Puutavaran uudet mittausmenetelmät ja laadun säilyttäminen PKM-TUTKIMUSOHJELMAN LOPPUSEMINAARI 13.11.2008 LAHTI Jari Lindblad Metsäntutkimuslaitos Joensuun toimintayksikkö Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
SISÄLTÖ: 1. Kuormainvaakamittaus 2. Puutavaran alueelliset tuoretiheystaulukot 3. Laserskannaukseen perustuva kehyskuvamittaus 4. Energiapuun mittauksen järjestäminen 5. Kuorihävikin vähentäminen harvesterihakkuussa Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
Puutavaran mittaus- ja hakkuumäärät 2007 Hakkuukonemittaus Tehdasmittaus Tienvarsimittaus 100 % 80 % 7 2 26 45 4 22 60 % 40 % 20 % 0 % 91 62 12 Pystykaupat Hankintakaupat Yhtiöt ja Metsähallitus 55 75 Kaikki 39,1 milj. m3 7,3 milj. m3 11,3 milj. m3 57,7 milj. m3 Lähde: Metsäteho Oy 18.11.2008 3
Kuormainvaakamittaus Pienten (alle 20 m 3 ) kuitupuuerien, erityisesti hankinta- ja käteiskauppapuiden, pinomittaus tienvarressa on työlästä, kallista ja epätarkkaa. Tämän takia näiden kuitupuuerien luovutusmittausta on pyritty siirtämään tehtaalle. Tällöin puuerät on pidettävä kuormissa erillään, jotta tilavuus pystytään määrittämään eräkohtaisesti tehtaalla. Pienten puutavaraerien erillään pito hankaloittaa ja hidastaa kaukokuljetusta ja vastaanottoa tehtaalla. Ratkaisukeino ongelmaan: ajoneuvojen kuormainvaakojen hyödyntäminen puutavaran mittauksessa. 18.11.2008 4
Kuormainvaakamittaus -mittausmenetelmä Lähtökohtana kehittää joustavasti puutavaran kaukokuljetukseen nivoutuva mittausmenetelmä pienille kuitupuuerille. Menetelmä sisältö: Mittauserien massat punnitaan puutavara-auton kuormainvaa alla kuormauksen yhteydessä. Ajoneuvokuorman tilavuus mitataan tehtaalla käytössä olevalla perusmittausmenetelmällä. Tilavuus (vetoauto, perävaunu, nippu) jaetaan eri mittauserille kuormainvaa alla punnittujen massojen suhteina. Puutavaran tuoretiheydellä on vaikutusta menetelmällä laskettaviin erien tilavuuksiin. Samassa punnitusyksikössä tulisi olla tuoretiheydeltään suunnilleen samanlaisia puutavaraeriä vaadittuun mittaustarkkuuteen pääsemiseksi. 18.11.2008 5
Tehtaalla mitattavat erät merkitään kuormakarttaan Piirros: Metsäkustannus Oy / Ylermi Lahti 18.11.2008 6
Kuormainvaakamittaus menetelmän tarkkuus Kuormainvaakamittauksen tarkkuus talvella ja kesällä Kuormainvaakamittaus Eriä Keskim. virhe, % Virheen hajonta, % ± 4 % osuus, % ± 10 % osuus, % Talvella 218 2,1 7,5 47 85 Kesällä 292-0,2 9,7 38 73 Yhteensä 510 0,8 8,9 42 78 Kuormainvaakamittauksen ja pinomittauksen tarkkuus Mittausmenetelmä Eriä Keskim. virhe, % Virheen hajonta, % ± 4 % osuus, % ± 10 % osuus, % Kuormainvaakamittaus 226 0,0 7,9 41 81 Pinomittaus 226-0,3 16,9 28 59 18.11.2008 7
Kuormainvaakamittauksen mittaerot Kuormainvaakamittauksen ja upotusmittauksen suhteellinen ero, jakauma erien lukumäärän suhteen 80 70 60 50 40 30 20 kesä, n=292 talvi, n=218 10 0-100 - -30-28 - -26-24 - -22-20 - -18-16 - -14-12 - -10-8 - -6-4 - -2 0-2 4-6 8-10 12-14 16-18 20-22 24-26 28-30 Erien määrä, kpl Virhe, % 18.11.2008 8
Pinomittauksen mittaerot Pinomittauksen ja upotusmittauksen suhteellinen ero, jakauma erien lukumäärän suhteen 25 20 15 10 kesä, n=107 talvi, n=119 5 0-100 - -30-28 - -26-24 - -22-20 - -18-16 - -14-12 - -10-8 - -6-4 - -2 0-2 4-6 8-10 12-14 16-18 20-22 24-26 28-30 Erien määrä, kpl Virhe, % 18.11.2008 9
