Multibody simulation and energy usage of a forestry forwarder

Abstract

The energy efficiency of forestry machinery is considered low by modern standards, with total system efficiency typically remaining below 40%. Energy losses occur primary in powertrain and in hydraulics, especially in valves due to pressure throttling. To be able to achieve higher efficiencies it is needed to research and develop these systems. This can be most effectively performed using simulation models. This thesis presents the development of a forestry forwarder multibody simulation model and highlights the key aspects that needed to be considered during model creation. Working cycles studied with the simulation involved the basic tasks of a forwarder -loading logs onto the trailer and driving. The objectives were to simulate these basic functionalities with manual control and to investigate the energy consumption of the simulated forwarder’s actuators. The study examined whether the simulated energy consumption was comparable to a real forwarder consumption. The simulation worked as expected and provided reasonable results. The results reveal the simulation speed and the comprehensively collected energy consumption data.

Metsätyökoneiden energiatehokkuutta pidetään huonona kokonaishyötysuhteen jäädessä tyypillisesti alle 40 %. Häviöitä tapahtuu pääasiassa voimansiirrossa ja hydrauliikassa, erityisesti venttiileissä painehäviöiden vuoksi. Jotta energian kulutusta voidaan parantaa, on kannattavampaa tutkia näitä systeemejä simulaatiomalleilla kuin todellisilla prototyypeillä. Tässä työssä esitetään kuormatraktorin monikappalesimulaatiomallin rakentaminen ja mitä asioita mallia luotaessa oli huomioitava. Simulaatiossa työkoneella pystyttiin suorittamaan tyypillisiä kuormatraktorin työtehtäviä, kuten tukkien lastaamista lavalle ja ajoneuvolla ajamista. Tavoitteena oli simuloida kuormatraktorin perustoimintoja manuaalisella ohjauksella ja tutkia simuloidun kuormatraktorin toimilaitteiden energiankulutusta. Työssä tarkasteltiin, onko simuloitu energiankulutus verrattavissa oikean kuormatraktorin kulutukseen. Simulaatio toimi odotetulla tavalla, ja siitä saatiin kerättyä realistisia tuloksia. Tuloksista paljastuu simulaation toimintanopeus ja kattavasti kerätyt energiankulutustiedot.