tämän korkkijällen ulospäin muodostamat solukot toimivat rajana sisä- ja ulkokuoren välillä. Kuvassa 2 on esitetty kaaviokuva erään mänty- lajin ulkokuoren rakenteesta. {Kärkkäinen 1985)
8
Kuva 2. Kaaviokuva erään mäntylajin ulkokuoren rakenteesta. Numeroiden seli
tykset: 1 = alkuaan sisäkuoreen kuulunut ulkokuoren osa, 2 = Felleemi (korkkisolukko), 3 = f ello geeni (korkkijälsi), joka toimii rajana uiko- ja sisäkuoren välillä, 4 = fellodermi (korkkikuori), 5 = toinen kerros alkuaan sisäkuoreen kuu- lunutta osaa, E = korkkisolu. Nuoli osoittaa puun pintaan päin (Kärkkäinen 1985)
2.2.1 Ulkokuoren synty ja rakenne
Primaarisessa kuoressa syntyy korkkijälsi, joka monessa tapauksessa tuottaa pää
osan ulkokuoresta. Korkkijälsi tuottaa ulospäin korkkisolukkoa. Sen korkkisolut ovat ulospäin pienehköjä, hyvin ohutseinäisiä, vähän huokosia sisältäviä soluja, jotka sijaitsevat säteen suuntaisissa riveissä. Korkkisolut kuolevat nuorina ja täyt
tyvät ilmalla. Korkkisolukko tuottaa eräillä mäntylajeilla myös kivisoluja, jotka ovat paksuseinäisiä pyöreähköjä soluja. Korkkisolukko tuottaa jossain määrin myös korkkikuorta sisälle päin. (Kärkkäinen 1985)
Useilla puulajeilla voidaan erottaa korkkisolukossa selviä kerroksia, jotka likiman vastaavat vuosilustoja. Esimerkiksi koivulla kasvun periodisuus näkyy tuohiker- roksen muodostumisena. {Kärkkäinen 1985)
Monilla puulajeilla korkkijälsen toiminta loppuu aika ajoin ja uusi korkkijälsi syntyy lähinnä korkkikuoren soluista. Uusi korkkijälsi voi syntyä myös syvem
mällä kuoressa nilan tylppysolukoissa. Peridermit ovat yleensä aina yhteydessä
aiemmin syntyneisiin peridermeihin muodostaen epäsäännöllisen monikerroksisen vaippasysteemin. Kun kaikki korkkikerroksen ulkopuolelle jäävät solukot kuole
vat jouduttuaan eristykseen puun johtosolukosta, ne eivät voi laajentua puun pak- suuskasvun mukaan. Näin syntyy syvään halkeillutta ulkokuorta, kaarnaa, jonka halkeilutapa riippuu kuoren solukkojen anatomisesta rakenteesta. Puulajeittain kaarnan ulkonäkö vaihtelee siinä määrin, että sitä voidaan käyttää hyväksi puiden tunnistamisessa. (Kärkkäinen 1985)
Ulkokuoren tehtävänä on suojata alla olevia solukolta mekaaniselta vahingoittu
miselta, kuivumiselta ja lämpötilan vaihteluilta. (Norin 1977)
2.2.2 Sisäkuoren eli nilan rakenne
Sisäkuori sisältää kaikki kuoren elävät solukot ja se muodostuu siiviläsolukosta, tylppysolukosta, niinikuiduista ja sklereideistä. Solukon seassa on tylppysoluja riveinä tai nauhamaisina muodostumina sekä pysty- että vaakasuunnassa. Vaaka
suunnassa olevat tylppysolut, eli nilasäteet muodostavat välittömän jatkon puun ydinsäteille. (Norin 1977)
Suurin osa sisäkuoresta on niinikuituja ja kivisoluja eli sklereidejä, jotka toimivat kuoren tukisolukkona. Niinikuidut ovat usein järjestäytyneet säännöllisiksi tan
gentin suuntaisiksi riveiksi. Sisäkuoren kasvu on erilaista kasvukauden eri aikoi
na, minkä vuoksi syntyy puun vuosirenkaiden kaltaisia kerroksia. Kivisolut muo
dostuvat tylppysolujen solunseinien paksuuntuessa ja puutuessa. (Norin 1977)
Sisäkuoren tehtävänä on veden ja siinä olevien ravinteiden kuljettaminen sekä varastosäiliönä toimiminen. Siiviläsolukko toimii nesteiden ja ravinteiden tär
keimpänä kulkutienä. (Norin 1977)
10
2.2.3 Jälsi
Jälsi eli kambium erottaa puun kuoren ja puuaineksen toisistaan. Jällen tehtävänä on tuottaa eri tehtäviin erikoistuneita soluja. Jälsi on funktionaalisesti yksisoluinen kerros. Tällä tarkoitetaan sitä, että puun paksuuskasvu tapahtuu ainoastaan yhdes
sä solukerroksessa. Eräiden muiden määritelmien mukaan (Kärkkäinen 1985) jälsi on jakautuva solu, jolloin sen paksuus voi olla talvella 2-4 solukerrosta ja kesällä jopa 40 solukerrosta. On ilmeistä, että kussakin säteen suuntaisessa solurivissä on yksi ainoa solu, josta muut ovat syntyneet. Tämän vuoksi on selkeämpää pitää kambiumia yksisoluisena kerroksena ja määritellä jälsivyöhyke kerrokseksi, jossa voi olla lukuisia jakautuvia soluja jällen lisäksi.{Kärkkäinen 1985)
Jällen solut ovat erilaisia riippuen siitä muodostavatko ne ydinsäteitä vai muita solukkoja. Kummatkin jällessä toimivat solutyypit muodostavat puun tai nilan emosoluja. Emosolut ovat jakautumiskykyisiä jälsivyöhykkeessä.(Kå>Å:Å:å'mezt 1985)
Jällessä syntyy emosoluja sekä puun, että nilan puolelle. Soluja syntyy huomatta
vasti enemmän puun puolelle kuin nilan puolelle. Näin ollen puuosa laajenee no
peammin kuin kuoriosa. (Kärkkäinen 1985)
2.3 KUOREN TIHEYS
Vanhemmassa metsätieteessä puun tiheys on ilmoitettu useimmiten kuivatiheyte- nä, missä puun massa ja tilavuus mitataan absoluuttisen kuivana. Nykyään ylei
sempää on ilmoittaa puun tiheys kuiva-tuoretiheytenä. Kuiva-tuoretiheys on las
kennallinen tiheys, missä tiheyden määrittäminen tapahtuu mittaamalla puun mas
sa absoluuttisen kuivana ja tilavuus puunsyiden kyllästymispistettä korkeammassa kosteudessa. Usein kuiva-tuoretiheyttä nimitetään lyhyesti tiheydeksi. Kuivatiheys ja kuiva-tuoretiheys lasketaan kaavojen 1 ja 2 avulla. (Kärkkäinen 1985)
missä m0 on puun massa absoluuttisen kuivana V0 on tilavuus absoluuttisen kuivana
Vo.g on tilavuus puunsyiden kyllästymispistettä korkeammassa kosteudessa
Kuoren kuivatuoretiheys on yleensä havupuilla alhaisempi kuin vastaava puuai
neen tiheys. Eräillä puulajeilla eri kuorilajit poikkeavat myös tiheydeltään. Esi
merkiksi kuusella halkeillut, vanhojen runkojen tyviosassa tavattava kuori, jota voidaan nimetä kaarnaksi on selvästi tiheämpää kuin tavanomainen kuori. Kuusen tavallisen kuoren kuiva-tuoretiheys sahatukilla on noin 365 kg/m3 ja kaarnakuo- rella 409 kg/m3. Kotimaisella männyllä puolestaan kaarnainen ja tavallinen kuori eivät eroa tiheydeltään, vaan yhteisenä kuiva-tuoretiheytenä voidaan sahatukeilla pitää 305 kg/m3. Sahatukkien kuoren ja ainespuun kuivatuoretiheydet on esitetty taulukossa 2. (Kärkkäinen 1985)
Taulukko.2 Sahatukkien kuivatuore-tiheydet (Kärkkäinen 1985)
Puulaji Kuiva-tuoretiheys
kg/m3
Mänty, tavallinen kuori 300
Mänty, kaarna 310
Kuusi, tavallinen kuori 365
Kuusi, kaarna 410
Mänty, runkopuu * 410
Kuusi, runkopuu * 371
* Mäntyjä kuusirunkojen puuaineen tiheys Etelä-Suomessa, tiheys mitattu rinnankorkeudelta, tukin läpimitta 201 - 250 mm
12
2.4 PUUN KUORINTA JA SIIHEN VAIKUTTAVAT TEKIJÄT
Tukkien kuorinnassa pyritään poistamaan kuori- ja nilakerros vahingoittamatta itse puun pintaa. Kuorinnan tarkoituksena on lähinnä mahdollistaa sivutuotteena syntyvän hakkeen toimittaminen kuorivapaana massateollisuudelle. Selluhakkeen kuoripitoisuuden on yleensä oltava alle 1%. Mekaaniselle massalle vastaava luku on yleensä 0,5 %. Sulan puun aikana tähän tavoitteeseen päästään suhteellisen helposti, mutta talvella voi jäätyneen puun kuorinta tuottaa vaikeuksia. (Ranta 1997)
Sahatukeista saatavan hakkeen määrä on alle kolmasosa tukin tilavuudesta. Saha- hakkeeseen verrattuna kuoren määrä on siten kolme kertaa niin suuri kuin jos sa
ma puu haketettaisiin kokonaan. Tämä tarkoittaa sitä, että sahatukkien kuorintaan on kiinnitettävä erityistä huomiota. Jotta kuorinnassa päästään parhaaseen mah
dolliseen tulokseen, on kuorintaan vaikuttavien tekijöiden tunteminen tärkeää.
