TTS tutkimuksen tiedote Luonnonvara-ala: metsä 2/21 (738) BIOENERGIA Kantoharan ja kantoharvesterin tuottavuus ja kustannukset Aki Jouhiaho, Kaarlo Rieppo ja Arto Mutikainen, TTS tutkimus TTS:n tutkimuksessa tarkasteltiin kahden yleisimmän kannonnostomenetelmän eli kantoharaan ja kantoharvesteriin perustuvan tekniikan kustannustehokkuutta. Kuusen kannonnostotyön tuottavuus oli keskimäärin kantoharalla 12,7 m 3 /tehotunti kantoharvesterilla ja 12, m 3 / tehotunti. Tuottavuuteen vaikuttavat tekijät huomioon ottaen menetelmien tuottavuudessa ei voitu todeta olevan eroa. Maanmuokkaus kannonnoston yhteydessä alensi tuottavuutta 1,9 3,1 m 3 /tehotunti. Vaikka kantoharan hankintahinta on kantoharvesteria huomattavasti alhaisempi, nosti kantoharan peruskoneen suurempi polttoaineenkulutus käyttötuntikustannuksen kantoharvesteria suuremmaksi. Kuva 1. Kantoharvesteri Pallari KH-14 (Tervolan Konepaja Oy) ja kaivukone Hyundai 21 LC-7. Kuvat: Aki Jouhiaho Kanto- ja juuripuu on saavuttanut merkittävän aseman uusiutuvan energian tuotannossa. Vuonna 28 kanto- ja juuripuuta nostettiin energiatarkoituksiin,6 miljoonaa kuutiometriä (Ylitalo 29). Tämä edusti 14 prosenttia lämpö- ja voimalaitoksissa käytetystä metsähakkeesta. Kanto- ja juuripuun käyttö lämpö- ja voimalaitoksissa on vuoden 27 puun energiakäytön poikkeusvuotta lukuun ottamatta kasvanut joka vuosi suhteellisesti eniten kaikista metsähakkeen raakaaineista. Vuodesta 23 vuoteen 28 kantojen energiakäyttö on lähes seitsenkertaistunut. Käytössä olevat kannonnoston valtamenetelmät perustuvat tela-alustaisen kaivukoneen kauhan tilalle asennettuihin laitteisiin, jotka voidaan jakaa kahteen tyyppiin: leikkaavalla vastaterällä varustettuihin TTS TUTKIMUKSEN TIEDOTE, LUONNONVARA-ALA: METSÄ 2/21 (738)
Kuva 2. Kantohara Väkevä (A. Hirvonen Oy) ja kaivukone Volvo EC 21B LC. nosto-paloittelulaitteisiin eli kantoharvestereihin ja kantoharoihin ilman kantopaloja leikkaavaa ominaisuutta. Vuonna 27 kannonnostossa oli runsaat 1 tela-alustaista kaivukonetta, joiden kannonnostolaitteista vajaassa puolessa oli leikkaava vastaterä (Kärhä 27). Vaikka kannonnostoteknologiaa koskevia tutkimuksia on viime aikoina toteutettu useita (Laitila ym. 27, Karlsson 27, Hofsten & Nordén 27, Kärhä ym. 29a, Kärhä ym. 29b, Sammallahti 21), on niiden perusteella vaikea tehdä johtopäätöksiä menetelmien paremmuudesta tutkimusten erilaisten korjuuolosuhteiden takia. Esimerkiksi nostettujen kantojen koko ja maalaji vaikuttavat merkittävästi työn tuottavuuteen. TTS tutki kantoharan ja kantoharveste- rin tuottavuutta siten, että molemmat laitteet olivat samoilla kannonnostokohteilla ja vierekkäisillä tutkimuskoealoilla. Näin korjuuolosuhteista johtuvat erot saatiin niin pieniksi kuin käytännön olosuhteissa on mahdollista. Kantoharaa edusti A. Hirvonen Oy:n kantohara Väkevä ja kantoharvesteria Tervolan Konepaja Oy:n Pallari KH 14. Molemmat kannonnostolaitteet oli liitetty tekniikaltaan ja ulkoisilta mitoiltaan vastaaviin tela-alustaisiin 21 tonnin painoisiin kaivukoneisiin (Hyundai 21 LC-7 ja Volvo EC 21B LC, kuvat 1 ja 2). Väkevä-kantoharassa oli rivissä neljä hankomaista piikkiä ja yksi piikkiriviin nähden kohtisuorassa kulmassa sijaitseva kannon halkaisupiikki, jolla suuriläpimittaisia kantoja voidaan pilkkoa pienempään kokoon nostotyön helpottamiseksi (kuva 3). Kaivukoneen kauhankallistajan ansiosta myös piikkirivin ensimmäinen piikki soveltui samaan tarkoitukseen. n piikkirivin reunassa olevalla muokkauslevyllä voidaan tehdä kannonnoston yhteydessä maanmuokkausta. Laitteen leveys on 9 senttimetriä ja paino 95 kg. Pallari KH-14 kantoharvesterilla kannot voidaan halkaista laitteen hydraulisylintereillä liikuteltavalla halkaisuterällä ennen irrotusta ja nostaa maasta paloina (kuva 4). Myös maasta nostettujen kantojen pilkkominen kuljetuksen kannalta edullisiin pienempiin osiin on laitteella mahdollista. Laitteen hamarapuolella sijaitsevalla mätästyslevyllä voidaan tehdä maanmuokkausta. Kaivukoneeseen pikakiinnityksellä liitettävän laitteen leveys on 12 senttimetriä ja paino 1 75 kg. Kuva 3. A. Hirvonen Oy:n kantohara Väkevä. Kuva 4. Tervolan Konepaja Oy:n kantoharvesteri Pallari KHM-14. 2 TTS TUTKIMUKSEN TIEDOTE, LUONNONVARA-ALA: METSÄ 2/21 (738)
