O projektu
Skider je šumsko zglobno samohodno vozilo za privlačenje stabala ili dijelova stabala. Pod privlačenjem se smatra micanje cijelih stabala ili dijelova stabla (deblo, drvni sortiment) od mjesta sječe i izrade do pomoćnog stovarišta. Skideri su važan dio šumske tehnike koji se proizvodi i koristi u Hrvatskoj.
Postojeći skideri pogonjeni su dizel motorima, a zbog potrebe smanjenja troškova korištenja i zadovoljavanja sve strožih emisijskih normi projekt ima za cilj ponuditi idejno rješenje hibridnog skidera, koje obuhvaća dimenzioniranje pogonskih komponenata, prilagodbu alata te projektiranje upravljanja primjenom suvremenih optimizacijskih postupaka temeljenih na preciznim i računalno efikasnim matematičkim modelima i na realnim podacima režima rada skidera izmjerenih na brdskom i gorskom terenu. U tu svrhu je potrebno izvršiti terenska mjerenja na postojećim vozilima, zatim provesti adekvatnu analizu prikupljenih podataka koji se nakon obrade koriste kao osnova za razvoj hibridnih i električnih šumskih vozila.
Kroz projekt predviđa se izrada eksperimentalnog postava elektro-hidrauličkog vitla radi izrade preciznog matematičkog modela namijenjenog odabiru prikladnog pogona vitla koje će se uklopiti u hibridni pogon skidera te radi projektiranja upravljanja radom takvog vitla. Konačno, cilj projekta je da se ponudi idejno rješenje hibridnog skidera koje će biti temelj za prototip koji se daljnjim razvojem može ponuditi tržištu kao inovativni prozvod visoke dodane vrijednosti.
Svrha projekta
Upotreba šumskih strojeva u suvremenim tehnologijama za pridobivanja drva uključuje određeni rizik za zdravlje operatera te oštećenja šumskog ekosustava u smislu gaženja i sabijanja tla, erozije, štete na stablima i korijenskom sustavu, onečišćenje zraka, tla, vodnih resursa itd. S druge strane, šumski strojevi moraju obavljati teške poslove te ispunjavati zahtjeve za većom produktivnošću uz smanjenje operativnih troškova. Prvenstveno se to odnosi na šumska vozila koji se kreću po šumskom tlu.
Skider se prema normi ISO 6814:2000 definira kao šumsko zglobno samohodno vozilo za privlačenje stabala ili dijelova stabala. Pod privlačenjem se smatra micanje cijelih stabala ili dijelova stabla (deblo, drvni sortiment) od mjesta sječe i izrade do pomoćnog stovarišta. Zbog potrebitih tehničkih zahtjeva za izvođenje radova privlačenja u šumskim terenskim uvjetima, skider za privlačenje dijelova stabala od mjesta sječe i izrade do traktorskog puta koristi šumsko vitlo, a zatim pri kretanju po putu jedan kraj vučenog tovara podiže od tla i oslanja na zadnji kraj vozila dok drugi kraj tovara vuče po tlu. Zbog korištenja vitla u procesu izvlačenja postiže se to da se skider uglavnom kreće po traktorskim vlakama što značajno utječe na smanjenje oštećenja šumskog tla i mladih stabala.
Sve su veći zahtjevi u smislu smanjenja troškova rada šumskih strojeva zajedno sa regulatornim pritiscima za niže emisije ispušnih plinova i buke, što dovodi u pitanje budućnost skidera kod kojeg se koristi diesel motor kao jedini pogonski izvor snage. Stoga se kod proizvođača šumskih strojeva pojavljuje interes za elektrifikacijom pogona, što se već može uočiti pojavom određenih hibridnih i električnih šumskih vozila (npr. forwardera i harvestera), no za sada takvi pogoni još nisu prisutni kod skidera. Hibridni pogon koji se pretpostavlja kao rješenje koje može zadovoljiti zahtjeve za niskim emisijama ispušnih plinova, može koristiti manji diesel motor kojem dodatni izvor energije (npr. baterija) omogućuje rad u povoljnijem režimu, a u odnosu na potpuno električni pogon zadržava visoke performanse pogona, produženu autonomiju rada te ima potrebu za manjim spremnikom energije, što rezultira manjom masom i ukupnom cijenom.