Kuorinnan tulokseen vaikuttavat pääasiassa kuoren kiinnittyminen puuainekseen sekä raaka-aineen, eli tukin, ominaisuudet. Tämän lisäksi on kuorintatulos riippu
vainen kuorinnalle asetetuista laatu- ja puhtaustavoitteista. (.Hatton 1987, Aho 1997)
2.4.1 Kuoren kiinnittyminen puuainekseen.
Kuoren kiinnittyminen puuainekseen on riippuvainen puun ja kuoren välisestä sidoslujuudesta eli kuorintavastuksesta. Suurimmat sidoslujuuteen vaikuttavat tekijät ovat säätila, puulaji ja puun kosteus.(Berlyn 1995)
Heikoimmillaan kasvavan puun ja kuoren välinen sidos on keväällä ja alkukesällä, jolloin jälsikerros on aktiivinen ja tuottaa uusia soluja. Lujimmillaan sidos on syk
syllä ja talvella, jolloin puu on lepotilassa. Talvella puun ja kuoren välinen lujuus on noin kaksi tai jopa kolme kertaa suurempi kuin kasvukauden aikana. Myös
lämpötilan aleneminen lisää sidoslujuutta ja jäätyneessä puussa kuori on erittäin tiukasti kiinni. (Ranta 1997, Berlyn 1995)
Kosteus vaikuttaa puun ja kuoren sidoslujuuteen siten, että mitä kosteampia ovat puun kuori ja pintapuu sitä heikompi on niiden välinen sidoslujuus. Puun kuivu
misella ja varastointiolosuhteilla on todettu olevan selvä vaikutus kuorintatulok- seen. Nylinderin tutkimuksen mukaan (1995) ensimmäisten kuuden viikon varas- tointijakson aikana ei sidoslujuus merkittävästi muutu, mutta tämän jälkeen si
doslujuus nousee merkittävästi. Kuusella sidoslujuus on mäntyä suurempi. Vaikka kirjallisuudessa (Kärkkäinen 1985) on esitetty, että sekä männyllä että kuusella pintapuun ja kuoren kosteus nousee selvästi tyvestä latvaan päin, ei Nylinderin tutkimuksessa havaittu merkittävää eroa sidoslujuudessa saman rungon tyvi- ja latvatukin välillä. Myöskään järeydellä ei havaittu olevan vaikutusta sidoslujuu- teen. (Kärkkäinen 1985, Berlyn 1995)
2.4.2 Raaka-aineen ominaisuudet
Eri puulajien kuoret ovat rakenteeltaan ja ominaisuuksiltaan hyvin erilaisia. Ha
vupuut on yleisesti helpompia kuoria kuin lehtipuut. Myös kotimaisten puulajien kuoret poikkeavat kuorintaominaisuuksiltaan hyvinkin paljon. Männyn kuori irto
aa helposti ja se murskautuu kuorinnan yhteydessä. Kuusen kuori irtoaa suurina kappaleina ja on vaarana, että se tukkii kuorimakoneen. Tätä varten rootorikuo- rintaan on kehitetty kuuselle omat teräpalat, jotka leikkaavat kuoren ennen irro
tusta. Koivu on vaikein kuorittava. Sen kuori on muodostunut kerroksista, jotka muistuttavat vuosilustoja. Koivun kuori on kovaa ja se on lujasti kiinni puuainek
sessa. (Hatton 1987)
Kuorintatuloksen kannalta on merkittävää myös raaka-aineen vikaisuudesta johtu
va heikompi kuorintatulos ja puuhukka. Puun kaatoja korjuuvauriot voivat aiheut
taa sekä puun sisäistä että pinnan rikkoontumista ja kuoriutumista. Tämä lisää puun kuivumista ja kun kuori ei ole yhtenäinen puun pinnalla, ovat paljaat kohdat alttiita puun pinnan rikkoontumiselle. Kuorintatulokseen vaikuttavat myös useat
14
muut raaka-aineen ominaisuudet kuten tukin lenkous, soikeus, lahous, oksaisuus, tyvilaajentumat ja järeys sekä kasvupaikka. (Berlyn 1995)
2.5 KUORINTA SAHAUSPROSESSIN OSANA
Tukkien kuorinta on vuosikymmenien saatossa siirtynyt käsinkuorinnasta koneel
liseen ja metsästä sahalle. Vasta toisen maailmansodan jälkeen alettiin kuorinnan koneistamiseen kiinnittää suurempaa huomiota. Tähän vaikuttivat erityisesti kuo
rinnan osuus puutavaran hankintakustannuksista, joka oli puutavarasta riippuen 40-50 %.
1960-luvulla tukkien kuorinta siirtyi lopullisesti tehtaille ja kuorintaurakointi lo
petettiin. Tukkien kuorinnasta vastasivat erilliset kuorintalaitokset, joissa kuorinta suoritettiin sahauksesta erillisenä prosessina. Kuorintalaitoksille oli ominaista, että ne toimivat samalla myös lajittelulaitoksina ja tukkien mittaus suoritettiin kuorin
nan yhteydessä.
Tänä päivänä kuorimakoneet sijoitetaan pääasiassa juuri ennen sahauslinjaa, mikä helpottaa puunkäsittelyä ja puut saadaan puhtaina sahaan. Tehokkaat kuorimako
neet ovat mahdollistaneet kuorimakoneen liittämisen suoraan yhteyteen sahaus- linjan kanssa. Toisin sanoen tukit syötetään kuorimakoneelta sahaan jatkuvana virtana sahalinjan vaatimalla nopeudella ilman välivarastointia. Tukkien mittaus ja lajittelu tapahtuu nykyään sitävastoin kuorinnasta erillisenä prosessina ennen kuo
rintaa. Tukkien mittauksen ja lajittelun siirtämiseen ennen kuorintaa ovat vaikut
taneet lähinnä tukkien muuttuneet maksuperusteet eräkohtaisen laadun mukaan.
(Ranta 1997, Vainikainen, 1995)
2.6 KUORINTAMENETELMÄT JA -LAITTEET
Puun kuorintaan on kehitetty monenlaisia laitteita ja menetelmiä. Kuorinta voi
daan suorittaa mekaanisesti kaapimalla, leikkaamalla tai hiertämällä. Yleisimpiä kuorintamenetelmiä ovat seuraavat:
• Reikäroottorikuorinta
• Ketjukarsinta-kuorinta
• Rumpukuorinta
• Hydraulinen kuorinta
• Kutterikuorinta
• Laikkakuorinta
Tänä päivänä tukit kuoritaan Suomessa sekä vaneri- että sahateollisuudessa yksin
omaan roottorikuorimakoneilla. Suomessa käytössä on kahden valmistajan rootto- rikuorimakoneita, Valon Koneen VK-sarja ja Södershamns Verkstäder Ab:n Cambio sarja. (Ranta 1997)
Kiinnostus tukkien vaihtoehtoisen kuorintatekniikan kehittämiseen on Suomessa kuitenkin herännyt. Muutama vuosi sitten aloitettiin VTT Energiassa Jyväskylässä tutkimukset USA:ssa kehitetyn ketjukarsija-kuorintamenetelmän ja siihen liitettä
vän harjaustekniikan soveltamisesta tukin kuorintaan. Ketjukarsinta- kuorintamenetelmää on käytetty aikaisemmin lähinnä kuitupuun kuorinnassa.