AINEISTO JA MENETELMÄT Laitteita tutkittiin kahdella kivennäismaalla sijaitsevalla kuusivaltaisella kannonnostokohteella Etelä-Hämeessä. Tutkimuskohteilla toteutettujen päätehakkuiden runkopuun kertymät olivat 253 ja 313 m 3 /ha (taulukko 1). Normaalin käytännön mukaisesti hakkuutähteet oli tutkimuskohteilta korjattu. Niin sanotulla kivisellä kohteella oli runsaasti tela-alustaisen kaivukoneen etenemistä hidastavia suuria pintakiviä. Vähäkivisellä tutkimuskohteella suuria pintakiviä oli selvästi vähemmän (taulukko 1). Kaivukoneiden kuljettajien kokemuksen mukaan noin puoli metriä korkeat kivet vaikeuttavat tai saattavat vaikeuttaa telaalustaisen kaivukoneen siirtymistä. Sen sijaan alle 2 senttimetriä korkeat kivet eivät käytännössä vaikuta etenemiseen. Siksi kivet luokiteltiin kahteen luokkaan eli vähintään 2 senttimetriä mutta alle 45 senttimetriä korkeisiin ja vähintään 45 senttimetriä korkeisiin kiviin. Vähäkivisellä kohteella suuria vähintään 45 senttimetriä korkeita kiviä oli 2 kpl/ha ja kivisellä kohteella 15 kpl/ha eli 7,5-kertainen määrä. Pienikokoisempia kiviä oli kivisellä kohteella 6-kertaisesti vähäkiviseen kohteeseen verrattuna. Kunkin koneen koealaruudut sijoitettiin työkohteille vierekkäin, jotta työolosuhteet olisivat molemmilla koneilla mahdollisimman samanlaiset. Aikatutkimuskoealat muodostuivat 25 metriä pitkistä ruuduista, joiden leveys määräytyi kaivukoneen työskentelyleveyden mukaan. Kantoharan työskentelyleveys oli 14,8 metriä ja kantoharvesterin 15,9 metriä. Kauhan ulottuma oli molemmilla koneilla yhtä suuri, joten koneiden välinen ero työskentelyleveydessä oli menetelmästä johtuva. Vähäkivisen kohteen aineisto koostui yhteensä 34 ruudulta ja kivisen kohteen aineisto 28 koeruudusta, joista puolet oli kantoharan ja puolet kantoharvesterin koealaruutuja. Siten koko tutkimuksen aineisto kertyi 62 ruudulta eli yhteensä 2,4 hehtaarin alalta. Kannonnosto toteutettiin kummallakin tutkimuskohteella noin vuosi päätehakkuun jälkeen. Nostettavien kantojen valinnassa kuljettajat noudattivat normaalia omaksumaansa työtapaa ja voimassaolevia Tapion suosituksia, joiden mukaan vanhat ja lahot kannot sekä halkaisijaltaan alle 15 Taulukko 1. Tutkimuskohteilta korjatun puuston hehtaarikohtainen kertymä puulajeittain ja kivien korkeusluokkien hehtaarikohtaiset lukumäärät vähäkivisellä ja kivisellä kohteella. Hakkuukertymä, m 3 /ha Kivien lkm/ha Kuusi Mänty Lehtipuu Yhteensä 2-44 cm 45 cm 237 1 15 253 14 2 257 44 12 313 84 15 Osuus nostetuista kannoista, % 25 2 15 1 5 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 Kuva 5. Nostetut kuusikannot läpimittaluokittain vähäkivisellä ja kivisellä kohteella. senttimetrin kannot jätetään korjaamatta. Lisäksi halkaisijaltaan yli 15 senttimetrin kantoja jätetään vähintään 2 kappaletta hehtaarille. Molempien koneiden kuljettajilla oli useiden vuosien kokemus koneellisesta kannonnostosta. Peruskoneiden käyttämät kierroslukemat olivat kantoharalla 19 r/min ja kantoharvesterilla 14 r/min. Kantojen prosessoinnin käsittävästä aineistosta poistettiin muiden puulajien kuin kuusen kantojen prosessointiin kulunut aika eli toisin sanoen tutkimus perustuu pelkästään kuusen kannonnostoon. Vähäkivisen kohteen kuusikantojen keskiläpimitta oli 37 senttimetriä ja kivisen kohteen 38 senttimetriä (kuva 5). Kaikkiaan kantoja nostettiin tutkimuksessa 887 kappaletta (taulukko 2). Kanto- ja juuripuun kertymä oli vähäkivisellä kohteella 57 68 m 3 /ha (24 29 t/ha) ja kivisellä kohteella 72 75 m 3 /ha (31 32 t/ha) (taulukko 