Kuormainvaakamittaus: ajankohtaista Kuormainvaakamittaus menetelmästä on tehty puutavaran mittauslain mukainen koekäyttösopimus. Koekäyttö päättyy vuoden 2008 lopussa. Puutavaranmittauksen neuvottelukunta käsitteli kuormainvaakamittaus -mittausmenetelmää 5.11.2008. Menetelmää esitetään vahvistettavaksi maa- ja metsätalousministeriön asetuksena. Vahvistettavan menetelmän sisältö: 1. Mittauserän massan mittaus ja muuntaminen tilavuudeksi tuoretiheysluvulla (kg/m³) 2. Mittauserien erillään pito kaukokuljetuksessa ja tehdasmittauksessa kuormainvaakapunnituksen perusteella 18.11.2008 10
TUORE- TIHEYS kg/m³ Puutavaran tuoretiheyslukujen käyttö Tilavuus Metsänomistaja Hakkuu Tilavuus TUORE- TIHEYS kg/m³ Massa Metsäkuljetus Autokuljetus Massa Terminaali / asema Massa Kaukokuljetus Junakuljetus/ Tehdas Tilavuus Vesitiekuljetus TUORE- TIHEYS kg/m³ 18.11.2008 11
Puutavaran alueelliset tuoretiheystaulukot Puutavaran tuoretiheyslukuja käytetään puutavaran massan muuntamiseen tilavuudeksi ja päinvastoin. Nykyiset taulukot ovat vuodelta 1990. Metlassa toteutettiin (2005) tutkimus, jossa määritettiin tuoretiheyslukuja eri puutavaralajeille. Aineisto ei mahdollistanut kattavien taulukoiden laskentaa. Vuosina 2007-2009 toteutetaan tutkimus, jonka tavoitteena on tuottaa päivitysehdotus tuoretiheystaulukoille. Käynnissä on laaja aineistojen keruu. Projekti toteutetaan Metsähallituksen, UPM- Kymmenen, Stora Enson, Metsäliiton, Metsäalan Kuljetusyrittäjien ja Metsäntutkimuslaitoksen yhteistyönä. 18.11.2008 12
Puutavaran alueelliset tuoretiheystaulukot Mäntykuitupuun tuoretiheys Etelä-Suomessa Mäk, Etelä-Suomi 1000 tuoretiheys, kg/m³ 950 900 850 800 2007 keskiarvot 1990 taulukot 2007 malli 2005 malli 750 937 929 932 883 850 804 832 849 881 910 924 946 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 kuukausi 18.11.2008 13
Puutavaran alueelliset tuoretiheystaulukot Mäntytukin tuoretiheys Pohjanmaalla 18.11.2008 14
Puutavaran alueelliset tuoretiheystaulukot Mäntytukin ja mäntypikkutukin tuoretiheys Kainuu- Koillismaalla 18.11.2008 15
Puutavaran alueelliset tuoretiheystaulukot Koivutukin tuoretiheys Etelä-Pohjanmaalla 18.11.2008 16
Laserskannaukseen perustuva kehyskuvamittaus (Codator Modus2000) Nipun kolmiulotteisen profiilin muodostaminen: Laskennassa yhdistetään viuhkaetäisyysmittauslaserien mittaama tieto kuorman muodosta ja etäisyysmittauslaserin mittaama tieto ajoneuvon nopeudesta ja paikasta. Kuva: Jari Lindblad Kuvat: Codator Oy 18.11.2008 17
Puutavaran mittauksen kehittyminen ja tulevaisuus Perinteisten jälkimittausmenetelmien osuus vähenee entisestään. Tilalle tulee / on tullut automatisoituja tehdasmittausmenetelmiä. Mittaus nivoutuu entistä tehokkaammin korjuun ja kuljetusten logistiikkaan (kuormainvaakamittaus). Massaperusteisen mittauksen kehittyminen (??) Laadun mittausmittausmenetelmien kehittyminen ja käyttöönotto (mm. tukkiröntgenit) Mittaustiedon siirto ja parempi hyödyntäminen (Rfid-tekniikat)(?) Perustutkimuksessa työn alla mm.: Pölkkyjen pääty- ja sivukuvien kuva-analyysiin perustuva ominaisuuksien ja laadun mittaus (TTY) Hakkuukoneen puuta koskettamaton mittaus (Metrix- ja Forestrixhankkeet) Puutavaranmittauksen lainsäädännön uudistaminen. 18.11.2008 18
Energiapuun mittaus Sekaannuksen vuodet 2003-2004 Valtakunnassa ymmärrettiin energiapuun mittauksen kehittämisen tärkeys. Kukaan ei tiennyt, mitä tulisi tehdä. Selkiintymisen vuodet 2005-2006 MMM:n asettaman selvitysmiehen, professori Pentti Hakkilan selvitys energiapuun mittauksen järjestämisestä ja kehittämisestä Järjestäytymisen vuodet 2007-2008 Toimijoiden välinen sopimus energiapuun mittauksen järjestämisestä toteutui Metlan ja Tapion laatima energiapuun mittausopas julkaistiin Energiapuun mittaustoimikunta aloitti toimintansa 2008 Kehittämisen vuodet 2009- Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