{Ranta 1997)
Seuraavissa kappaleissa on tarkemmin selostettu eri kuorintamenetelmiä ja lait
teita. Selvityksen pääpaino on roottorikuorinnassa ja ketjukarsinta-kuorinnassa.
2.6.1 Roottorikuorinta
Roottorikuorinnan periaatteena on syöttää puut peräkkäin pyörivän roottorin läpi.
Tukki syötetään kuljettamalla se kuorimakoneen läpi mekaanisesti tai hydrauli-
16
sesti toimivalla syöttölaitteistolla. Syöttölaitteistossa käytetään piikki- tai urarullia, jotka keskittävät puun kiertorenkaaseen ja estävät sen pyörinnän kuorinnan aikana.
Cambio koneissa syöttökoneistoon kuuluu molemmin puolin kolme, toisiinsa nähden 120°:een kulmassa olevaa piikeillä varustettua syöttötelaa. Cambion syöt
tölaite on esitetty kuvassa 3. Kaksoiskartiovalssista puolestaan käytetään yleisesti nimitystä VK-tyyppinen valssi. Kuvassa 4 on esitetty Valon Koneen kuorimakone, josta käy ilmi VK- tyyppisen valssin rakenne. (Ranta 1997)
Kuva 3. Cambio 71-75 AA kuorimakone. Syöttönopeus 71 m/min, Puun halkaisija 10-75 cm. (Tiedot Cambion tuote-esitteestä)
Puiden syöttönopeus riippuu koneen koosta, kuorittavan puun laadusta ja kuorin- taoloista. Tavallisesti syöttönopeus on 0,25-1,5 m/s ja pyörivän osan, ns. rengas- roottorin kierrosluku on 50-350 k/min. Roottori on varustettu 3-12 jousi- paineil
ma- tai hydraulikuormittaisella kuorintaterällä, joiden painetta puuta vastaan voi
daan säätää. Kuorintaterien kaapiva kärkisivu on sileästi pyöristetty, jolloin kuo
rinta tapahtuu puhtaasti hankaamalla pienin puuhäviöin. (Puunkäsittely 1989) Tukin tullessa roottoriin, avautuvat terät, joiden etureuna on niin muotoiltu, että ne nousevat itsestään pyörivään terärenkaaseen puun kehälle. Terässä oleva leik- kuureuna katkaisee kuoren ja terän kaapiva kärkiosa puristuu kuorta vasten. Tukin liikkuessa eteenpäin terät työstävät spiraalin muotoisia ratoja pitkin ja kuori puto
aa koneen alla olevalle kuljettimelle. Periaatekuva roottorin toiminnasta ja ulko
näöstä on esitetty kuvassa 5.(Tukkien käsittely sahalla 1983)
Kuva 5. Roottorikuorimakoneen toimintaperiaate (vasemman puoleinen kuva) ja roottorin rakenne (oikean puoleinen kuva).
Nykyisin varsin yleistä on valmistaa roottorikuorimakoneet kaksiroottorisina.
Tällöin ensimmäisen roottorin tehtävänä on suorittaa ns. karkea kuorinta ja poistaa suurin osa kuoresta. Toisen roottorin tarkoituksena on puolestaan suorittaa ns.
hienokuorinta ja poistaa jäljelle jäänyt kuori. Tyvilaajentumien poistamiseen käy
tetään sievistäjäroottoreita. Tyvilaajentumat voidaan poistaa joko ennen kuorintaa, tai kuorinnan jälkeen.
18
Kuorintatulokseen vaikuttavat pääasiassa tukin roottorien lukumäärä, syöttönope- us, roottorin kierrosnopeus, terien lukumäärä, -muoto ja -materiaali, teräpaine, syöttölaite sekä koko laitteiston fyysinen kunto. Kuorintatapahtuman säätömah- dollisuudet liittyvät lähinnä teräpaineisiin, erilaisiin teräpaloihin ja puiden syöttö- nopeuteen. Roottorikuorinnassa päästään alle teollisuudessa vaaditun hakkeen
l%:n kuoripitoisuusrajan lähes kaikissa olosuhteissa. (Berlyn 1995)
Roottorikuorinnassa puuhukkaa aiheutuu puun törmätessä ja aukaistaessa kuorin- taterästön. Pahimmassa tapauksessa tässä syntyy ns. losoja eli puun päästä lohjen
neita kappaleita. Tämä voi vähentää sahatavaran saantoa pintalautojen osalta. Lo
soja voi syntyä myös tukin jättöpäässä terien paineen vaikutuksesta tukin pintaan erityisesti jäätyneellä puulla ja suurilla teräpaineilla. Jättöpään ongelmaa on pyritty vähentämään kehittämällä talvikuorintaan varten oma kuorintapalaratkai- su .(Berlyn 1995)
Vaikeammissa kuorintaolosuhteissa repivät roottorin kuorintaterät puuta ja aiheut
tavat tikkuuntumista. Tikkuuntumista esiintyy enemmän kaksiroottorikoneilla, koska jälkimmäinen roottori kaapii välillä lähes puhdasta puuta. Tikkuuntumista aiheuttavat myös roottorikuorijan tuki-, syöttö- ja keskityslaitteet jättäen jälkiä puun pintaan. Cambio kuorimakoneissa piikkirullat jättävät puun pintaan reikiä ja VK-koneissa valssit V-muotoisen jäljen. Tikkuuntumisella on vaikutusta sahata
varan saantoon ja sen kuituominaisuuksiin. (Berlyn 1995)
Yleinen arviointi puuhukalle roottorikuorinnassa on 1-5 %, mikä riippuu puula
jista, koosta, kuorintaolosuhteista, varastointitavoista, puun vikaisuudesta ennen kuorintaa sekä kuorintakoneen asetuksista ja kuorinnan puhtaustavoitteista. Puu- häviöstä ei yleensä ole saatavilla luotettavia tarkkoja arvoja. (Virkola 1983)
2.6.2 Ketjukarsinta-kuorinta
Ketjukarsinta-kuorintamenetelmä perustuu karsittuna tai kärsimättömänä korjatun puutavaran joukkokäsittelyyn pyörivien piiskaavien teräketjujen avulla. Suomessa on nykyisin käytössä 4 kuitupuun ketjukarsinta-kuorintaan tarkoitettua kuorin- tayksikköä. (Aho 1997, Nousiainen 1995)
Menetelmässä karsittuna tai kärsimättömänä korjatut puut siirretään kuormaimella syöttöpöydälle, josta puut kulkeutuvat syöttöaukon kautta kahden tai useamman vaakasuuntaisen karsinta-kuorimarummun väliin piiskattaviksi. Rumpuihin on kiinnitetty säteittäisesti useita vierekkäin olevia lenkkiketjuja kuvassa 6 esitetyn toimintaperiaatteen mukaisesti. Rumpujen pyörimisliikkeen keskipakovoiman vaikutuksesta ketjut oikenevat suoriksi, jolloin ne yksinkertaisesti hakkaavat oksat ja kuoren pois. Esimerkit rumpujen todellisesta ulkonäöstä ja laitteistosta on esi
tetty työn myöhemmässä vaiheessa ketjuharjakokeiden yhteydessä kappaleessa 3.2. (Nousiainen 1995)
Ketjujen sijainti rummuissa sekä rumpujen sijainti toisiinsa nähden voi vaihdella laitteesta riippuen. Mikäli rumpupareja on kaksi, toimii ensimmäinen rumpupari karsijana ja toinen rumpupari varsinaisena kuorintayksikkönä. (Aho 1997)
20
Ketjukarsinta-kuorinnan kuorintatulokseen vaikuttaa pääasiassa puun syöttönope- us, rumpujen kierrosnopeus, ketjujen ja rumpujen asemat sekä rumpujen ketju- materiaali ja materiaalin vahvuus. Tarkkaa tietoa yksittäisten parametrien vaiku