Budući razvoj elektrificiranih šumskih vozila je vrlo važna tema znanstveno-istraživačkog rada iz područja šumarskog inženjerstva. Pri tome je nužan preduvjet precizno određivanja potrošnje energije različitih tipova šumskih vozila pri različitim radnim zadacima i pri različitim terenskim uvjetima. U tu svrhu je potrebno izvršiti terenska mjerenja na postojećim vozilima, zatim provesti adekvatnu analizu prikupljenih podataka koji se nakon obrade koriste kao osnova za razvoj hibridnih i električnih šumskih vozila. Parametriranje i verifikacija matematičkih modeli pogona skidera ostvaruje se na temelju obrađenih mjerenih podataka. Korištenjem matematičkih modela pogona uz definirane radne cikluse dobivene mjerenjem određuje se struktura hibridnog pogona te dimenzije elemenata hibridnog pogona (motor s unutarnjim izgaranjem, elektromotor, baterije…) koristeći pri tome moderne optimizacijske metode koje kao rezultat daju optimalan hibridni pogon skidera za odabrane radne cikluse (npr. za brdski ili gorski teren, ili pak za univerzalno korištenje).
U svrhu optimalnog rada pojedine komponente pogona projektira se optimalna strategija upravljanja predloženim hibridnim pogonom. Već spomenuto šumsko vitlo važan je element u radu skidera te je značajan potrošač energije. Postojeći skideri koriste hidraulički ili mehanički pogon vitla. Na hibridnom pogonu vitla predviđa se korištenje električnog ili elektro-hidrauličkog vitla zbog veće mogućnosti štednje energije uslijed boljeg stupnja korisnog djelovanja i većih mogućnosti upravljanja njegovim radom. Kroz projekt predviđa se izrada eksperimentalnog postava elektro-hidrauličkog vitla radi izrade preciznog matematičkog modela namijenjenog odabiru prikladnog pogona vitla koje će se uklopiti u hibridni pogon skidera te radi projektiranja upravljanja radom takvog vitla.
Konačno, cilj projekta je da se ponudi idejno rješenje hibridnog skidera koje će biti temelj za prototip koji se daljnjim razvojem može ponuditi tržištu kao inovativni prozvod visoke dodane vrijednosti. Hibridni skider je iskorak od postojećeg stanja tehnike, gdje se nude isključivo skideri s konvencionalnim pogonom. Uz inovativno rješenje skidera realiziraju se i ostali ciljevi projekta, dakle povećanje tržišno orijentiranih aktivnosti znanstvenih organizacija te jačanje modela prijenosa tehnologije u poslovni sektor.
Neki ishodi elemenata projekta poput rezultata mjerenja i analize podataka realnih radnih ciklusa skidera na različitim terenima, zatim matematičkog modela konvencionalnog i hibridnog pogona skidera te projektiranog upravljanja hibridnim pogonom i vitlom skidera rezultati su koji će se moći primjenjivati i na srodnim područjima, a imat će i znanstvenu vrijednost.