Kuorihävikin vähentäminen harvesterihakkuussa Puun jalostusarvoa alentavia hakkuun yhteydessä syntyviä vaurioita ovat kaato- ja katkaisuhalkeamat, syöttörullien aiheuttamat painaumat sekä karsintaterien ja syöttörullien aiheuttama puutavaran kuoriutuminen. Nila-aikana puutavaran kuoresta pääosa häviää matkalla tehtaalle. Hakkuussa kuorivaippaan syntyneet vauriot laajenevat kuljetusketjun eri osavaiheissa. Kuoriutumisesta aiheutuvat haitat: puun pintaosat kuivuvat varastoinnin aikana syöttörullien painuminen pintapuuhun lisääntyy väriviat rumpukuorinnassa pidemmät kuorinta-ajat vuotuinen energiaraaka-aineen menetys 0,8 Mm3 (arvio)
Kuorihävikin vähentäminen harvesterihakkuussa Tavoitteet: Vähentää puutavaran kuoriutumista merkittävästi (30 %?) nykytilanteeseen verrattuna, erityisesti nila-aikana tutkimalla ja mallittamalla kuoriutumisen puutieteellisiä perusteita tukemalla karsintaterä- ja syöttörullaratkaisujen kehitystyötä yksioteharvesteriin Luoda puutieteelliset perusteet metsäkoneenkuljettajan työskentelylle ja konevalmistajien laite- ja ohjelmaratkaisuille kuoriutumisen minimoimiseksi prosessoitavan puutavaran ja olosuhteiden mukaan. 18.11.2008 21
Kuoren sidos/leikkauslujuus (N/cm²) korkeus 9 cm leveys 1 cm 18.11.2008 22
Kuoren sidos/leikkauslujuus (N/cm²) 4500 4000 3500 3000 N/cm² 2500 2000 1500 1000 500 talvi nila-aika 0 mänty kuusi koivu 18.11.2008 23
kuoriutuminen 17,4 % 18.11.2008 24
Kuoriutuminen Kone-1 Kuusi normaalit asetukset (19 runkoa) Mänty normaalit asetukset (17 runkoa) Kuusi alennetut teräpaineet (15 runkoa) Kuoriutumisprosentti kertoo pölkyn vaipan kuorettoman pinta-alan osuuden 25 % 25 % 20 % 20 % 15 % 15 % yläpuoli 10 % 10 % alapuoli 5 % 5 % 0 % kuusi mänty kuusi alennetut teräpaineet 0 % kuusi mänty kuusi alennetut teräpaineet 18.11.2008 25
Kuoriutuminen Kuoriutuminen tyveltä latvaan päin pölkyttäin kuusi 8 % 7 % 6 % 5 % 4 % 3 % 2 % 1 % 0 % 1 2 3 4 pölkyt tyvi -------------------------------------------------> latva 18.11.2008 26
Mittaustarkkuus Hakkuukonemittauksen ja manuaalisen saksimittauksen suhteellinen mittaero pölkyn sijainnin mukaan 6 4 Mittausvirhe, % 2 0-2 Tyvipölkyt Välipölkyt Latvapölkyt Kaikki Keskiarvo Kesk ihajonta -4-6 18.11.2008 27
Kuoriutumisen vaikutus mittaustarkkuuteen Pölkyittäinen hakkuukonemittauksen ja manuaalisen saksimittauksen suhteellinen mittaero Mittausero, % 20 15 10 5 0-5 -10-15 -20 0 10 20 30 40 50 Kuoriutuminen, % 18.11.2008 28
Päätelmät Kuoriutuminen on selvästi pienimmillään talvella ja suurimmillaan nila-aikana. Kuoriutuminen on voimakkaampaa männyllä kuin kuusella. Kuoriutuminen on pölkyn alapinnalla odotettavasti suurempaa kuin yläpinnalla. Kyseinen ero kuitenkin vaihteli konemerkkien välillä selvästi Kuoriutumisen määrä aleni rullien ja terien puristuspaineiden alenemisen myötä. Selvimmin kuoriutumista nila-aikana alensi terien puristuspaineiden alentaminen normaalipaineista noin kolmannekseen. Kiihdytysrampin alentamisella ei ollut juuri vaikutusta kuoriutumiseen. Terien ja teroituskulmien kunnossapito sekä terä- ja rullapaineiden pitäminen optimaalisina johtavat alhaisempaan puutavaran kuoriutumiseen.
LOPPU. Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi