43

3 Metode i objekt istraživanja

Budući da se skider uglavnom upotrebljava u ostvarivanju vučnih sila vučna značajka je njegova najvažnija tehničko-eksploatacijska karakteristika Današnje metode istraživanja vučnih značajki vozila dijele se u dvije vrste testiranje s ocjenjivanjem i matematičko simuliranje Prva metoda uključuje terenska mjerenja i bilježenje odgovarajućih parametara dok druga daje osnovno znanje o složenim sustavima baziranim na izvjesnim pojednostavljenim pretpostavkama

Kako je odnos između kotača i tla odlučujući za ostvarivanje vuče vrsta i stanje tla u toku mjerenja bitno će djelovati na nju Pri tome postoje tri mogućnosti pristupa terenskim mjerenjima

bull mjerenje na asfaltnoj podlozi uz opterećenje traktora samo horizontalnom silom

bull mjerenje na karakterističnom tlu uz opterećivanje traktora samo horizontalnom silom

bull mjerenje u uvjetima eksploatacije gdje se opterećivanje traktora koji se kreće po tlu vrši teretom

Prvom metodom se omogućuje ispitivanje traktora u istim uvjetima pa imamo mogućnost usporedbe vučnih značajki sa stanovišta ostvarivanja određene vrijednosti vučnih sila te rasporeda stupnjeva prijenosa po vučnoj sili i brzini kretanja

Drugim načinom učinjen je korak bliže ispitivanju u stvarnim uvjetima eksploatacije no zbog vodoravnog opterećenja uvjeti eksploatacije nisu potpuno zadovoljeni Zbog svojstava tla ovo ispitivanje daje nešto više informacija o ponašanju guma kotača na tlu (utjecaj oblika rebara geometrijskih veličina guma pritiska zraka u gumi) U slučaju da se više traktora ispituje na istoj podlozi postoji mogućnost međusobne usporedbe vučnih značajki

Ispitivanje u uvjetima eksploatacije predstavlja najkompletniji oblik ispitivanja koji omogućuje analizu međusobnog utjecaja kotača i tla U toku ovih mjerenja osim horizontalnih komponenata vuče mjere se i vertikalne komponente uz analizu smjera i veličine rezultantne sile u užetu koja je odlučujuća za raspored opterećivanja po osovinama

Hassan (1989) kazuje da slijedeći parametri trebaju biti uključeni u ispitivanje vučnih značajki zglobnog traktora vučna sila zakretni moment broj okretaja kotača polumjer kotača dinamičko osovinsko opterećenje kotača i otpor kotrljanja

Prema ciljevima istraživanja određen je plan pokusa te postupci mjerenja Opseg istraživanja određen postavljenim ciljem ukazuje na raznovrsnost primjenjenih metoda za prikupljanje mjerenje i i obradu podataka

Kako su skideri namjenjeni privlačenju drva iz brdskih i prigorskih šuma za ispitivanje vučne značajke u eksploatacijskim uvjetima su odabrane dvije vlake različitih nagiba Nagibi vlake će se odrediti metodom niveliranja

Skider je potrebno opremiti s mjernom opremom za mjerenje dinamičkih opterećenja pri njegovom kretanju šumskim vlakama uzbrdo i nizbrdo Metode mjerenja mehaničkih veličina njihova obrada te značajke mjerne opreme detaljno će se opisati u jednom poglavlju

Pod mjerenjem mehaničkih veličina uključena su i pripremna mjerenja koja sadrže određivanje opterećenja po kotačima opremljenog skidera bez tovara na ravnoj podlozi te težine svih drvnih sortimenata koji će se koristiti u vučnim pokusima Ova su mjerenja potrebna u svrhu određivanja utjecaja težine tovara na opterećenje skidera jer je planom pokusa predviđeno kretanje skidera šumskom vlakom u oba smjera s istim tovarom drva a svakim slijedećim prolaskom promijenit će se težina tovara

U cilju utvrđivanja značajki šumskog tla te njegovog oštećivanja višekratnim prolascima skidera primjenjene su terenske metode mjerenja tla te laboratorijska analiza uzoraka tla

Skider ECOTRAC 120 V na kojem su vršena ispitivanja opisan je osnovnim tehničkim značajkama a njegova pripadnost u obitelji šumskih vozila za privlačenje drva je obrađena metodom morfološke analize

44

31 Skider ECOTRAC 120 V

Skider ECOTRAC 120 V opremljen šumskim vitlom Hittner 2 x 80 je četverokotačno vozilo formule pogona 4x4 (slika 28)

Osnovne su tehničke značajke skidera ECOTRAC 120 V (Horvat i Šušnjar 2005A)

rArr Dimenzije su zglobnoga traktora dane na slici 29 prema odrednicama norme ISO 138612000 (Machinery for forestry ndash Wheeled skidders ndash Terms definitions and commercial specifications)

rArr Masa skidera s vozačem iznosi 7257 kg (59 na prednjoj osovini te 41 na stražnjoj) Na slici 30 u zagradama su mase skidera bez vozača

rArr Točka težišta skidera se nalazi na udaljenosti od 1418 mm od stražnje osovine na visini od 865 mm te je odmaknuta u lijevu stranu od uzdužne simetrale skidera za 02 mm Položaj točke težišta osigurava kut uzdužne stabilnosti od 314deg odnosno kut bočne stabilnosti od 257deg

rArr Najveća dopuštena masa na zadnjoj osovini skidera iznosi 6000 kg

rArr Motor DEUTZ F6L914 diesel hlađen zrakom 6 rednih cilindara stapajnoga obujma 6472 cm3 stupnja kompresije 201 nazivne snage 84 kW pri 2300min-1 te najvećega zakretnoga momenta od 400 Nm pri 1500 min-1 elastičnost po momentu iznosi 147 Jedinična potrošnja goriva iznosi 150 gkWh kod najvećeg zakretnog momenta odnosno 210 gkWh kod nazivne snage Brzinsku značajku motora prikazuje dijagram na slici 31