tuksesta ja suuruudesta kuorintatulokseen ei ole. (Ranta 1997)
Eräiden amerikkalaistutkimusten mukaan syöttönopeudella ja ketjujen nopeudella on suora vaikutus kuorintatulokseen. Mikäli nämä kaksi tekijää pidetään kuorin
nan aikana vakioina on käytännön kuorinnassa kuoripitoisuuden havaittu olevan eniten riippuvainen käytettyjen ketjujen kunnosta. (Watson 1989)
Hyvissä olosuhteissa päästään yksiköllä alle teollisuudessa vaaditun hakkeen l%:n kuoripitoisuusrajan. Raja kuitenkin ylittyy, jos puut ovat hyvin pieniä, ne ovat päässeet kuivahtamaan tai jos ne ovat jäässä. Mäntyhakkeen kuoripitoisuus on ollut yleensä tasolla 1-2 %. Kuitenkin 10-30 °C:een pakkasessa tuotetun hakkeen kuoripitoisuus nousee 3%:n tasolle. Kuorintatuloksen kannalta ehkä kaikkein vai
kein puuraaka-aineista on jäätynyt kärsimätön kuusi. Tutkimusten mukaan 13-20
°C:een pakkasessa kuorta jäi peräti 6,9 % hakkeen kuivamassasta. Näin ollen me
netelmä ei ainakaan sellaisenaan sovellu kuusipuulle talvella.(A/zo 1994)
Kuorintatuloksen saamiseksi hyväksyttävälle tasolle on ketjukarsinta- kuorintamenetelmää pyritty VTT Energiassa kehittämään siihen liitettävän harjaustekniikan avulla. Harjaus- eli priimausyksikön tarkoituksena on irrottaa ketjujen jäljiltä jäänyt jäännöskuori rungosta puuta mahdollisimman vähän vahin
goittaen. {Aho 1997)
Harjausyksikkö koostuu pyörivistä rummuista, joihin ketjujen sijaan on kiinnitetty puuta vähemmän kuluttavia harjaksia. Toimintaperiaate harjarummuissa on sama kuin ketjurummuissa. Käytännössä harjausyksikköä ei ole vielä testattu. {Aho 1997)
2.6.3 Rumpukuorinta
Rumpukuorinta tapahtuu suuressa pyörivässä rummussa, jossa puut kuoriutuvat keskinäisen hankaamisen ja kolhimisen vaikutuksesta. Puiden liikettä tehostetaan rummun sisäpinnalle kiinnitetyillä ulokkeilla, jotka nostavat pölkkyjä rummun pohjalta mukaansa. Jatkuvasyöttöisessä rummussa pölkkysuma kulkeutuu eteen
päin rummun loivan kaltevuuden vaikutuksesta. Irronnut kuori poistuu rummun kuoriaukoista. (Kocurec 1983)
Kuorintarummut luokitellaan ristikkäis- ja yhdensuuntaisrumpuihin. Ristikkäis- rummussa rummun halkaisija on suurempi kuin kuorittavan pölkyn pituus, jolloin pölkyt voivat käärityillä minkä suuntaisesti tahansa rummun pyöriessä. Yhden- suuntaisrummuissa pölkyn pituus on suurempi tai yhtäsuuri kuin rummun halkai
sija eikä puut pääse rummussa poikittain. Ristikkäisrumpujen etuna on korkeampi kapasiteetti, tehokkaampi kuoriutuminen ja parempi soveltuvuus mutkaisille pöl
kyille. Yhdensuuntaisrummuissa taas puuhävikki jää pienemmäksi (Kocurec 1983). Esimerkki yhdensuuntaisrummusta on esitetty kuvassa 7.
Kuva 7. Rumpukuo rinnassa käytetty yhdensuuntaisrumpu. (Kone Wood tuote-esite 1996)
Kuitupuun kuorinnassa menetelmä on ylivoimainen ja Pohjoismaissa kuitupuu kuoritaan lähes yksinomaan rumpukuorintana. Yksittäisien tukkien kuorintaan menetelmä ei sovellu.
22
2.6.4 Hydraulinen kuorinta
Hydraulinen kuorinta perustuu kuoren irrottamiseen korkeapaineisten vesisuihku
jen avulla ja se suoritetaan yhdelle puulle kerrallaan. Kuorimakoneita on kahta perustyyppiä; pyyhkäisevä ja rengasmallinen. Pyyhkäisevässä mallissa on tyypilli
sesti yhdestä kahteen liikkuvaa suutinta, joista korkeapaineinen vesi ruiskutetaan puun pintaan. Rengasmallisessa kuorimakoneessa on pyörivä roottori, joka keski
tetään vedenpaineen avulla avulla puun ympäri. Kuorinta tapahtuu puun edetessä ja pyöriessä (pyöriminen vain pyyhkäisevässä mallissa) kuorimalaitteen kuljetti- mella. Esimerkki pyyhkäisevästä hydraulikuorimakoneesta on esitetty kuvassa 8 .(Williston 1988)
Kuva 8. Bellingham tyyppinen hydraulikuorimakone.
Hydraulista kuorintaa käytetään pääasiassa Pohjois-Amerikassa suurien puiden kuorintaan. Menetelmän etuja ovat hyvä kuorintajälki, puhtaat kuorettomat tukit ja laitteessa on vähän mekaanisia kuluvia osia. Huonoja puolia ovat laitteen kalleus, suuri veden ja energian tarve sekä alhainen kuorintakapasiteetti. Pohjoismaissa menetelmää ei ole käytetty. (Williston 1988)
2.6.5 Kutterikuorinta
Kutterikuorimakoneella kuorinta suoritetaan puu kerrallaan kääntyvän varren pää
hän sijoitetulla pyörivällä jyrsinteräpäällä. Puu etenee laitteessa hitaasti pyörien eteenpäin ja suurilla kierrosnopeudella pyörivä teräpää seuraa puun pintaa kuorien sen. Kutterikuorimakoneen toimintaperiaatetta on havainnollistettu kuvassa 9.
Kutterikuorimakone on tarkoitettu halkaisijaltaan suurille ja tehoa vaativille vai
keasti kuorittaville puulajeille, minkä vuoksi sitä käytetään hyvin vähän verrattuna esim reikäroottorikoneisiin. Kuorintajälki on erinomainen, eikä puussa olevat vi- kaisuudet kuten käyryys, epäpyöreys, kolot ym. vaikuta kuorintatulokseen. Lait
teen ehdoton haittapuoli on hidas syöttönopeus. (Williston 1988)
2.6.6 Laikkakuorinta
Laikkakuorinnan kuorintaperiaate on samankaltainen kuin kutterikuorinnassa.
Tässä kuorinnan suorittaa esim. kolmiteräinen pyörivä laikka, jota vasten pyörivä puu työnnetään. Yleensä traktorikäyttöinen laikkakuorintalaite on tarkoitettu pienten puiden täysin puhtaaseen kuorintaan. Kuorintajälki on tasainen, lähes sor
vatun kaltainen. Laitetta käytetäänkin esim. pylväiden ja paalujen valmistukseen (Williston 1988)
2.7 KUORINTATULOKSEN ARVIOINTI JA MITTAUSME
NETELMÄT
Kuorintatulosta arvioidaan yleensä kuoripitoisuuden ja puuhävikin eli puuhukan avulla. Kumpikin tekijä pitää ottaa huomioon samanaikaisesti, jotta saadaan paras mahdollinen kuorintatulos kahden ääriarvon välillä. Jos halutaan täysin puhdasta puuta, lisääntyy puuhukka huomattavasti. Tämä johtuu siitä, että viimeiset kuo- renpalat ovat vaikeimmin poistettavissa. Toisaalta, jos halutaan vähäinen puuhuk
ka, niin kuoripitoisuus lisääntyy.