3). Läpimi aluokka, cm TEHOTYÖAJAN MENEKKI Sekä vähäkivisen että kivisen tutkimuskohteen sisältävässä yhdistetyssä aikatutkimusaineistossa irrotukseen kului kummallakin laitteella eniten tehotyöaikaa (kuva 6). Kantoharalla irrotuksen osuus tehotyöajasta oli 32 prosenttia ja kantoharvesterilla 38 prosenttia. Toisiksi eniten molemmilla laitteilla tehoaikaa kului kasaus työvaiheeseen eli noin neljännes tehotyöajasta. Muut kannonnoston työvaiheet eli siirtyminen, laitteen vienti kannolle ja paloittelu-puhdistus edustivat kukin 5 9 prosentin osuuksia tehotyöajasta. Konekohtaisessa tehoajanmenekissä ei juuri syntynyt eroa vähäkivisen ja kivisen tutkimuskohteen välillä. Kivisellä kohteella kantoharvesteri teki huomattavan vähän (6 prosenttia) maanmuokkaustyötä kantoharaan verrattuna (16 prosenttia). Sen sijaan vähäkivisellä kohteella kantoharvesterin maanmuokkaukseen käyttämä aika oli samaa suuruusluokkaa kantoharan kanssa. Taulukko 2. Tutkimuksessa nostettujen kuusikantojen lukumäärä, keskiläpimitta, kuivamassa ja tilavuus. Laite Kantoja, kpl Keskiläpimitta, cm Kuivamassa, kg/kanto Tilavuus, dm 3 /kanto Koko aineisto Yht. Kantohara 23 194 394 37 38 38 77 84 179 195 Kantoharvesteri 255 239 493 37 37 37 78 75 181 175 TTS TUTKIMUKSEN TIEDOTE, LUONNONVARA-ALA: METSÄ 2/21 (738) 3
Työpistesiirtymisen ajanmenekki Kantoharan ja kantoharvesterin peruskoneena toimineet kaivukoneet olivat tekniikaltaan ja ulkoisilta mitoiltaan toisiaan vastaavia, eikä siirtymisajassa ollut havaittavissa peruskoneiden välillä eroa. Siten molempien koneiden työpistesiirtyminen käsiteltiin yhtenä aineistona. Kivisellä tutkimuskohteella siirtymiseen kului noin 3 prosenttia enemmän aikaa kuin vähäkivisellä kohteella (kuva 7). Hehtaarikohtaiseksi ajanmenekiksi muunnettuna kivisellä kohteella siirtymiseen kului noin 9 minuuttia/ha enemmän kuin vähäkivisellä kohteella, kun nostettavia kantoja oli 5 kpl/ha. Irrotuksen ajanmenekki Kannon irrotuksen ajanmenekki oli kantoharvesterilla vähäkivisellä kohteella noin kymmenen prosenttia kantoharaa suurempi, kun kannon läpimitta oli 4 senttimetriä. Kivisellä kohteella vastaava arvo oli 2 prosenttia. Kivisen ja vähäkivisen kohteen välillä irrotuksen ajanmenekissä ei syntynyt kummankaan koneen osalla mainittavaa eroa. Sekä kantoharalla että kantoharvesterilla yli 4 senttimetrin kantoja nostettaessa irrotukseen menevä aika lähes kolminkertaistui verrattuna alle 3 senttimetrin kantojen irrotukseen. Paloittelun, puhdistuksen ja kasauksen ajanmenekki Paloittelua, puhdistusta ja kasausta oli työntutkimuksen aikana vaikea kellottaa omiksi työvaiheiksi, koska kantopalojen puhdistusta eli ravistelua tehdään myös kasauksen aikana. Kantoharvesterilla voidaan kasauksen aikana tehdä myös kantojen paloittelua. Käytännössä paloittelu ja puhdistus kirjattiin tutkimuskohteesta riippuen 23 5 prosentille kannoista. Kokonaistuottavuuden määrittämisessä käytettiinkin paloittelun, puhdistuksen ja kasauksen sisältävää mallia. Pelkässä kasaustyövaiheessa kantoharvesteri oli kantoharaa nopeampi yli 25 senttimetrin kantoja kasattaessa kummallakin tutkimuskohteella. Kasauksen ajanmenekin ero kasvoi kannon läpimitan kasvaessa (kuvat 8 ja 9). Taulukkko 3. Kuusen kanto- ja juuripuun kuivamassa- ja tilavuuskertymät. Laite Kuivamassa, t/ha Tilavuus, m 3 /ha Kantohara 24 31 57 72 Kantoharvesteri 29 32 68 75 Paloi elu & puhdistus Kuva 6. Kantoharan ja kantoharvesterin työvaiheiden tehoajanjakaumat yhdistetyssä aikatutkimusaineistossa (vähäkivinen & kivinen tutkimuskohde). Siirtyminen, sekun a/kanto Muokkaus & tasaus 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Irrotus Kasaus Siirtyminen Vien Kuva 7. Kivisyyden vaikutus tela-alustaisen kaivukoneen kantokohtaiseen siirtymisaikaan nostettujen kantojen kappalemäärän mukaan. Maanmuokkauksen ajanmenekki Yhdistetyssä aineistossa hehtaarin maanmuokkaukseen kului kantoharalla