Slika 29 Osnovne dimenzije skidera ECOTRAC 120 V

Slika 28 Skider ECOTRAC 120 V

45

Slika 30 Raspored masa i položaj težišta skidera ECOTRAC 120 V

rArr Prijenos se snage obavlja klasičnom transmisijom pogonski motor rarr spojka (lamela promjera 310 mm) rarr mehanički mjenjač rarr razdjelnik pogona rarr prednji i stražnji diferencijali (konusno-tanjurasti par zupčanika) s pojedinačnom blokadom rarrzavršni (planetarni) reduktori u kotačima traktora

rArr Mjenjač je s 5 stupnjeva prijenosa naprijed i 1 natrag uz mjenjač za brzi i spori hod Ukupni broj prijenosa 10 prema naprijed 2 prema natrag Najveća je brzina kretanja 30kmh Prijenosni odnosi u sustavu transmisije skidera su prikazani na slici 32 a rimskim brojevima su označeni stupnjevi prijenosa Nominalne brzine prema stupnjevima prijenosa su prikazane u tablici 7

Slika 32 Prijenosni odnosi u sustavu transmisije skidera ECOTRAC 120 V

Slika 31 Brzinska značajka motora

46

Tablica 7 Nominalne brzine prema stupnjevima prijenosa

Stupanj prijenosa

Brzinska grupa

Okretaji motora za jedan okretaj kotača

Nominalna brzina za nazivnu brzinu motora od 2300 min-1

kmh

1 S Spori hod 213 29

2 S Spori hod 116 53

3 S Spori hod 70 87

4 S Spori hod 44 141

5 S Spori hod 29 211

1 B Brzi hod 151 41

2 B Brzi hod 83 74

3 B Brzi hod 50 123

4 B Brzi hod 31 198

5 B Brzi hod 21 297

1 nazad Spori hod 191 32

2 nazad Brzi hod 136 45

rArr Upravljanje je hidraulično preko servoupravljača (Sauer-Danfoss)

rArr Kočnice su hidraulično-mehaničke radne kočnice su zatvorene lamele u ulju parkirne kočioni disk s kliještima

rArr Vitlo je dvobubanjsko Hittner 2 x 80 nazivne vučne sile od 80kN Vučno je uže promjera 14mm duljine po bubnju 70 m prekidne sile 102 kN

rArr Učvršćenje užeta je izvedeno prekidno na obodu bubnja Sigurnosna udaljenost između visine oboda bubnja i visine potpuno namotanog užeta na bubnju iznosi 47 cm Uže se svakog bubnja vodi preko dva vertikalna i jednog horizontalnog valjka

rArr Osnovne su dimenzije jednog bubnja vitla prikazane na slici 33

rArr Vitlo ima hidraulički pogon (Sauer-Danfoss) pužni prijenos snage u vitlu (412) za namatanje i izvlačenje užeta spojka je konusno-tarna kočnica vitla pojasna

rArr Upravljanje je elektrohidraulično preko joysticka i prekidača na palici joysticka i upravljačkoj kutiji

rArr Nazivna brzina privitlavanja 126 ms

rArr Zadnja daska je prihvatna zaštitna i sidrena s mogućnošću podizanja i spuštanja pomoću dva hidraulična cilindra

rArr Prednja daska je pomična širine 2230mm upravljana hidraulično Namijenjena je za uhrpavanje oblovine na pomoćnome stovarištu

rArr Prednje i stražnje gume istih su dimenzija 169-30 broj vlakana 14 PR najveći tlak zraka u gumama - 25 bara nosivost gume - 3000 kg proizvođač Rumaguma

rArr Električni sustav napona 24 V osiguravaju dva akumulatora svaki napona 12 V i kapaciteta125 Ah

rArr Skider ECOTRAC 120 V opremljen je zaštitnom strukturom od prevrtanja vozila (eng ROPS - Roll-over protective structure) zaštitnom strukturom od pada predmeta (eng FOPS - Falling object protective structure) te zaštitnom strukturom kabine tj zaštitnom mrežom (eng OPS - Operative protective structure)

rArr Kabina je prostrana te zadovoljava ergonomske i sigurnosne odrednice ISO normi (Horvat i Šušnjar 2005B)

Slika 33 Dimenzije šumskog vitla Hittner 2x80

47

32 Morfološka analiza

Morfološkom analizom utvrđuje se trenutačno stanje svojstva i zakonitosti ali i mogući tijek razvoja strojeva u šumarstvu Na temelju izabranih geometrijskih masenih i drugih veličina izražavaju se ovisnosti i donosi sud o valjanosti izbora stroja Rezultati provedenih analiza služe

bull šumarskim stručnjacima pri odabiru novih strojeva

bull najpovoljnijoj uporabi strojeva u raznim radnim uvjetima

bull određivanju parametara pri konstrukciji novih strojeva unutar poznatih obitelji

Bekker (1956) provodi jednu od prvih morfoloških analiza vozila za kretanje izvan puteva iznoseći mišljenje kako će objekt koji se kreće u nekom mediju poprimiti oblik koji pruža najmanji otpor kretanju S tog se stajališta morfološka analiza može učiniti ne samo za iskaz dostignute razine dimenzijskog razvoja vozila ili za traženje položaja nekoga vozila u skupu sličnih već i za procjenu budućeg razvoja On navodi kako odnos geometrijskih pokazatelja vozila a posebice tzv faktora noseće ploštine vozila određuje kretnost vozila na mekim tlima

Sever (1980) morfološkom analizom uspoređuje šumske zglobne traktore s vitlom s adaptiranim poljoprivrednim traktorima nedvojbeno utvrdivši kako se iako razvijeni iz poljoprivrednih traktora skideri mogu svrstati u poseban skupobitelj vozila koja ima svojstvene morfološke značajke Ovu analizu proširuje (1986) i na ostala šumarska vozila pa tako i na forvardere utvrdivši kako i obitelj forvardera također ima svojstvene morfološke značajke Sever i Horvat (1985) pri izradi studije skidera a za stvaranje projektnog zadatka za srednji skider upotrebljavaju rezultate morfološke analize Takvu analizu za proračun onih dimenzija skidera (ako nisu poznate) koje trebaju za proračun dinamičke preraspodjele opterećenja upotrebljava i Horvat (1989)