Aktivnost 1: Nabava i ugradnja mjerne opreme na skiderima
Aktivnost 2: Određivanje strukture radnih sastavnica pri radu skidera u različitim uvjetima rada
Aktivnost 3: Određivanje i mjerenje terenskih čimbenika na potrošnju energije skidera
Aktivnost 4: Mjerenje potrošnje energije skidera pri različitim uvjetima rada
Aktivnost 5: Analiza podatka potrošnje energije skidera
Aktivnost 1: Izrada matematičkog modela postojećeg pogona skidera te parametriranje i verifikacija modela
Aktivnost 2: Definiranje strukture hibridnog pogona skidera i analiza toka snage
Aktivnost 3: Izrada skalabilnog matematičkog modela hibridnog pogona skidera
Aktivnost 4: Izrada laboratorijskog postava elektrohidrauličkog vitla
Aktivnost 5: Optimalan odabir komponenata i optimizacija upravljačkih varijabli sustava hibridnih pogona skidera
Aktivnost 6: Usporedna analiza optimiranog modela hibridnog pogona s klasičnim pogonom skidera
Aktivnost 7: Idejni projekt hibridnog skidera
Aktivnost 1: Projektne radionice
Aktivnost 2: Objava radova u znanstvenim časopisima indeksiranim u Web of Science
Aktivnost 3: Sudjelovanje na znanstvenim savjetovanjima
Aktivnost 1: Izrada studije provjere i zaštite intelektualnog vlasništva nad rezultatima projekta
Aktivnost 2: Podnošenje zahtjeva za izdavanje patenta nad rezultatima istraživanjima
Aktivnost 3: Ugovori o znanstveno-istraživačkoj suradnji sa privrednim subjektima
V Promidžba i vidljivost
PM Upravljanje projektom i administracija
Opis projekta
Projekt će se provoditi kroz fazu eksperimentalnog razvoja. Najveća prepreka razvoju hibridnog pogona skidera je nepoznavanje ukupne potrošnje energije pri radu skidera na privlačenju drva u različitim eksploatacijskim uvjetima. Kroz projekt se nastoji razviti suvremene metode određivanja potrošnje energije skidera po radnim sastavnicama koje uključuju nabavu suvremenih mjernih uređaja uz razvoj daljinskog prijenosa podataka. Istraživanja će se provoditi na dvije različite reljefne lokacije (brdsko područje u Bjelovarsko-bilogorskoj županiji, a gorsko područje u Ličko-senjskoj županiji).
Istraživanja će se provesti na dva skidera u vlasništvu „Hrvatskih šuma“ d.o.o. Zagreb u stvarnom radu privlačenja drva. Navedenom metodom osigurat će se relevantni mjerni podaci čija obrada i analiza će predstavljati osnovu za razvoj računalnih modela i algoritama od strane partnera. Formiranjem vjernog matematičkog modela pogona skidera i korištenjem suvremenih optimizacijskih alata odabrat će se najpovoljnija struktura hibridnog pogona te će se odabrati strojevi (motor SUI i elektromotori) i mediji za pohranu energije (baterije, eventualno i njihove kombinacije s ultrakondenzatorima ili zamašnjacima).
Obzirom na radne cikluse skidera i odabrani hibridni pogon projektirat će se i upravljanje hibridnim pogonom, što je neophodan uvjet za iskorištavanje potencijala uštede energije hibridnog skidera. Kako rad pomoćnih alata poput vitla ima značajan udjel u radnom ciklusu skidera, projekt će obuhvatiti i njihovu prilagodbu novo razvijenom hibridnom pogonu u smislu traženja elektrohidrauličkog ili električnog rješenja umjesto postojećeg hidrauličkog ili mehaničkog.
Na osnovu tehničkih nacrta konstrukcije postojećeg skidera domaće proizvodnje i pronađenih rješenja za optimalnu konfiguraciju hibridnog pogona izradit će se idejno rješenje ugradnje hibridnog pogona u skider te izvršiti analiza financijske isplativosti predloženog rješenja. Idejno rješenje hibridnog skidera s ekonomskom analizom neophodna je osnova za potencijalno usvajanje proizvodnje hibridnog skidera. Izmjereni i analizirani podaci realnog radnog ciklusa skidera na različitim terenima te novo razvijene metode bazirane na tim podacima, dobiveni matematički modeli i upravljački algoritmi moći će se koristiti iza razvoj hibridnih ili drugih alternativnih pogona različitih tipova vozila i oruđa u šumarstvu i u srodnim područjima.