keskimäärin 1,33 tehotuntia ja kantoharvesterilla,85 tehotuntia. Koealakohtainen vaihtelu oli huomattavaa vaihdellen välillä,9 2,6 tehotuntia/hehtaari (kuva 1). Kantoharan maanmuokkauksen keskimääräinen ajanmenekki oli kivisellä kohteella (1,62 teho-h/ha) 1,5-kertainen vähäkiviseen kokteeseen verrattuna (1,1 teho-h/ ha). Sen sijaan kantoharvesterilla ajanmenekki oli kivisellä kohteella alle puolet (,49 teho-h/ha) vähäkivisen tutkimuskohteen maanmuok kauk seen käytetystä tehoajasta (1,15 teho-h/ha) ja alle kolmannes kantoharan ajanmenekistä kivisellä kohteella. Vähäkivisen aineiston keskimääräinen muokkaus työn ajanmenekki oli kantoharalla 1,1 tehotuntia/hehtaari ja kantoharvesterilla 1,15 tehotuntia/hehtaari. 1 2 3 4 Prosen a tehoajasta 1 2 3 4 5 6 7 Nostetut kannot, kpl/ha Kivisellä tutkimuskohteella sekä kantoharalla että kantoharvesterilla tehdyn maanmuokkauksen jälkeen potentiaalisia istutuspaikkoja syntyi yhtä suuri määrä keskimäärin 17 kpl/ha. Kuusen istutustiheytenä suositellaan Etelä-Suomessa vähintään 18 kpl/ha. 4 TTS TUTKIMUKSEN TIEDOTE, LUONNONVARA-ALA: METSÄ 2/21 (738)
KANNONNOSTOTYÖN TUOTTAVUUS Kannonnostotyön kantokohtainen kokonaisajanmenekki laskettiin summaamalla kaivukoneen työpistesiirtymiseen ja kannon prosessointiin eli kannonnostolaitteen vientiin, kannon irrotukseen, paloittelupuhdistukseen ja kasaukseen kulunut aika. Kannonnostolaitteen vientiaika kannolle määritettiin kummallekin laitteelle vakiona, mikä laskettiin yhdistetystä sekä vähäkivisen että kivisen tutkimuskohteen sisältämästä aineistosta. Kantoharan keskimääräinen vientiaika oli 6 sekuntia ja kantoharvesterin 8 sekuntia. Kanto- ja juuripuun kuivamassan määrittämisessä käytettiin Hakkilan (1976) kuusen kuivamassamallia: y = -7 +,51d 2 y = kuusen kanto- ja juuripuun kuivamassa, kg d = kantoläpimitta juurenniskan yläpuolella, cm Kuivamassa muunnettiin tilavuudeksi (m 3 ) jakamalla se kuusen kuivatuoretiheydellä 432 kg/m 3 (Hakkila 1976). Hakkilan kuivamassamalli ei sisällä alle 5 senttimetrin juurenosia. Käytännössä myös alle 5 senttimetrin juuripaloja nostetaan ylös ja lisäksi kaatoleikkaus tehdään käytännössä teoreettisen juurenniskan yläpuolelta, jolloin todellinen kertymä on mallia suurempi. Käytännön kokemusten mukaan kanto- ja juuripuun kertymä on 25 3 prosenttia runkopuun kertymästä (Hakkila 24), kun se Hakkilan (1976) kuivamassamallin mukaan on 24 prosenttia. Tästä syystä Hakkilan kuivamassamallia korjattiin kannonnostotutkimuksissa jo vakiintuneeksi muodostuneen käytännön mukaan kertoimella 1,15 (vrt. Laitila ym. 27, Kärhä ym. 29a, Kärhä ym. 29b). Vähäkivisen ja kivisen tutkimuskohteen sisältävässä yhdistetyssä aineistossa kannonnostotyön keskimääräinen tuottavuus oli kantoharalla 12,7 m 3 /tehotunti ja kantoharvesterilla 12, m 3 /tehotunti. Kantoharan tuottavuus oli siis keskimäärin 6 prosenttia kantoharvesterin tuottavuutta suurempi. Vähäkivisellä kohteella kantoharan tuottavuus oli 2 prosenttia ja kivisellä kohteella 9 prosenttia kantoharvesteria suurempi. Vähäkivisellä kohteella kantoharan ja kantoharvesterin tuottavuusero pienentyi kannon läpimitan kasvaessa ja kivisellä kohteella tuottavuusero kääntyi suurimmissa läpimitoissa päinvastaiseksi (kuva 11). Kun maanmuokkaukseen kulunut tehoaika laskettiin mukaan, laski kannonnostotyön tuottavuus yhdistetyssä aineistossa kantoharalla 24 prosenttia 9,6 kuutiometriin tehotunnissa ja kantoharvesterilla 16 prosenttia 1,1 kuutiometriin tehotunnissa (kuva 12). Vähäkivisellä kohteella prosessoitujen kantojen hehtaarikohtainen Ajanmenekki, sekun a/kanto 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 Kantoläpimi a, cm Kuva 8. Kantojen kasauksen ajanmenekki vähäkivisellä tutkimuskohteella. Ajanmenekki, sekun a/kanto Maanmuokkauksen ajanmenekki, teho-h/ha 6 5 4 3 2 1 Kuva 9. Kantojen kasauksen ajanmenekki kivisellä tutkimuskohteella. 2,5 2, 1,5 1,,5, 1 2 3 4 5 6 7 Kantoläpimi a, cm 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 Koealan numero Keskiarvo Keskiarvo Kuva 1. Maanmuokkauksen ajanmenekki koealoittain kantoharalla ja kantoharvesterilla. Koealat 1 17 ovat vähäkivisen kohteen koealoja ja koealat 18 31 kivisen tutkimuskohteen koealoja. TTS TUTKIMUKSEN TIEDOTE, LUONNONVARA-ALA: METSÄ 2/21 (738) 5
lukumäärän kasvu 35 kappaleesta 8 kappaleeseen hehtaarilla nosti molemmilla koneilla yhdistetyn kannonnoston ja maanmuokkauksen työn tuottavuutta 4 senttimetrin kannoilla 11 prosenttia. Kivisellä kohteella haran tuottavuus nousi 17 prosenttia ja kantoharvesterin 7 prosenttia. KANNONNOSTOTYÖN KUSTANNUKSET Kustannuslaskelmassa peruskoneen kiinteät kustannukset oletettiin yhtä suuriksi. Sama oletus tehtiin muuttuvien kustannusten osalta polttoainekustannuksia lukuun ottamatta. Kantoharan peruskoneena toimineen kaivukoneen moottorin suurempien kierroslukemien ja voimantarpeen takia polttoaineenkulutus oli tutkimukseen osallistuneiden kaivukoneyrittäjien mukaan 7 prosenttia kantoharvesterin peruskoneen polttoaineenkulutusta suurempi. Vaikka kantoharvesterin hankintahinta oli kantoharaan verrattuna noin kaksinkertainen kauhankallistajan hankintahinta huomioiden, oli kantoharvesteri käyttökustannuksiltaan edullisempi. Sen sijaan tämän tutkimuksen kantoharvesterin alhaisemman tuottavuuden takia yksikkökustannukset olivat hieman kantoharaa suuremmat. Taulukon 4 mukaisilla laskentaperusteilla kantoharan käyttötuntikustannus oli 4 prosenttia eli 2, euroa/tunti kantoharvesterin kustannuksia suurempi. Kantoharan 6 prosenttia suuremman tuottavuuden ansiosta yksikkökustannus oli 2 prosenttia eli,9 /m 3 kantoharvesteria pienempi (taulukko 4). Kantoharan käyttökustannukset saattavat olla esimerkkilaskelmaa suuremmat, koska kantoharan peruskoneeseen kohdistuvan suuremman rasituksen takia huolto- ja korjauskustannukset saattavat nousta kantoharvesterin peruskonetta korkeammiksi. Tuo avuus, m 3 /teho-h Tuo avuus, m 3 /teho-h 2 18 16 14 12 1 18 16 14 12 1 8 6 4 2 8 6 4 2 - - - - 1 2 3 4 5 6 7 Kantoläpimi a, cm Kuva 11. Kantoläpimitan vaikutus kannonnostotyön tehotuntituottavuuteen. Vähäkivivisellä kohteella kantoläpimitan ollessa 4 senttimetriä, kantoharan kannonnostotyön tuottavuus oli 12,2 m 3 / teho-h kantoharvesterin tuottavuus 11,5 m 3 /teho-h. Kivisellä tutkimuskohteella vastaavat luvut olivat 12,7 ja 12,5 m 3 /teho-h. (nosto) (nosto) (nosto+muokkaus) (nosto+muokkaus) 1 2 3 4 5 6 7 Kantoläpimi a, cm Kuva 12. Kantoläpimitan vaikutus kantoharan ja kantoharvesterin tekemän kannonnostotyön ja yhdistetyn kannonnosto- ja maanmuokkaustyön tehotuntituottavuuteen vähäkivisellä kohteella. TARKASTELU Menetelmävertailuissa yleinen tuloksiin epävarmuutta synnyttävä tekijä on kuljettajan vaikutus. Kuljettajien välinen työtapa saattaa olla merkittävästi tuottavuuseroja selittävä tekijä, mutta sen merkityksen arvioiminen työntutkimuksissa on vaikeaa. Tässä tutkimuksessa kantoharalla tehdyn kannonnostotyön tuottavuus oli keskimäärin 6 prosenttia kantoharvesteria suurempi, mikä saattaa selittyä pelkästään kuljettajakohtaisilla eroilla. Kantoharan peruskoneessa oli käytössä suuremmat kierros- ja liikenopeudet, jolloin kantoharan liikkeet olivat kantoharvesteria nopeampia. Molemmissa koneissa samoja liikenopeuksia käyttämällä tulokset olisivat näyttäneet toisenlaisilta. Tämän tutkimuksen tulosten perusteella ei siis voida vetää yleispätevää johtopäätöstä, että kantoharvesteriin ja kantoharaan perustuvien kannonnostomenetelmien tuottavuudessa olisi eroa. Suuremmilla kannon läpimitoilla kantoharvesterin ja kantoharan tuottavuusero pieneni tai kääntyi päinvastaiseksi. Vaikka aivan suurimpien kantojen irrotus saattaa olla kantoharalla kantoharvesteria työläämpää, irrotusaika ei kuitenkaan ollut tutkituilla kohteilla tuottavuuseroa selittävä tekijä. Sen sijaan paremman tuottavuuden