Sever i Knežević (1991) traže između ostalog razliku u morfološkim značajkama forvardera raznih formula pogona (4x6 6x6 i 8x8) U ovoj analizi kao i u ostalima gdje se slikovno iskazuju značajke obitelji vozila najčešće se kao osnovni pokazatelj upotrebljava tzv indeks oblika

Sever i Horvat (1992A) prikazuju banku podataka geometrijskih i drugih značajki skidera i forvardera Isti autori (1992B) analiziraju temeljne morfološke značajke raznih šumskih vozila Iznose mišljenje kako se ovakvim podacima mogu služiti konstruktori pri konstrukciji vozila i šumarski stručnjaci pri njihovu izboru Njihovu bazu podataka forvardera proširuje Poršinsky (1996) tražeći položaj jednog tipa forvardera u cijeloj obitelji

Istražujući i uspoređujući značajke srednjih skidera i APT-a Horvat i Sever (1995 1996) Horvat (1996C i D) Sever i Horvat (1997) te Horvat i dr (2002) upotrebljavaju morfološku analizu

Horvat i Kristić (1999) iznose prvu morfološku analizu prorednih traktorskih skupova (traktor s poluprikolicom i hidrauličkom dizalizom) kao polazište u traženju optimalnoga rješenja za nizinske šume

Na Šumarskom fakultetu u Zagrebu morfološka je analiza upotrebljavana i za istraživanje drugih šumskih strojeva pa je tako Košćak i dr (1995) rabe za šumske sitnilice a Šušnjar (1998) za šumske iverače

Horvat (2001) morfološkom analizom utvrđuje razlike između adaptiranih poljoprivrednih traktora s ugrađenim različitim izvedbama šumskih vitala

Horvat i Šušnjar (2001A i B) prikazuju razvoj morfoloških značajki poljoprivrednih traktora zaključujući da dostignuta raznovrsnost njihove konstrukcije omogućava izbor pogodne inačice traktora za prilagodbu za šumske radove Isti autori (2003) rabe morfološku raščlambu u dijelu analize pogodnosti opremanja uzgojnog traktora tzv farmi izvedbama vitla

Iz ovoga se kratkoga pregleda nekih dosadašnjih radova lako se da zapaziti kako je morfološka analiza značajna metoda u analizi pogodnosti šumskih vozila i drugih strojeva općenito

Cijela zamisao ove analize zasniva se na korelacijskoj ovisnosti između pojedinih parova morfoloških značajki skidera te usporedbi položaja ECOTRAC 120 V unutar cijele obitelji (skupine) skidera

48

33 Mjerenje mehaničkih veličina

U cilju određivanja dinamičkog opterećenja skidera pri privlačenju drva te njegove vučne značajke potrebno je izvršiti mjerenje nekih mehaničkih veličina U istraživanju su odabrane osnovne mehaničke veličine koje se mogu svesti u tri osnovne grupe

bull mjerenje sila

bull mjerenje zakretnih momenata

bull mjerenje pomaka

Osnovna metoda mjerenja mehaničkih veličina je tenzometrija Heidl i Husnjak (1992) tenzometriju opisuju kao metodu mehanike kojom se na konstrukciji ili modelu određuje duljinska deformacija da bi se odredila naprezanja na površini konstrukcije Pri tome se upotrebljavaju mjerni pretvornici na osnovi promjenjivog električnog otpora do kojeg dolazi promjenom njegove duljine (tzv elektrootporna mjerna traka ili strain gauge) Ovom metodom je omogućeno električno mjerenje neelektričnih veličina Krulc (1969) navodi da takva mjerenja imaju prednosti pred mehaničkim i drugim mjerenjima zbog

bull mogućnosti daljinskog prijenosa rezultata mjerenja

bull velike prilagodljivosti

bull velike točnosti i osjetljivosti

bull mogućnosti jednostavnog i velikog povećanja mjerene veličine

bull visoke frekvencije mjernih uređaja

bull mogućnosti višekratnog prikazivanja

bull zapisivanja i

bull spremanja rezultata mjerenja

Primjena tenzometrijske metode omogućuje mjerenja bez narušavanja konstrukcije vozila ali zahtijeva pretvorbu elemenata vozila u mjerila Za iskazivanje vrijednosti mjerene veličine u njenoj osnovnoj mjernoj jedinici potrebno je umjeravanje elemenata mjerila

Tenzometrijskom metodom koriste se Hassan i Gustafson (1983) s tvorničkim dinamometrima Sever (1980) također koristi ovu metodu pretvarajući tzv prepariranjem završne reduktore u kotačima skidera u mjerila momenata Istim načinom momente u završnim reduktorima skidera mjere i Sever (1987) i Horvat (1987) Hassan (1988) tvrdi da je takav način jedini zabilježen Horvat i dr (1991) ugrađuju u stražnje mostove adaptiranog poljoprivrednog traktora prstenasta mjerila zakretnog momenta s tenzometrima Horvat (1993A) također vrši pretvorbu dijelova forvardera za mjerenja zakretnih momenata na kotačima okretaja kotača i vratila tenzometrijskom metodom pomoću mjernih traka

Glavni nedostatak ove metode je smještaj mjernih pojačala te računala za prikupljanje i snimanje podataka te su navedeni autori za njihov smještaj koristili terensko laboratorijsko vozilo koje se kretalo uz ispitivano šumsko vozilo Na taj način su ograničeni uvjeti ispitivanja zbog potrebnog dovoljnog prostora za usporedno kretanje oba vozila kroz šumsku sastojinu

Tenzometrijsku metodu pri mjerenju zakretnih momenata u kotačima forvardera opisao je Marklund (1987) te Olsen i Waumlsterlund (1988) Umjesto klasičnog pojačanja mjernog signala u pojačalima oni koriste računala s AD pretvaračima u svakom kotaču forvardera koji prikupljaju podatke Povezani su s glavnim računalom u kabini forvardera koji u određenim vremenskim intervalima prikuplja i obrađuje podatke Kontrola mjernih rezultata i ispravnosti mjernih pretvornika je bila moguća tek nakon završetka mjerenja

Primjenom tenzometrijske metode prvenstveno u područjima konstrukcije aviona i čeličnih mostova došlo je do razvoja mjernog lanca u pravcu mogućnosti istovremenog snimanja velikog broja mjernih podataka i njihovog prijenosa daljinskim putem

Iz područja šumarstva primjenu daljinskog prijenosa podataka s mjernih pretvornika opisuje tek Pottie (1986) pri određivanju podizne sile hidrauličnih dizalica na kamionskim skupovima Zbog sličnosti s mjerenjima na šumskim vozilima napomenuti će se i primjena daljinskog prijenosa podataka na poljoprivrednim strojevima koju koriste Zajaczkowski (2000) pri mjerenju otpora kod

49

oranja tla poljoprivrednim traktorom i Laibe (2003) pri mjerenju naprezanja na radnim dijelovima stroja za baliranje sijena

Za izvođenje mjerenja tenzometrijskom metodom mehaničkih veličina skidera pri privlačenju drva korištena je mjerna oprema Laboratorija za mjerenje mehaničkih veličina šumarskih strojeva Šumarskog fakulteta u Zagrebu koja uključuje mjerne trake dinamometre pojačala računalni program proizvođača Hottinger Baldwin Messtechnik TELUB mjerne vage i opremu za daljinski prijenos podataka proizvođača ELPRO Technologies Pty

Teorijske osnove mjerenja mjernim traka postupak pripeme dijelova skidera u mjerne pretvornike kao i obrada mjernih rezultata će se detaljno prikazati u slijedećim poglavljima

331 Teorijske osnove mjerenja mehaničkih veličina električnim putem

Za razvoj metode mjerenja mehaničkih veličina električnim putem bitno je utjecalo poznavanje odnosa naprezanja u materijalu i njegove deformacije Robert Hooke je 1687 godine otkrio da kruto tijelo pod djelovanjem vlačne sile imaju tendenciju istezanja te ustanovio produljenje tijela uz točno određeni iznos sile Odnos između produljenja i duljine na kojoj je produljenje nastupilo naziva se relativno produljenje (ε)

L

L∆=ε (51)

Odnos između sile i presjeka na koji se ona raspoređuje naziva se naprezanjem i redovito označava oznakom σσσσ odnosno

A

F=σ (52)

Ovaj se pristup koristi kod određivanja čvrstoće materijala Obično se za tu svrhu izrađuju posebne epruvete određene površine presjeka (A) koje se u kidalici opterećuju silom F a smjerovi naprezanja epruveta mogu biti kako vlačni tako i tlačni Postupno povećavajući veličinu sile i istodobno mjereći odgovarajuće produljenje ili skraćenje ispitivane epruvete te računajući vrijednosti parova točaka σσσσ - εεεε odnos naprezanja i istezanja materijala prikazujemo dijagramom

Na dijagramu naprezanja materijala označene su točke najznačajnije za mjerenja mehaničkih veličina Oznake na slici 34 imaju sljedeća značenja

σσσσe - granica elastičnosti - prestankom naprezanja do ove granice materijal se vrati u prvobitne dimenzije a naprezanje veće od granice elastičnosti će uzrokovati trajnu deformaciju materijala

σσσσp - granica plastičnosti - iznad ove granice dolazi do naglog istezanja elementa koji se ispituje nakon čega dolazi do ponovnog očvrščenja materijala

σσσσm - čvrstoća materijala - najveće naprezanje koje materijal može izdržati do trenutka pojave prvih pukotina

σσσσl - prekidna čvrstoća - naprezanja u trenutku potpunog loma elementa koja su manje vrijednosti od same čvrstoće materijala jer se daljnje produljenje odvija pri manjim naprezanjima zbog smanjenja površine presjeka usljed sve većeg nastanka pukotina

Kako se vidi iz dijagrama na slici 34 do granice elastičnosti produljenje materijala odvija se po pravcu Nagib pravca prema apscisi određen je kutom φφφφ Prirast naprezanja po jedinici relativnog produljenja u stvari koeficijent nagiba pravca naziva se modulom elastičnosti ili Young-ovim modulom pa se može prikazati kao

E=φtg (53)

Slika 34 Dijagram naprezanja materijala

50

Stoga se u ovom području može napisati jednadžba pravca poznata i kao Hookov zakon oblika

σ εsdot= E (54)

Uslijed djelovanja vlačnih sila ne dolazi samo do produljenja opterećenog elementa već i do njegovog poprečnoga utezanja (kontrakcije) Isto tako djelovanjem tlačnih sila dolazi do istezanja (ekspanzije) širine elementa (slika 35) Poprečna se kontrakcija ili ekspanzija elementa označava obično sa εεεεt Mnoga su mjerenja pokazala da je do određene granice opterećenja promjena širine elementa srazmjerna uzdužnom istezanju te se taj odnos definira Poissonovim koeficijentom koeficijentom proporcionalnosti ν ili

ε t ε l = ν (55)

Njegova je vrijednost za većinu metala približno jednaka 03

Pojavu promjene otpora vodiča pod djelovanjem opterećenja je otkrio engleski fizičar Sir Charles Wheatstone 1843 godine te prikazao mogućnosti mjernog pretvornika na osnovi simetrično postavljena četiri otpornika Ovaj most po njemu i nosi naziv Wheatstoneov most mada ga je prvi odredio S H Chrislie još 1833 godine Opažanje koje je pred kraljevskim filozofskim društvom iznio lord Kelvin predstavlja prvi eksperiment s elektrootpornim mjernim trakama On je pomoću Wheatestoneovog mosta i galvanometra pokazao da se električni otpor bakarne i željezne žice mijenja njihovim produljenjem Thomson 1856 godine objavljuje prve radove o promjeni otpora vodiča pod djelovanjem opterećenja prema postavkama Wheatstone-a Tehnička primjenjivost njihovih istraživanja je krenula tek 30-ih godina prošlog stoljeća Razlog tome leži u činjenici da su zabilježene promjene otpora bile vrlo male Lord Kelvin i Thomson su koristili visoko osjetljive galvanometre koji su neprikladni za tehničku primjenu Razvoj elektronskih pojačala je ubrzao primjenu elektrootpornih mjernih traka

Godine 1938 Eduard Simons usavršava mjernu traku lijepljenjem žice od konstantana na papir Do istog rješenja dolazi iste godine i Arthur Claude Ruge s tom razlikom da je vrlo tanku žica postavio u zavojiti oblik te je zalijepio između dva papira Prednost njegove mjerne trake je što je bila vrlo tanka i lagana za postavljanje lijepljenjem na bilo koju površinu i omogućavala mjerenje na vrlo tankim i malim predmetima Oblik Ruge-ove mjerne trake se održao do današnjih dana ali s mnogim poboljšanjima kakvoće materijala i tehnologije izrade Masovnija proizvodnja mjernih traka počinje u Evropi poslije drugog svjetskoga rata

Osnovni dijelovi mjerne trake su nosiva podloga mjerna mreža i spojni vodovi a najvažnija značajka efektivna duljina mjerne mreže (slika 36) Mjerna traka mjeri aritmetičku sredinu naprezanja ispod mjerne mrežice Izbor efektivne duljine mjerne mrežice utjecat će na rezultate mjerenja Vrlo kratkom mjernom mrežicom mjere se vršne vrijednosti naprezanja u materijalu Dulja mjerna mrežica omogućit će mjerenje srednjih vrijednosti naprezanja u materijalu Promjeri žica od kojih se rade mjerne trake iznose od 002 do 004 mm Električni je otpor mjerne mreže standardiziran i iznosi 120 Ω ili 350 Ω kod mjernih traka za izradu dinamometara (Hoffmann 1989)

Slika 35 Prikaz odnosa utezanja i istezanja materijala

a - nosiva podloga b - mjerna mrežica c - priključni vodovi d - efektivna duljina mjerne mrežice

Slika 36 Dijelovi mjerne trake

51

Mjerne se trake proizvode u raznim oblicima koji su određeni područjem njihove primjene Najširu primjenu imaju metalne mjerne trake ali za potrebe preciznijih ili kompleksnijih mjerenja razvijene su poluvodičke piezoelektrične foto-elastične mjerne trake te mjerne trake za primjenu pri visokim temperaturama (gt 500 C) Mjerne trake mogu biti izrađene s jednom mrežicom dvije ili pak s tri mrežice Kod mjernih traka s dvije ili tri mrežice njihov se međusobni položaj nalazi pod kutem od 0deg 45deg 60deg 90deg ili 120deg Spajanjem više mjernih traka u liniju dobivamo mjerni lanac odnosno rozetu pri spajanju u kružni oblik Mjerni lanci i rozete su višenamjenske mjerne trake koje omogućavaju veću točnost izmjere naprezanja na većoj površini

Ranije je istaknuto svojstvo većine krutih materijala da u određenom području naprezanja pokazuju linearan odnos između sile i produljenja Pretpostavimo da smo na površinu tijela izrađenih od takvih materijala nalijepili elektrootpornu mjernu traku koja u potpunosti slijedi promjenu dimenzija uslijed naprezanja Neka je duljina vodiča na traci L a površina poprečnog presjeka CD2

gdje je C konstanta a D poprečna dimenzija Za okrugli presjek žice vrijedi C = π4 a D je promjer vodiča Kod pravokutnoga presjeka D je jedna stranica dok je C omjer druge i prve stranice Električni otpor takvoga vodiča može se pokazati relacijom

2DC

LR

sdot

sdot=

ρ (56)

gdje je ρ električni otpor materijala po jedinici duljine ili jednostavno jedinični otpor Prema ranije navedenom nakon opterećenja uzdužnom silom na svakoj će od gornjih veličina doći do promjene Derivira li se gornja jednadžba dobiva se slijedeći oblik

22

2 d2dd

)DC(

LLDC)LL(DCR

sdot

sdotsdotsdotsdotsdotminussdot+sdotsdotsdot=

ρρρ (57)

Podijeli li se jednadžba (57) s jednadžbom (56) dobiva se

LLLL

DD

LL

RR

d

d

d

d21

d

d ρρ+sdotminus= (58)

Lijeva strana jednadžbe (58) očito određuje relativnu promjenu otpora u ovisnosti o relativnom produljenju i u stvari predstavlja osjetljivost mjerne trake Ovaj se odnos uzima kao temeljna značajka mjernih traka Naziva se faktorom trake ili k - faktor Prvi član desne strane jednadžbe određuje ranije spomenuti Poissonov koeficijent ν Drugi član na desnoj strani jednadžbe je odnos relativne promjene jediničnog otpora i relativnog produljenja Ako se taj odnos prikaže oznakom m te uvrsti Poissonov koeficijent onda će jednadžba (58) poprimiti slijedeći oblik

mLL

RRk +sdot+== micro21

d

d (59)

Iz jednadžbe (59) proizlazi da je

R

R

k

∆sdot=

1ε (60)

Jednadžba (60) je temelj mjerenja pomoću elektrootpornih (tenzometrijskih) traka Pomoću nje je moguće izračunavanje produljenja vodiča na osnovi poznate vrijednosti k - faktora i izmjerene promjene električnoga otpora u odnosu na njegovu početnu vrijednost Ta se činjenica u jedinstvu s prethodno opisanim osobinama elastičnoga materijala zapravo koristi pri mjerenju mehaničkih veličina električnim putem

Većina kovina izloženih elastičnoj deformaciji ima približnu osjetljivost na deformaciju k=2 Međutim tek nekoliko njih ima stalnu vrijednost osjetljivosti u svom elastičnom i plastičnom području Danas se za izradu mjernih traka rabe razni materijali od kojih valja spomenuti

advance slitine (k=21)

karma slitine (k=21)

isoelastic slitine (k=36)

slitina No 479 (k=47) i druge

Izražene se vrijednosti k - faktora od strane proizvođača odnose na sobnu temperaturu okoline

52

Promjenom temperature mijenja se i k - faktor Kako je opće poznato zagrijavanjem materijala dolazi do njegovog termičkog istezanja Riječ je o relativnom temperaturnom istezanju materijala Stoga se uvodi tzv temperaturni koeficijent produljenja kao produljenje štapa jedinične duljine pri povišenju temperature za 1K odnosno

T

L

L ∆∆

sdot=1

α (61)

gdje je ∆T promjena temperature L duljina štapa a ∆L temperaturno produljenje

Na pouzdanost pri mjerenju značajno utječu i podloga na koju je mjerna traka nalijepljena ljepilo s kojim se zajedno s podlogom pričvršćuje na mjerno mjesto hrapavost podloge na koju se pričvršćuje i drugi utjecajni parametri Idealan materijal za izradu mrežica tenzometrijskih traka trebao bi posjedovati slijedeće karakteristike

što veću osjetljivost odnosno što veći k ndash faktor

veliki jedinični otpor

malu osjetljivost na temperaturne promjene

visoku granicu razvlačenja

visoku dinamičku izdržljivost

malu mehaničku histerezu

otpornost na koroziju i dr

Mjerenja pomoću elektrootpornih mjernih traka mogu se provoditi svim električnim mjernim mostovima koji se rabe i za mjerenje otpora Da bi se mjerenje provelo kvalitetno treba upotrijebiti mjerni most koji udovoljava slijedećim značajkama

valja postići linearnu karakteristiku između otpora R i signala na instrumentu

kada otpor R teži k nuli treba i odgovarajući odziv na pokaznom instrumentu težiti k nuli

valja postojati mogućnost pojačanja signala povećanjem napona napajanja mosta

mogućnost umjeravanja valja biti što jednostavnija

Gore navedenim zahtjevima najviše udovoljava Wheatestonov most Kako je ranije spomenuto i sasvim male promjene električnog otpora reda veličine tisućinke Ω koje se pojavljuju u mjernim trakama uslijed naprezanja te odgovarajućih istezanja moguće je pouzdano mjeriti pomoću Wheatestonovog mosta

Mjerni sustav se sastoji od mjernih traka povezanih u Wheatestoneov mjerni krug pojačala koji će predati ulazni napon mjernoj traci te primiti izlazni signal napona Postavljanjem mjerne trake na ispitni predmet naprezanja se u njemu prenose na mjernu traku što uzrokuje promjenu električnog otpora trake Promjenom otpora trake most gubi simetriju te dolazi do razlike između ulaznog i izlaznog napona

Osnovna izvedba Wheatestonovog mosta prikazana je na slici 37 na kojoj otpori prikazani u sva četiri mjerna kraka mosta mogu predstavljati elektrootpornu mjernu traku

Simboli koji će se rabiti u ovom poglavlju imaju slijedeća značenja

R - otpornik Ω

∆R - promjena otpora Ω

Uu - ulazni napon V

Ui - izlazni napon mosta V Slika 37 Shematski prikaz Wheatestonova mosta

53

Na početku ćemo pretpostaviti da su otpornici u svim krakovima mosta identični To znači da je most u ravnoteži (izbalansiran) Odatle slijedi da pad napona kroz otpornik R24 mora biti identičan padu napona kroz otpornik R23 Lako se može pokazati da je

13

23

14

24

R

R

R

R= (62)

Ovaj je odnos izuzetno bitan budući da upućuje na to da bilo koja promjena otpora na jednoj strani mosta može biti uravnotežena podešavanjem otpora na suprotnoj strani mosta Na osnovi gornje jednadžbe može se napisati

13

142324

R

RRR

sdot= (63)

Jednadžba ukazuje na to da se uz pouzdano poznavanje otpora R14 te uz pouzdano poznavanje odnosa dvaju otpora na drugoj strani mosta može isto tako pouzdano odrediti nepoznati otpor R24 Nadovezujući se na ovaj primjer može se pretpostaviti slučaj u kojem je nepoznati otpornik upravo naša mjerna traka pričvršćena na ispitivanom uzorku To znači da je most moguće umjeriti prije opterećivanja elementa Nakon uvođenja opterećenja most se može ponovno uravnotežiti podešavanjem odnosa dvaju otpornika R23R13 Ukoliko je poznata promjena odnosa moguće je odrediti razliku otpora mjerne trake prije i poslije opterećenja Ta je razlika bila izazvana relativnim produljenjem kao posljedicom djelovanja vanjskih sila Stoga se relativno produljenje može računati prema relaciji

kR

R

kR

R 1∆∆sdot=

sdot=ε (64)

Ranije je pokazano da je promjena otpora direktno srazmjerna relativnom istezanju tako da je odnos tih dviju veličina moguće veoma lako međusobno umjeriti Mnogo se pogodnija rješenja postižu onda kada se indikator izravno umjeri u vrijednostima relativnog istezanja To znači da se nakon uravnotežavanja mosta na početku mjerenja može očitavati svaku promjenu istezanja u mjerilu izravno na indikatoru

U slučajevima u kojima se pri mjerenjima koriste mjerna pojačala izravna su očitanja promjena naprezanja još mnogo jednostavnija Posebne pogodnosti imaju noviji sustavi za prikupljanje podataka koji preko analogno - digitalne konverzije mjernog signala omogućuju direktnu obradu rezultata mjerenja o čemu će kasnije biti više riječi

Za mjerenja se istodobno može koristiti jedna dvije ili četiri aktivne mjerne trake Ovisno o broju aktivnih mjernih traka razlika se potencijala određuje po slijedećim relacijama

Mjerni pretvornik sa samo jednom ugrađenom mjernom trakom u mjerni most još se naziva četvrt mosta Za četvrt most se može pokazati da vrijedi relacija

4

RR

E

V ∆= (65)

Uvrštavanjem vrijednosti iz relacije (59) u (65) te preuređenjem dobiva se izraz za relativno produljenje

kE

V

sdotsdot

=4

ε (66)

Shematski prikaz četvrt mosta vidi se na slici 38

Osnovna je značajka četvrt mosta samo jedna aktivna mjerna traka Preostala tri kraka mosta mogu činiti neaktivne ili fiktivne mjerne trake ili jednostavno obični otpornici Od posebnog je značaja relacija (66) koja pokazuje da postoji izravna veza između prisutnog relativnog istezanja i napona na dijagonali Ukoliko su poznati napon pobude mosta i k - faktor trake dovoljno je izmjeriti koliko iznosi napon dijagonale izvan

Slika 38 Izvedbe Wheatstoneovog mosta

54

ravnoteže da bi se odredila razina relativnog istezanja Prema nekim mišljenjima mjerni most sa samo jednom aktivnom mjernom trakom posjeduje samo približnu linearnost između promjene otpora i razlike potencijala na dijagonali Ta linearnost postoji samo pri relativno malim promjenama kao što je to slučaj kod žičanih mjernih traka

Mjerni pretvornik s dvije ugrađene mjerne trake naziva se polu most Za polu most je moguće lako dokazati slijedeće odnose

2

RR

E

V ∆= (67)

Mnoge se prednosti postižu uporabom dviju i više aktivnih mjernih traka koje su pod utjecajem promjena nakon što nastupi vanjsko opterećenje ispitivanog uzorka Budući da će kod uporabe dvije aktivne mjerne trake obje utjecati na promjenu električnoga otpora nakon pojave deformacije to će odmak od ravnoteže mosta biti veći To samo po sebi podrazumjeva znatno veću osjetljivost takvoga mosta Posebna je prednost takvih mjernih pretvornika i u tome što se utjecaj temperature pri kojoj se vrše mjerenja može potpuno zanemariti U mnogim će se slučajevima pored navedenog dobiti i značajno veća točnost pri mjerenjima

Mjerni pretvornik s četiri ugrađene mjerne trake naziva se puni most Kod punog mosta vrijedi slijedeći odnos

R

R

E

V ∆= (68)

Shematski se prikaz punog mosta vidi na slici 38 Upotrebom četiriju mjernih traka u mjernom pretvorniku još se više podiže njegova osjetljivost I kod punog mosta valja naglasiti da se utjecaj promijenjivih temperaturnih uvjeta na rezultate mjerenja u potpunosti može zanemariti U punom se mostu ravnoteža mora postići nekim dodatnim otpornicima Upotrebom punog mosta osjetljivost mjernog pretvornika u odnosu na četvrt mosta može se učetverostručiti

Poznavanjem osnovnih značajki mjerne trake s obzirom na objekt mjerenja uvjete mjerenja i potrebnu pouzdanost mjerenja vrši se odabir mjerne trake

Mjerne se trake obično učvršćuju lijepljenjem mada valja spomenuti da se u posebnim slučajevima i točkasto zavaruju Presudnim za uspjeh mjerenja smatra se izbor ljepila te način lijepljenja s obzirom na materijal i površinu mjernog mjesta U pripremi mjernog mjesta mora se obratiti pozornost na pravilno postavljanje i zaštitu mjerne trake kako bi odstranili moguće greške mjerenja Površina mjernog mjesta mora biti potpuno očišćena kako ostanak nečistoća ispod mjerne mrežice ne bi utjecao na točnost mjerenje i suha kako bi se onemogućila korozija trake Osim toga sama površina treba biti glatka bez najmanjih pukotina u materijalu koje bi utjecale na nepravilno prenošenje naprezanje s materijala na mjernu traku Zbog istog razloga sloj ljepila mora biti vrlo tanak ali dovoljan da omogući čvrsto prijanjanje mjerne trake na mjerno mjesto Odmah nakon pripreme mjernoga mjesta valja nalijepiti mjerne trake Postupak lijepljenja ilustriran je na slici 39

Pri povezivanju priključnih vodova mjernih traka lemljenjem pomoću vodiča također postoji opasnost oštećenja mjernih traka Na kraju mjerno mjesto je potrebno zaštiti od vanjskih utjecaja prvenstveno od vlage i mehaničkih oštećenja (slika 40)

Slika 39 Lijepljenje mjerne trake

Slika 40 Zaštita mjerne trake

55

332 Mjerila i mjerna oprema

Za mjerenje predviđenih značajki kretnosti skidera konstruirana su ili primjenjena mjerila za istovremeno određivanje 16 veličina Te veličine su

1 zakretni moment na prednjem desnom kotaču MPD (Nm)

2 zakretni moment na prednjem lijevom kotaču MPL (Nm)

3 zakretni moment na stražnjem desnom kotaču MSD (Nm)

4 zakretni moment na stražnjem lijevom kotaču MSL (Nm)

5 opterećenje na prednjem desnom kotaču GaPD (kN)

6 opterećenje na prednjem lijevom kotaču GaPL (kN)

7 opterećenje na stražnjem desnom kotaču GaSD (kN)

8 opterećenje na stražnjem lijevom kotaču GaSL (kN)

9 broj okretaja prednjeg desnog kotača nPD

10 broj okretaja prednjeg lijevog kotača nPL

11 broj okretaja stražnjeg desnog kotača nSD

12 broj okretaja stražnjeg lijevog kotača nSL

13 broj okretaja petog kotača n5K

14 horizontalna sastavnica sile u užetu H (kN)

15 vertikalna sastavnica sile u užetu V (kN)

16 vrijeme t (s)

Na osnovu podataka izmjere navedenih veličina može se izvršiti proračun potrebnih tehničkih značajki skidera pri privlačenju drva kao što su adhezijska težina skidera vučna i obodna sila faktori privlačenja bruto i neto vuče te kotrljanja dinamički polumjer kotača sila u užetu i kut nagiba užeta koeficijent raspodjele težine tovara brzina kretanja skidera klizanje kotača obodna i vučna snaga te snaga kotrljanja i korisnost kotača

Vertikalna opterećenja kotača predstavljaju masu odnosno težinu koju nose Mogu se odrediti na nekoliko načina proračunskim putem prilikom konstruiranja vozila vaganjem vozila (statički teret dobiven kao izvaga praznog i punog vozila) te kao stvarno opterećenje u radu - dinamička opterećenja (Sever i dr 1989)