Tämän lisäksi on kirjallisuudessa esitetty arvioita, että kuorinnasta aiheutuvalla tukin pintarikkoutumisella olisi vaikutusta haketuksessa syntyvään palakokoja- kaumaan. Arvioiden mukaan pintarikkoutuminen heikentää syntyvää palakokoja- kaumaa kasvattamalla hylätyn jakeen osuutta. Mikäli kirjallisuudessa esitetyt ar
viot pintarikkoutumisen ja palakoon välisestä vuorovaikutuksesta ovat paikkaansa pitäviä, tulisi kuorintatulosta arvioidessa kiinnittää huomiota myös pintarikkou- tumiseen. (Ranta 1997)
Kuoriprosentin ja puuhukan mittaaminen voi tapahtua joko suoraan pyöreästä puusta tai hakevirrasta ns. on-line-mittauksena tai jälkitarkastuksen yhteydessä esimerkiksi hake- ja kuorinäytteitä analysoimalla. Pintarikkoutumisen mittaami
nen suoritetaan pääasiassa tukin pinnalta. Standardisoitua menetelmää kyseisten suureiden mittaamiseksi ei ole. VTT Energiassa on käytössä pyöreän puun mitta
usmenetelmä joka perustuu kuoren tai rikkoutuneen puun pinta-alan määrittämi
seen sekä hakenäytteiden analysointimenetelmä. Menetelmiä on selostettu tar
kemmin koejärjestelyjen yhteydessä. {Ranta 1997)
Kuorintatulosta voidaan tarkastella myös silmämääräisesti erimerkiksi arvioimalla puussa olevaa jäännöskuoren määrääjä puun pinnan rikkoutumista.(AZzo 1997)
Ruotsissa on kehitetty optinen kuoripitoisuuden mittausmenetelmä. Menetelmässä kuoripitoisuus määritetään kameroiden avulla kuoren pinta-alaosuutena tukkien
pinnalta kuoren tummemman värin perusteella. Mittaus tapahtuu heti kuorinnan jälkeen jatkuvatoimisena prosessina. Ensimmäinen konenäköön perustuva mit
tausjärjestelmä asennettiin vuonna 1991 Ortvikenin TPM-tehtaalle. Vuoteen 1995 mennessä mittausjärjestelmiä on asennettu neljään Ruotsalaiseen tehtaaseen. Me
netelmää on toistaiseksi sovellettu vain massateollisuudessa. (Petterson 1995, Ranta 1997)
Kiinnostus optista kuoripitoisuuden mittausmenetelmää kohtaan on herännyt myös Suomessa. VTT Energiassa Jyväskylässä on parhaillaan käynnissä tutkimus, jonka tavoitteena on kehittää reaaliajassa toimiva teollisuusolosuhteisiin soveltuva kuo
ripitoisuuden ja puupitoisuuden mittausmenetelmä. Kuoripitoisuuden mittaus teh
dään joko hakkeesta tai tukin pinnalta. Puupitoisuuden mittaus tapahtuu kuorinta- jätteestä. VTT:n menetelmä perustuu viivakameratekniikkaan. Tarkempia tietoja
menetelmästä ei ole vielä saatavilla.
2.8 KUORINNALLE ASETETUT VAATIMUKSET JA
TALOUDELLINEN MERKITYS
Sahateollisuudelle on luonteenomaista, että päätuote on vain alle puolet raaka- aineen kuutiomäärästä ja raaka-aineen käyttösuhde vaihtelee huomattavasti laitok- sittain koon, sahaustavan, koneiston ja tuotevalikoiman mukaan. Hakkeen määrä riippuu käytetyistä koneistaja tuotantopolitiikasta. Mitä täyssärmäisempää sahata
varaa tuotetaan sitä suurempi on hakkeen osuus. Samoin pelkkahakkurit lisäävät hakkeen osuutta ja vähentävät purun osuutta. Taulukossa 3 on esitetty melko ylei
sellä tasolla sahateollisuuden raaka-ainetase. (Juvonen 1986, Ranta 1997)
26
Taulukko 3. Eri tuotteiden saanto sahateollisuudessa pohjoismaissa. (Juvonen 1986)_____________
% Kuorellisesta к-m määrästä
% Kuorettomasta к-m määrästä
Sahatavara 42-46 48-52
Hake 27-32 30-36
Puru 10- 15 11 - 16
Kuori 12
Kutistuminen, ylimitta, ym. 4-6 5-7
Sivutuotteiden osuus sahan taloudessa on hyvin oleellinen ja niiden arvo vastaa noin 12-17 % sahan kokonaistuotosta. (Juvonen 1986) Valtaosa, lähes 80 %, si
vutuotteista saatavista tuotoista saadaan hakkeesta. Hakkeen laatuun ja täten myös hinnoitteluun vaikuttavista tekijöistä tärkeimpiä ovat palakoko ja kuoripitoisuus.
Nykyinen sahahakehinnoittelu Suomessa perustuu fraktiokohtaiseen hinnoitteluun, jossa palakokojakauma perustuu SCAN-standardin mukaiseen seulontaan. Kuoren osuus hakkeessa pienentää hakkeesta saatavaa hintaa siten, että sallitun kuoripro- sentin 1%, ylittävältä osuudelta hinta alenee prosenttimäärällä, joka on kuusin
kertainen yhden prosentin ylittävään kuoriosuuteen verrattuna. Suurin sallittu kuo
ren osuus on 3 %, jonka ylittävä hake-erä menee polttoaineeksi.
(Sahanhakemääritykset monitahoinen asia 1996)
Hakkeen hintaan vaikuttavat laitteet sahalla ovat kuorimakone, hakkuri ja seula.
Kuorimakoneen merkitys on siis nykyisten sahahakehinnoittelun myötä kasvanut selvästi. Kuorimakone vaikuttaa kuoriosuuden lisäksi myös osaltaan hakkeen pa- lakokojakaumaan, sillä mikäli puun pinta rikkoutuu kuorinnan seurauksena. Esi
merkiksi eräällä vuosituotannoltaan 250 000 m3 sahalla 0,5 %.n puuhävikin lasku merkitsisi 400 000 mk:n lisävuosituloa lisääntyneen sahanhakkeen muodossa (Ranta 1997)
2.9 KUORINNASTA AIHEUTUVAT KUSTANNUKSET
Kuorinnasta aiheutuvat kustannukset voidaan jakaa investointikustannuksiin ja käyttökustannuksiin. Investointikustannukset sahalla muodostuvat pääasiassa kuo- rimon hankintakustannuksista ja kuljettimista asennuksineen. Käyttökustannuksiin luetaan kaikki käytöstä aiheutuvat kustannukset kuten sähkö, huolto, työvoima ja teräkustannukset jne. Suurin yksittäinen kulu on kuorimakoneen hankinta. Kuori
in akoneen hankintahinta on 300 000 - 2 800 000 mk uutena ja sen osuus on noin 1-3 % uuden sahan hankintakustannuksista kaikkine koneineen.
Tavallisesti kuorintakustannukset liikkuvat välillä 5,5 - 6,5 mk/tuotettu sahatavara m'\ Suurin osa kustannuksista aiheutuu työvoimakustannuksista. (Vainikainen
1993)
3 KUORINTAKOKEET
Tässä kappaleessa on selostettu diplomityössä tehtyjä kuorintakokeita. Kokeet suoritettiin kahdella eri kuorintamenetelmällä: roottorikuorintamenetelmällä ja ketjuharjakuorintamenetelmällä. Tarkoituksena kokeissa oli tutkia eri menetel
millä saavutettuja kuorintatuloksia, niihin vaikuttavia tekijöitä sekä arvioida ket- juharjamenetelmän mahdollisuuksia tulevaisuuden kuorintamenetelmänä.
3.1 ROOTTORIKUORINTAKOKEET HANKASALMELLA
Roottorikuorintakokeet suoritettiin Vapo Timber Oy:n Hankasalmen sahalla 19- 23.03.1998. Tarkoituksena kokeissa oli selvittää teräpaineiden vaikutus kuorin
taan, kuorinnassa jäävän kuoren määrä, kuorinnassa tapahtuva puuhäviö sekä kuo
rinnassa tapahtuvan puun rikkoutumisen vaikutus hakkeen palakokojakaumaan.
Varsinaisten kuorintakokeiden lisäksi tutkittiin kuorintatapahtumassa esiintyviä ilmiöitä VTT:n suurnopeuskameralaitteiston avulla. (Kuvaus suurnopeuskamera- laitteistosta on esitetty myöhemmin kappaleessa 3.3 Suurnopeuskamera)
28
3.1.1 Vapo Timber Oy:n Hankasalmen saha
Vapo Timber Oy:n Hankasalmen sahan tuotantokapasiteetti on 220 000 m3/a.