suurilla läpimitoilla selitti kantoharvesterin nopeampi kantojen kasaus. Kasaus on kantoharvesterilla nopeampaa, koska hydraulinen halkaisuterä varmistaa kantopalan pysymisen laitteessa koko kasauksen ajan. Kantoharalla kasaus teettää keskimäärin enemmän työtä, koska kantopalat eivät pysy haran piikeissä yhtä hyvin ja tippuneita kantopaloja täytyy siten välillä siirrellä erikseen. Toinen mahdollinen eroa selittävä tekijä on se, että kantopalojen keskimääräinen koko heti irrotusvaiheen jälkeen saattoi olla kantoharvesterilla kantoharaa suurempi. Kantopalojen kokoa ei tutkimuksessa mitattu. Kantoharvesterin läpimitaltaan alle 3 senttimetrin kantojen irrotustyön ajanmenekkiä voisi olla mahdollista pienentää 1 2 prosenttia, jos pienempiläpimittaisia kantoja nostettaisiin kantoharan tapaan 6 TTS TUTKIMUKSEN TIEDOTE, LUONNONVARA-ALA: METSÄ 2/21 (738)
Taulukko 4. Kantoharan ja kantoharvesterin kustannuslaskelman perusteet ja kannonnoston tunti- ja yksikkökustannukset. Hinnat ovat arvonlisäverottomia. Kantohara Kantoharvesteri Nostolaitteen hankintahinta, 4 8 2 Kaivukoneen hankintahinta, 13 13 Kauhankallistajan hankintahinta, 6 - Polttoainen hinta, /l,7,7 Tuottavuus, m³/tehotunti 12,7 12, Nostolaite Käyttötunnit, tuntia/vuosi 7 7 Käyttöaika, vuosi 5 5 Huolto ja korjaus, /vuosi 5 5 Kaivukone Käyttötunnit, tuntia/vuosi 1 4 1 4 Käyttöaika, vuosi 5 5 Polttoaineen kulutus, l/h 17 1 Huolto ja korjaus, /vuosi 3 9 3 9 Korko 4, 4, Nostolaitteen jäännösarvo, 1 5 6 5 Kaivukoneen jäännösarvo, 61 2 * 58 5 Kuljettajan palkka 11,68 11,68 Palkan sivukulut 7,1 7,1 Käyttötuntikustannus, /tunti 58,6 56,59 Yksikkökustannus yht. /m³ 4,61 4,72 * Sisältää kauhankallistajan. ilman hydraulisen halkaisuterän käyttöä. Alle 3 senttimetrin kannot nousevat haramenetelmällä helposti. Halkaisuterää voisi hyödyntää vasta irrotuksen jälkeen kasauksen alkaessa tehokkaan kasauksen varmistamiseksi ja varsinainen kannonhalkaisu vasta kantopalan kasaan pudotuksen yhteydessä. Kantoharaan nähden halkaisuterän liike irrotuksen yhteydessä on ylimääräinen työvaihe, mikä tehtiin tutkimuksessa kuljettajan omaksuman normaalin työtavan mukaan aina kannon koosta riippumatta. Jos kantoharvesteri hyödyntäisi tätä työmenetelmää kaikissa läpimittaluokissa, sillä voisi olla mahdollista saavuttaa sama tuottavuus kantoharan kanssa peruskoneen liikenopeuksia lisäämättä. Suurimpien kantojen osalla haramenetelmän kääntöpuolena on polttoaineen kulutuksen kasvu ja peruskoneeseen kohdistuva suurempi rasitus. Erilaisia kannonnostotekniikoita käsittelevien tutkimusten tuottavuustulosten luotettava vertailu on hankalaa erilaisten tuottavuuteen vaikuttavien tekijöiden takia. Esimerkiksi kuljettajan, maalajin (savi-/ hiekkapitoisuus), kivisyyden, puulajin ja kantojen koon on todettu vaikuttavan työn tuottavuuteen. Myös kannonnoston ja puun kaadon välisen aikajakson pituudella saattaa olla vaikutusta kannonnostotyön tuottavuuteen. Vertailtaessa tuloksia muihin tutkimuksiin voidaan kuitenkin todeta, että kaivukoneisiin pohjautuvat erilaiset leikkaavilla pihtimäisillä terillä varustetut kantoharvesterit ja kantohara edustavat työn tuottavuudeltaan tällä hetkellä kannonnostoteknologian parhaimmistoa (vrt. Hofsten & Nordén 27, Laitila ym. 27, Karlsson 27, Laitila 28, Kärhä ym. 29a, Kärhä ym. 29b, Sammallahti 21). Kuljettajan vaikutus ajanmenekkiin on erityisen suuri kantojen puhdistuksessa ja maanmuokkauksessa. Kannonnostoteknologialla voi olla vaikutusta näiden työvaiheiden ajanmenekkiin, mutta suurempi merkitys on kuljettajalla eli käytännössä hänen arvioimallaan puhdistus- ja maanmuokkaustarpeella. Esimerkiksi Laitilan ym. (27) tutkimuksissa kantoharvesteri Kantokunkku teki tarpeeseen nähden liikaa maanmuokkausjälkeä ja tutkimuksessa havaittua maanmuokkauksen keskimääräistä hehtaarikohtaista ajanmenekkiä olisi ollut näin pienennettävissä,5 1, tuntia metsänuudistamisessa tarvittavien istutuspaikkojen määrän tai laadun siitä kärsimättä. Myös tässä tutkimuksessa eri kuljettajien maanmuokkaukseen käyttämä aika erosi merkittävästi kivisellä kohteella. Sekä kantoharalla että kantoharvesterilla arvioitiin syntyneen yhtä monta potentiaalista istutuspaikkaa. Kuitenkin kantohara käytti maanmuokkaukseen kolme kertaa enemmän aikaa kuin kantoharvesteri. Käytännössä kantoharvesterin maanmuokkaukseen käyttämä aika oli jonkin verran mitattua suurempi, koska kantoharvesteri teki maanmuokkaus ta lyhytaikaisesti myös kannon prosessoinnin yhteydessä siten, että maanmuokkauksen erottaminen omaksi työvaiheeksi ei ollut mahdollista. Kärhän ym. (29b) tutkimuksessa kantoharvesteri Väkevä-kantopilkkuri käytti puhdistukseen ja paloitteluun noin 4 prosenttia tehotyöajasta. Myös Karlssonin (27) tutkimuksessa Pallari KH-16 käytti kantopalojen ravisteluun yhtä suuren osan tehoajasta. Laitilan ym. (27) tutkimuksen Kantokunkku käytti paloitteluun ja puhdistukseen lähes 5 prosenttia pelkkään kannonnostoon kuluneesta tehoajasta. Tässä tutkimuksessa kantohara ja kantoharvesteri käyttivät paloitteluun ja puhdistukseen vain noin 5 prosenttia tehotyöajasta. Havaittuja eroja saattavat selittää maalaji ja muut kannonnostoolosuhteet, mutta myös kuljettajan merkitys on suuri. Tässäkin tutkimuksessa kuljettajakohtaiset erot olivat eri kohteilla prosentuaalisesti merkittäviä. Kivisellä tutkimuskohteella kantoharan paloittelu- ja puhdistusaika oli yli kaksinkertainen kantoharvesterin ajanmenekkiin verrattuna. Vastaavasti vähäkivisellä tutkimuskohteella kantoharvesterin kantokohtainen paloittelu- ja puhdistusaika oli yli kaksinkertainen kantoharan paloittelu- ja puhdistusaikaan verrattuna, joten erilaisen kannonnostoteknologian synnyttämällä erolla havaintoa ei voida selittää. Kantomurskeen seassa polttokattilaan kulkeutuvat epäpuhtaudet eli lähinnä maa-aines on polttotekninen ongelma, mikä voi pahimmillaan pysäyttää suuren lämpö- ja voimalaitoksen toiminnan. Kannonhankinnan logistiikassa puhdistumiseen vaikuttavien tekijöiden merkitys käyttöpaikalle kulkeutuvien epäpuhtauksien määrään on tutkimatta, vaikka käytännössä epäpuhtauksien määrän hallinnassa korostetaan kannonnostotyön yhteydessä tehtävän puhdistuksen merkitystä. Kuitenkin metsä- ja kaukokuljetuksen kuormauksen, kuljetuksen ja kuorman purun aikana tapahtuu puhdistumista. Lisäksi tyypillisen 1 2 vuoden pituisen tienvarsivarastoinnin aikana kantopalat altistuvat monenlaisille kantopaloja puhdistaville sääolosuhteille, kuten lämpötilan vaihtelut, vesi ja tuuli. Tutkimusta tarvitaankin selvittämään mikä on kantopaloja puhdistavien tekijöi- TTS TUTKIMUKSEN TIEDOTE, LUONNONVARA-ALA: METSÄ 2/21 (738) 7
Hinta 8, Jälkipainos sallittu vain TTS:n kautta, ISSN 1797-168 Oy Fram Ab, Vaasa 21 den merkitys ja niiden lopullinen vaikutus käyttöpaikalla. Kun tiedetään, miten kannonnoston puhdistamiseen käytetty ajankäyttö vaikuttaa kantopalojen puhtaustasoon käyttöpaikalla, on tarvittavat toimenpiteet helpompi mitoittaa kustannustehokkaasti. Vaikka tässä tutkimuksessa paloitteluun ja puhdistamiseen käytetty aika oli vain noin viisi prosenttia tehotyöajasta, voi osuus olla jopa 4 5 prosenttia (vrt. Laitila ym. 27, Kärhä ym. 29b). Tällöin paloittelu- ja puhdistustyön rationalisointi saattaa synnyttää kannonnostossa merkittäviäkin kustannussäästöjä. KIRJALLISUUS Hakkila, P. 1976. Kantopuu metsäteollisuuden raaka-aineena. Folia Forestalia 292. 39 s. Hakkila, P. 24. Puuenergian teknologiaohjelma 1999 23. Loppuraportti. Teknologiaohjelmaraportti 5/24. Tekes 135 s. Hofsten, H. & Nordén, B. 27. Stubbfräsen en ny och annorlunda teknik för att ta tillvara stubbar. Summary: Rotary stump cutter a new technique for harvesting stumps. Skogforsk Resultat Nr. 18. 4 s. Karlsson, J. 27. Produktivitet vid stubblyftning. Summary: Productivity at stump lifting. Sveriges Lantbruksuniversitet, Institutionen för skoglig resurshushållning. Arbetsrapport 168 27. 52 s. Kärhä, K. 27. Metsähakkeen tuotantokalusto vuonna 27 ja tulevaisuudessa. Summary: Production machinery for forest chips in Finland in 27 and in the future. Metsätehon katsaus 28/27: 4 s. Kärhä, K., Mutikainen, A. & Kortelahti, I. 29a. Järvisen kannonnostolaitteen työntutkimukset päätehakkuukuusikossa. Metsätehon tuloskalvosarja 8/29. Kärhä, K., Mutikainen, A. & Kortelahti, I. 29b. Väkevä-kantopilkkuri Metsätehon ja TTS tutkimuksen pikatestissä. Metsätehon tuloskalvosarja 12/29. Laitila, J., Ala-Fossi, A., Vartiamäki, T., Ranta, T. & Asikainen, A. 27. Kantojen noston ja metsäkuljetuksen tuottavuus. Metlan työraportteja 46: 26 s. Aki Jouhiaho, Kaarlo Rieppo & Arto Mutikainen, TTS Research PRODUCTIVITY AND COSTS OF STUMP RAKE AND STUMP HARVESTER The TTS Research studied the cost-effectiveness of the two most common stump extraction equipment used in Finland: stump rakes and stump harvesters. Stump rakes were represented by A. Hirvonen Oy's stump rake Väkevä and stump harvesters by Tervolan Konepaja Oy's Pallari KH 14. Both stump extraction devices were mounted on 21 tonne caterpillar excavators corresponding with each other with regard to technical specifications and outside dimensions (Volvo EC 21B LC and Hyundai 21 LC-7). The work analysis was implemented on two spruce-dominated stump extraction sites in southern Finland. The average diameters of the extracted stumps were 37 cm and 38 cm and removal of stump and root tree 57 75 m3/ha (24 32 t/ha). The productivity of stump extraction with the stump rake was on average 12.7 m3/effective hour and with the stump harvester 12. m3/effective hour. In the case of stumps with larger stump diameters, the difference in productivity between the stump rake and stump harvester narrowed or reversed. The better productivity of the stump harvester with larger diameters is explained by the quicker bunching of the stumps. The time Laitila, J. 28. Nykyisten kannonnostomenetelmien soveltuvuus mäntykantojen nostoon. Raportti VTT:lle. Metsäntutkimuslaitos, Joensuun toimintayksikkö. 29 s. Sammallahti, K. 21. Stump extraction with a stump drill from an intermediate thinning of spruce. Bulletin nr 15. Forestpower.net. Ylitalo, E. 29. Energia. Teoksessa: Metsätilastollinen vuosikirja 29. Metsäntutkimuslaitos: 271 292. consumption of soil preparation performed during the stump extraction,.49 1.62 effective hours/ha, decreased the productivity of stump extraction by 1.9 3.1 m3/effective hour. Considering the work methods adapted by the drivers, the different revolution of the engines used in the excavators and speed of movement, it is not possible to draw a general conclusion that there would be significant differences in productivity between stump extraction methods based on use of stump rakes and stump harvesters. Even though the acquisition price of the stump harvester was almost double that of the acquisition price of the stump rake with tilt mounting, the operating costs of the stump harvester were lower due to its lower fuel consumption. The hourly operating costs of the stump rake were 4 per cent or 2./ hour than the operating costs of the stump harvester. Due to the 6 per cent higher productivity of the stump rake, the unit cost of the stump rake was 2 per cent or.9/m3 lower than that of the stump harvester. Käännös/Translation: AAC Noodi Oy Metka metsäenergiaa kannattavasti -hankkeen tarkoitus on kehittää energiapuun korjuuta ja logistiikkaa. (www.mhy.fi /metka) Maaseuturahasto TTS tutkimus Kiljavantie 6, PL 5, 521 Rajamäki, puh. (9) 294 12 Päätoimittaja: Anna-Maija Kirkkari Taitto: Kaija Laaksonen TTS Institute (Work Efficiency Institute), Box 5, FI-521 Rajamäki, Finland tel. +358 9 294 12 www.tts.fi, www.ttskauppa.fi 8 TTS TUTKIMUKSEN TIEDOTE, LUONNONVARA-ALA: METSÄ 2/21 (738)