Kuusen osuus tuotannosta on 50 % ja männyn vastaavasti toiset 50 %. Vuonna 1916 perustettu saha on viime vuosina uusittu kokonaan. Viimeisimpiä investoin
teja ovat olleet lajittelulaitoksen modernisointi 1994, uusi sahalinja ja sahaan- syöttö 1995, neljä kamarikuivaamoa, tukkien vastaanotto ja lajittelujärjestelmä sekä kuorimo 1997. Hankasalmen käyttösuhde on noin 2,17. Tämä tarkoittaa sitä, että yhden valmiin sahatavarakuution valmistamiseen tarvitaan 2,17 m3 kuorellista tukkia. Haketta syntyy sahalla noin 27-30 %. Hake koostuu pelkkahakkeesta, laik- kahakkurilla käsiteltävistä rimoista, tasauspätkistä ja laadutuksen hylkäämästä sahatavarasta. Hakkeesta reilut 90 % on märkähaketta ja loput kuivahaketta. Hak
keen seulonnassa käytetään pienimmän jakeen erotukseen 8 mm:n seulaa.
Hankasalmella tukit varastoidaan lajittelun jälkeen sahan varastokentälle, jossa on tukkeja noin yhden viikon tarvetta vastaava määrä. Kuorinta suoritetaan roottori- kuorintana välittömästi ennen sahausta. Kuorinnan jälkeen tukit menevät suoraan kuorinnasta sahauslinjaan. Sahauslinjoja on kaksi: pienpuulinja (tukin halkaisija <
20 cm) ja normaali linja (tukin halkaisija 11-34 cm). Molemmat sahalinjat ovat pyörösaha-pelkkahakkurilinjoja. Lautojen särmäys tapahtuu optimointiautoma- tiikkaa käyttäen heti sahauksen jälkeen. Lautojen dimensiolajittelu ja sydäntava- ralajittelu suoritetaan tuorelajitteluna. Kuorimakoneena on Valon Koneen kesällä 1997 toimittama VK 820 Combi 3R, jossa on kaksi vastakkaisiin suuntiin pyöri
vää eri kokoista roottoria (820/620) ja tyvensievistäjä. Kuorimakoneen tekniset tiedot on esitetty taulukossa 4.
Taulukko 4. VK-820 kuorimakoneen tekniset tiedot. Taulukossa suluissa olevat
VK 820 - RUNKO Roottori 1
820
Roottori 2 620 Puun halkaisija
Minimipituus Syöttönopeus Paino
mm m m/min kg______
100-820 2,4 (2,2) 60-85 (100) 23 900
100-620 2Л (2,2) 60-90(105) 23 700
Hyvissä olosuhteissa voidaan tukkeja kuoria ja syöttää sahaan noin 100 m/min nopeudella. Talvella nopeus on alhaisempi, noin 65 m/min. Käytännön kuorinnas
sa teräpaineita ja teräpaloja vaihdetaan olosuhteiden, tukkikoon ja puulajin mu
kaan. Sahalla käytetään kolmea eri terävyysastetta olevia teräpaloja. Talvella ko
valla pakkasella käytetään teräviä teräpaloja, nollakelillä ja kesällä tylsempiä terä- paloja. Teräpalatyyppien vaihto tapahtuu yleensä sahausjakson vaihdoksen yhtey
dessä eli noin 2-5 viikon välein. Terien vaihto kestää hieman alle puoli tuntia.
Teräpaineille ei ole ennalta määrättyjä ohjearvoja, vaan niiden säätö perustuu kuo- rimalaitteen käyttäjän kokemukseen ja jatkuvaan kuorintatuloksen tarkkailuun.
Teräpaineiden vaihto tapahtuu huomattavasti useammin kuin teräpalojen, jopa useamman kerran päivässä. Teräpaineiden vaihto kestää noin 4-5 min.
3.1.2 Kuoripitoisuuden ja puuhävikin määrittäminen
Kuoren osuus tukeista määritettiin kenttämittauksena erilleen ajetuista tukeista kuorinnan jälkeen tähän tarkoitukseen suunnitellulla mitta-asteikolla. Määrittämi
nen tapahtui otantamittauksena tukin vaipasta. Kuoripitoisuus laskettiin puun kuo- ripinta-alasta, joka muutettiin arvioidun jäännöskuoripaksuusarvon avulla tilavuu
deksi ja suhteutettiin koko puun tilavuuteen. Saatu kuoripitoisuus muutettiin kui- va-aineprosentiksi, joka perustui kirjallisuudesta saatuihin puuaineen ja kuoren kuivatuoretiheyksiin. Samassa yhteydessä arvioitiin puuhävikin suuruutta tukin vaipan rikkoutumissyvyyteen perustuen samalla mitta-asteikolla. Kuorinnan puu- hävikki ja kuoripitoisuus määritettiin lisäksi laboratoriomittauksin kuorijätenäyt- teistä ja hakenäytteistä. Puuhävikki määritettiin kuorijätenäytteestä siten että alle 3 mm jae seulottiin näytteistä pois. Samoin oletettiin myös pelkkahakkeesta määri
tettävän kuoripitoisuuden suhteen.
30
Puun pinnasta tehdyt mittaukset perustuivat läpinäkyvällä mittanauhalla tehtyyn otantamittaukseen. Mittauksia tehtiin metrin välein rungon kehältä. Mittanauhassa oli kuvan 10 mukainen ruudukko. Ruudukossa yksi ruutu on jaettu yhdeksään pie
nempään ruutuun, joiden avulla arvioitiin, kuinka monta pientä ruutua on kuorel- lista (0-9). Pinnan rikkoutumissyvyys (mm) laskettiin keskiarvona yhden ison ruudun osalta.
20 mm
Kuva 10. Puuhävikin ja jäännöskuoren määrittämisessä käytetty mitta-asteikko.
Kuoren pinta-ala %, kuorellisen pinta-alan suhde koko pinta-alaan prosentteina, saatiin kaavan 3 mukaisesti ja tilavuus-%, kuorellisen sylinterin tilavuus verrattu
na koko puun tilavuuteen, kaavan 4 mukaisesti ja kuoren paino % kaavan 5 mu
kaisesti. Puuhävikki %, rikkoutuneen pinnan ja irronneen puuosan tilavuuden suhde koko puun tilavuuteen laskettiin kaavan 6 mukaisesti.
Kuoren pinta - ala % = 100 x kuorellisten ruutujen keskiarvo
~9~ (3)
Kuoritilavuus % = Kuoren pinta - ala % x л-xd
JxÑ (4)
Kuoren paino % = ^>ku°ri x
/Opuu
Kuoritilavuus %
Pelkkahakkeen osuus (5)
Puuhävikki - % pinnan rikkoutumisen keskiarvo '5 xN'
n - d
(6)
Kaavoissa d on kuoren keskimääräinen paksuus (mm) ja N mitta-asteikon isojen ruutujen (20x20 mm2) lukumäärä ko. otoskohdassa. pkuori on kuoren kuivatuote- tiheys ja ppuu on puun kuivatuoretiheys. Kuivatuoretiheydet saatiin kirjallisuu
desta (Kärkkäinen, 1987) ja ne olivat seuraavat: pkuori (mänty) 305 kg/m3, pkuori (kuusi) 365 kg/m3, ppuu (mänty) 410 kg/m3, ja ppuu (kuusi) 371 kg/m3.
Pinnan rikkoutuminen määritettiin keskiarvona isojen ruutujen osalta. Kuoripitoi- suutta määritettäessä vajaat osaruudut (20x20 mm2/9) pyrittiin yhdistämään koko
naiseksi ruuduksi. Kuoren paksuutena käytettiin arvioitua jäännöskuoripaksuutta.
Hankasalmen kokeissa jäännöskuoren paksuudeksi arvioitiin 2 mm. Nilakuoren osuutta ei erotettu kuoresta erikseen, vaan se luettiin osaksi kuorta. Kuoren paino
%:n laskennassa muutettiin tilavuus-% paino-%:si kuivatuoretiheyksien suhteella ja huomioitiin, että rungon pintaan jäänyt kuori suhteutetaan pelkkahaketuksessa syntyvän hakkeen määrään. Täten kaavan 5 pelkkahakkeen osuudella tarkoitetaan pelkkahaketuksessa syntyvän hakkeen osuutta kuorettomasta rungosta. Käytän
nössä sen suuruus vaihtelee rungon koon ja sahausasetteiden mukaan. Kokeiden tukkikokoluokassa pelkkahakkeen osuudeksi laskettiin 13,8 %. Pelkkahakkeen osuus saatiin simuloimalla otoksesta laskettu keskiarvotukki sahan asetetietojen mukaan ja laskemalla vaipasta jäävä pelkkahakkeen määrä. Tukit sahattiin aset
teella 150/25/25. Toisin sanoen tukin molemmilta puolilta otettiin 25 mm:n laudat ja pelkän korkeus oli 150 mm.
Kuoren paino-% :a arvioitiin myös märkähakkeen osalta. Arviointi tapahtui seu- raavin perustein: koko märkähakkeen osuus kuorettomasta tukista noin 25 %, muun märkähakkeen paitsi pelkkahakkeen kuoripitoisuus 0 %. Märkähakkeen kuoripitoisuus määritettiin siis siten, että pelkkahakkeeseen (kuoripitoisuus tie
dossa) lisättiin 11,2 % (25 %-13,8 %) kuoretonta haketta ja kuoripitoisuus lasket
tiin koko hakemäärän osalta.
32
Pelkkahaketuksesta syntyvästä hakkeesta selvitettiin palakokojakauma ja kuoripi- toisuus. Palakokojakauma selvitettiin seulomalla hakenäytteet SCAN-normin mu
kaisesti seulasarjalla 045 mm, rako 8 mm, 013 mm, 07 mm ja 03 mm. Kuori- pitoisuutta laskettaessa seulottiin puruosuus hakenäytteestä pois. Kuoripitoisuus laskettiin kahden jakeen osalta: 3 mm ja 7-45 mm. Nämä analyysit tehtiin VTT Energian mittauslaboratoriossa. Hakkeen kuoripitoisuus määritettiin kuivapainona hakenäytteen määrästä.
Roottorikuorijalla syntyvästä puujätteestä selvitettiin puuhävikki. Tämä tapahtui VTT Energian mittauslaboratoriossa. Laboratoriomittauksissa puujätteestä määri
tettiin puupitoisuus kuivapainona kuorijätteen määrästä. Kun tiedetään tukkien kuoripitoisuus kuivapainona lähtötilanteessa, pystytään määrittämään roottorikuo- rinnassa syntyvän puuhävikin suuruus prosentteina. Tällä puuhävikillä tarkoitetaan sen puuaineksen osuutta kuorettomasta ainespuusta, joka menee kuorijätteen joukkoon. Puuhävikki määritettiin lausekkeen 7 mukaisesti, missä kuoripitoisuus on lähtötilanteessa tukkipuusta kirjallisuuden perusteella arvioitu kuoripitoisuus ennen kuorintaa, puupitoisuus-% on kuorijätteestä määritetty puunaineksen osuus koko kuorijätteen määrästä ja jäännöskuoriosuus on kuorinnan jälkeen tukkiin jäänyt kuoripitoisuus.
' Kuoripitoisuus v 1 - Kuoripitoisuus
\
- Jäännöskuoriosuus (7) ) Hävikki = Puupitoisuus-%
3.1.3 Kokeiden suoritus
Kokeet pyrittiin järjestämään siten, että ne aiheuttaisivat mahdollisimman vähän häiriötä sahan normaaliin toimintaan. Toteutunut koesuunnitelma on esitetty tau
lukossa 5.
Koemateriaalina käytettiin lajiteltuja kuusi- ja mäntytukkeja. Tukkien koko ja laatuluokka valittiin siten, että se vastaisi sahalla ajettavaa keskivertotukkia:
mänty laatu B, latvahalkaisija 225-229 mm ja kuusi, laatu B, latvahalkaisija 200- 205. Koska tukkien valinta tehtiin vasta sahan lajittelulinjan jälkeen voivat tukit koostua useammasta raaka-aine-erästä. Koeolosuhteet olivat seuraavat: yöllä pak
kasta noin -15°C, päivällä aurinkoista, n. -5°C. Auringosta huolimatta tukit olivat kauttaaltaan lievästi jäässä.
Taulukko 5. Koesuunnitelma, Hankasalmi 20.03.1998 Koemateriaali: Puulaji
Määrä Koko
Mänty, Kuusi 200 tukkia/puulaji
Sahan keskiverto tukkikoko Teräpaineet: Mänty
Sahan asetteet, (koe 1) VK:n asetteet, (koe 2) :
1. roottori 2. roottori 1. roottori 2. roottori 1. roottori 2. roottori 1. roottori 2. roottori
60 bar 60 bar 55 bar 35 bar 60 bar 35 bar 60 bar 40 bar Kuusi
VK:n asete 1, (koe 3) : VK:n asete 2, (koe 4) :
1. roottori 75 bar 2. roottori 40 bar 1. roottori 80 bar 2. roottori 45 bar Ajonopeus: 65 m/min
Koeolosuhteet: Yöpakkasta -15°C, päivällä -5°C ja aurinkoista Kenttämittaukset: Kuoripitoisuus 10 tukkia/koe
Puuhävikki 10 tukkia/koe
Näytteet: Kuorinäytteet 5 kpl/ koe
Hakenäytteet 5 kpl/ koe
Näytekiekot 1 tukki/puulaji
Kuorintakokeet suoritettiin neljässä vaiheessa:
Koe 1 : Mänty, sahan asetteet, (sahan teräpalat)
Koe 2: Mänty, VK:n suositusasetteet, (VK:n teräpalat) Koe 3: Kuusi, VK:n asete 1, (VK:n teräpalat)
Koe 4: Kuusi, VK:n asete 2, (VK:n teräpalat)
34
Koe 1 ajettiin sahan omilla asetteilla eli sen hetkisillä normaalituotannossa käy
tettävillä teräpaloilla (terävät) ja teräpaineilla 60/60 (merkinnässä 60/60 ensim
mäinen luku viittaa 1. roottoriin, toinen luku 2. roottoriin, yksikkö [bar] ).
Koe 2 ajettiin Valon Kone Oy:n kyseiselle kuorimalaiheelle suosittelemilla aset
teilla ja teräpaloilla. Ennen kokeen aloitusta vaihdettiin kuorimakoneeseen puuta vähemmän kuluttavat (tylsemmät) teräpalat. Optimipaineiden säätö tapahtui ko
keellisesti kolmessa vaiheessa. Kukin teräpaineen säätö aiheutti aina noin 5-10 minuutin katkoksen kokeeseen. Optimaalisten teräpaineiden säätö ennalta ei ollut mahdollista, sillä optimaaliset kuorintapaineet ovat sahakohtaisia ja ne riippuvat vallitsevista kuorintaolosuhteista (mm. tukkien jäätymisasteesta ja koosta). Pai
neiden säätö perustui kuorintatuloksen silmämääräiseen arviointiin kokeen aikana.
Kokeessa käytetyt paineet olivat kokeen etenemisjärjestyksessä seuraavat: 55/35, 60/35 ja 60/40. Optimipaineiden säädöstä ja teräpaloista vastasi kokeissa mukana ollut Valon Kone Oy:n pääsuunnittelija Holger Lindholm.
Kokeet 3 ja 4 (kuusikokeet) ajettiin VK:n asettamilla paineilla: koe 3 paineilla 75/40 ja koe 4 paineilla 80/45. Kokeissa pyrittiin hyvään kuorintatulokseen, mutta varsinaisen optimiasetteen hakeminen sivuutettiin, sillä se todettiin kokeessa 2 melko hankalaksi.
Kukin koesarja kattoi noin 100 tukkia ja ne ajettiin sahan normaalilla tuotantono- peudella (65 m/min). Yhden koesarjan kesto oli siten noin 10-15 min (kokeen 2 n.
25 min). Kaikki koeajot suoritettiin yhden päivän kuluessa seuraavasti: kokeet 1 ja 2 (mäntykokeet) aamupäivällä klo 9-10 ja kokeet 3 ja 4 (kuusikokeet) sahan ruo
katauon aikana klo. 11.30-12.00. Kuorinnan jälkeen ajettiin mäntytukit suoraan sahalinjaan normaalin tuotannon mukaisesti. Kuusitukit puolestaan vietiin takaisin tukkilajitteluun, sillä kuusen ajo ei sopinut sahan ajosuunnitelmaan.
Kokeiden yhteydessä erotettiin kenttämittauksia varten kustakin koesarjasta 10 tukkia kuorinnan jälkeen linjalta sivuun. Tukkien erottelu tapahtui potkaisemalla
eroteltavat tukit automaattisella potkaisijalla kuorimakoneen jälkeen sijaitsevaan erotustaskuun. Erottelu tapahtui tasaisin väliajoin eli noin joka 10:s tukki otettiin sivuun. Kunkin koesarjan jälkeen erotustasku tyhjennettiin ja erotetut tukit vietiin sivummalle odottamaan myöhemmin suoritettavia kenttämittauksia. Kenttämitta- uksia ei tehty heti kuorinnan jälkeen, sillä se olisi vienyt kohtuuttomasti aikaa.
Myös kokeiden kannalta koesarjojen ajo peräkkäin ilman turhia taukoja oli oleel
lista koeolosuhteiden samankaltaisuuden säilyttämiseksi
Kuorinäytteet otettiin kustakin koesarjasta tasaisin väliajoin aina koesarjojen ajon aikana. Näytteiden otto tapahtui kuorikuljettimelta, jonka jälkeen kukin näyte merkattiin asianmukaisin tunnuksin. Näytteiden koko oli noin 15 litraa. Keski
määrin kuori näytteitä pyrittiin ottamaan 5 näytettä/koe, mutta todellisuudessa näytteiden määrä hieman vaihteli. Eteenkin kokeeseen 2 on syytä kiinnittää huo
miota, sillä saman kokeen aikana käytettiin useampia teräpaineita ja näin ollen kuorinäytteiden määrä yksittäistä teräpainetta kohden jäi melko vähäiseksi. Kun
kin koesarjan ja paineiden muutoksen jälkeen ajettiin kuorikuljetin tyhjäksi, jottei eri kokeiden kuorivirrat olisi sekoittuneet keskenään.
Hakenäytteet saatiin vain männyn suhteen, sillä kuusia ei ajettu sahalinjaan. Ha- kenäytteet otettiin pelkkahakkurilta tulevalta hakekuljettimelta juuri ennen hak
keen menoa seulalle. Hakenäytteen koko oli noin 10 litraa. Näytteitä pyrittiin ot
tamaan tasaisin väliajoin 5 kappaletta kutakin koetta kohden. Käytännössä näyt
teiden määrä vaihteli hieman. Kokeen 2 suhteen on jälleen huomioitava useampi
en teräpaineiden määrä ja siten yksittäiselle teräpaineelle kohdistuva vähäisempi näytemäärä. Hakekuljetin ajettiin tyhjäksi ennen jokaista paineenmuutosta ja ku
kin näyte merkattiin asiaankuuluvin tunnuksin.
36
Koeajojen päätyttyä aloitettiin kenttämittausten teko välittömästi. Erotetut tukit vietiin mittapöydälle ja tukit numeroitiin, seuraavasti:
Tukit 1-10 mä koe 1 Tukit 11-20 mä koe 2 Tukit 1-10 ku koe 3 Tukit 11-20 ku koe 4
Tukkien numerot eivät viittaa kuorimisjärjestykseen, vaan kunkin kokeen tukit merkattiin satunnaisessa järjestyksessä. Tämä johtui siitä että tukkeja oli mahdo
ton merkata heti kuorimakoneen jälkeen ja ne pääsivät erotustaskussa sekoittu
maan. Näin ollen kokeen 2 suhteen, ei yksittäisiä teräpaineita voitu kenttämittauk- sissa kohdistaa tiettyihin tukkeihin ja ko. kokeen teräpaineita on käsiteltävä yhtenä joukkona. Muiden kokeiden suhteen ei kyseistä ongelmaa esiintynyt, sillä niissä
käytettiin läpi koko kokeen samoja teräpaineita. Kun tukit oli merkattu mitattiin niiden pituus, latva-, keski-, ja tyvihalkaisijat. Kenttämittaukset suoritettiin kahte
na päivänä 20.03.1998 ja 23.03.1998.
Tämän lisäksi sahattiin kuoripäällisistä tukeista näytekiekot alkuperäisen kuoripi- toisuuden määrittämiseksi. Sahattavia tukkeja oli 1 kpl/puulaji ja ne oli erotettu tukkisumasta ennen varsinaista kokeiden aloittamista. Kiekot sahattiin kummasta
kin tukista metrin välein tukin kehältä.
3.1.4 Tilastollisen merkitsevyyden testaus
Kun tutkittiin eri luokista laskettujen keskiarvolukujen erojen tilastollista merkit
sevyyttä, käytettiin t-testiä, jossa tarkastellaan kahta toisiinsa rinnastettavaa samaa laatua olevaa normaalijakautunutta suuretta. Suureiden keskinäinen vertailu ta
pahtuu niiden odotusarvojen ja varianssien perusteella. (Perkiö 1995) Excel 5.0:ssa on luotu valmiiksi makrot (t-Test: Two-sample Assuming Equal Variances ja t-Test: Two-sample Assuming Unequal Variances) em. t-testin tekemiseksi (Seppänen & Skinnari 1994). Makro laskee arvot testisuureelle, jakauman teoreet
tiset arvot ja testisuureen arvon todennäköisyyden sekä yksi- että kaksisuuntaiselle testaukselle. Mikäli vaikutuksen suunta oletetaan tunnetuksi käytetään yksisuun
taista testausta, mutta mikäli vaikutusta ei tiedetä käytetään kaksisuuntaista testa
usta.
T-testin tulkinta tapahtuu siten, että otoksesta laskettua testisuuretta (T) verrataan jakaumasta laskettuun teoreettiseen arvoon (t). Mikäli otoksesta laskettu testisuure on suurempi kuin jakaumasta laskettu teoreettinen arvo voidaan luokkien välistä eroa pitää merkitsevänä. Tulkinta voi tapahtua myös laskemalla testisuureen to
dennäköisyys olla t-jakauman kriittistä arvoa suurempi. Mikäli todennäköisyys p(T<= t), on pienempi kuin 0,05 voidaan luokkien välillä katsoa olevan eroa.
(Perkiö 1995)
Ennen t-testin valintaa (t-Test: Two-sample Assuming Equal Variances tai t-Test:
Two-sample Assuming Unequal Variances) testattiin jakaumien hajontojen yhtä
suuruus F-testin avulla. F-testi löytyy Excel 5.0:n valmiista makroista.
3.2 KETJUHARJAKOKEET VTT:N KOELAITTEISTOLLA Ketjuharjakokeet VTT Energian koelaitteistolla suoritettiin 06.03.1998- 24.06.1998 välisenä aikana. Kuorintakokeiden lisäksi laitteen toimintaa ja kuo
ri ntatapahtumaa tutkittiin suurnopeusvideokameran avulla.
3.2.1 Koelaitteiston kuvaus
Ketjuharjakuorinta laitteisto sijaitsee VTT Energian Jyväskylän toimipisteessä suuressa ulkohallissa. Laitteiston suunnittelu aloitettiin 1994 ja ensimmäiset ko
keet laitteistolla suoritettiin 1995. Laitteiston rakentaminen nykyiseen tilaansa on tapahtunut vaihe kerrallaan. Viimeisin investointi laitteeseen tehtiin 1997, jolloin laitteiston loppupäähän lisättiin kolmesta rummusta koostuva harjaus- eli prii- mausyksikkö.
38
Nykyinen ketjuharjalaitteisto koostuu viidestä toimintamodulista; syöttöpöydästä, karsijayksiköstä, kuorijayksiköstä, harja- eli priimausyksiköstä ja vastaanottotas- kusta. Lisäksi laitteistoon kuuluu valvomokeskus, josta käsin laitetta ohjataan ja jossa ovat mittaustietoja keräävät tietokoneet. Kuorimisilmiön tarkkailun helpot
tamiseksi ja työturvallisuuden takaamiseksi sekä laitteisto että valvomo on suo
jattu paksuilla panssarilaseilla. Laitteiston fyysiset mitat ovat: pituus 23,4 m, kor
keus 5,2 m ja leveys 3,3 m. Lisäksi laitteiston sivulle on rakennettu 3 m leveä oh
jaus- ja valvomoyksikkö. Syöttökuljettimen leveys on 1,2 m ja syöttöaukon kor
keus 0,7 m. Laitteiston kokonaispaino on noin 30 tonnia. Maksimissaan puun syöttönopeus on 40 m/min. Laitteiston rakenne on esitetty kuvassa 11 ja laitteen todellinen ulkonäkö kuvassa 12.
Kuva 11. Ketjuharjalaitteiston rakenne.
Vastaanotto- tasku Kuorinnan
priimaus- yksikkö Syöttöpöytä
Syöttöaukko
0,7 m x 1,2 m Karsinta-
yksikkö Kuorinta- yksikkö
l
Kuva 12. Ketjuharjalaitteiston todellinen ulkonäkö ja koneen käyttäjä.