Za mjerenje dinamičkih opterećenja na kotačima mjerne su trake postavljene odmah iza kotača na gornju stranu kućišta vratila koji izlazi iz diferencijala prema kotaču (završnom ili planetarnom reduktoru) Upotrebljene su mjerne trake oznake LY11-6120 što označava linearnu mjernu traku (L) nosive podloge od poliamida i mjerne mrežice od konstantana (Y) namijenjenom za postavljanje na čeličnim konstrukcijama (1) s jednom mjernom mrežicom duljine 6 mm i otpora 120 Ω Mjerne trake su kod svakog kotača postavljene u Wheatestone-ov polu-most pri čemu su dvije mjerne trake postavljene pod kutem od 90deg međusobno i s obzirom na uzdužnu i poprečnu os kućišta vratila (slika 42)

Mjerenje zakretnih momenata izvršeno je pomoću mjernih traka postavljenih na obodu kućišta završnih planetarnih reduktora Upotrebljene su mjerne trake oznake XY21-3120 što označava mjernu traku s nosivom podlogom od poliamida i mjerne mrežice od konstantana (Y) namijenjenom za postavljanje na čeličnim konstrukcijama (1) s dvije mjerne mrežice duljine 3 mm i otpora 120 Ω postavljene međusobno pod kutem od 90deg pri čemu je svaka mjerna mrežica otklonjena za 45deg od uzdužne osi mjerne trake (X) Za mjerenje su bile potrebne dvije mjerne trake koje su se postavile dijametralno suprotno na obodu kućišta završnog

Slika 41 Položaj mjernih traka pri mjerenju momenata

56

reduktora (slika 41) Točno postavljanje mjernih traka se izvršilo na osnovu mjerenja opsega oboda kućišta Mjerne trake su na svakom kotaču postavljene u Wheatestone-ov puni-most

Povezivanje je priključnih vodova mjernih traka izvršeno lemljenjem pomoću vodiča površine presjeka 015 mm2 do spojnog mjesta za svaki Wheatestoneov most Na spojnim mjestima su priključeni 4-žilni 15 pinski oklopljeni kablovi koje vode do pojačala

Zbog okretanja kotača bilo je potrebno postaviti klizni prijenosnik na svakom kotaču Nosači su kliznog prijenosnika učvršćeni na kućište završnog reduktora (slika 43) Klizni prijenosnik se sastoji od rotora kliznog prstena i kućišta Rotor je spojen s nosačem te se okreće zajedno s kotačem Na utičnicu rotora je doveden kabel sa spojnog mjesta Kućiste kliznog prijenosnika je učvršćeno elastičnim užetom na dodatnu konstrukciju koja je postavljenja iznad osovina skidera kako bi se omogućilo nesmetano okretanje kotača Signal se promjene otpora traka s utičnice na rotoru prenosi preko prstena i grafitnih četkica na utičnice na kućištu kliznog prijenosnika odakle kabel dalje vodi do pojačala

Dodatni prsten i grafitna četkica u kliznom prijenosniku su iskorišteni kao davači impulsa za određivanje broja okretaja kotača Ovaj postupak je opisao i primjenio Horvat (1993A) za istovremeno očitanje mjernog signala zakretnog momenta i broja okretaja vratila forvardera Od četiri klizna prijenosnika dva su imala prsten podijeljen na 10 segmenata tj za jedan puni okret kotača su bilježila 10 impulsa dok su ostala dva za jedan okret kotača bilježila jedan impuls Klizni prijenosnici s prstenom od 10 segmenata su postavljeni na prednji desni i stražnji lijevi kotač Raspon napona impulsa okreta kotača se kretao od 5 V do 9 V S druge utičnice na kućištu kliznog prijenosnika pomoću kabela se signal prenosio do pojačala S obzirom da je izlazni napon pojačala manji od raspona napona davača impulsa upotrebljeno je vanjsko napajanje pomoću 2 baterijska uloška napona 45 V

Stvarno prevaljeni put mjeren je pomoću slobodno kotrljajućeg petog kotača a njegova primjena je potrebna za određivanje brzine kretanja skidera i klizanja kotača usporedbom njegovog broja okretaja i broja okretaja pogonskih kotača Primjena petog kotača je dosta česta kod ispitivanja poljoprivrednih traktora a kod istraživanja specijalnih šumskih vozila koriste ga mnogi istraživači i može se smatrati najčešćim mjerilom puta (Hassan 1989) Isti autor (1988) opisuje optičko mjerilo puta razvijeno u NCSU za istraživanja skidera u eksploatacijskim uvjetima Sever (1980) kod istraživanja vučne značajke skidera te Horvat (1993A) kod istraživanja forvardera također koriste peti kotač

Peti kotač je zglobno učvršćen na prednju dasku skidera (slika 44) a duljina prevaljenog puta je određena na osnovu njegovog broja okretaja i izmjerenog opsega Na peti kotač je također bio postavljen klizni prijenosnik preko kojeg se na opisani način prenosio impuls promjene napona pomoću prstena s podjelom od 10 segmenata i grafitne četkice

Slika 42 Mjerno mjesto na kućištu osovine kotača

Slika 43 Prepariranje planetarnog reduktora

Slika 44 Peti kotač

57

Određivanje se horizontalne i vertikalne sastavnice sile u užetu pri privlačenju drva izvršilo pomoću dva vlačno-tlačna dinamometra HBM 50 kN i HBM 20 kN Dinamometri su međusobno spojeni pod kutem od 90deg stupnjeva te postavljeni na nosač zglobno učvršćen na mjestu vertikalnih valjaka vitla (slika 45) Sever (1980) navodi da je postavljanje dinamometara na nosač jedini mogući način da se istovremeno registriraju horizontalna i vertikalna sila u užetu u eksploatacijskim uvjetima Na spoju dinamometara je postavljen držač veznog užeta tovara Na taj način je omogućeno točno određivanje sastavnica sila te kuta nagiba užeta Dinamometri su se nalazili točno u horizontalnoj i vertikalnoj ravnini s obzirom na podlogu pri potpuno podignutoj zadnjoj prihvatno-zaštitno-sidrenoj dasci skidera upravo kakav je njen položaj pri privlačenju drva Nedostatak mjerenja vučnih sila dinamometrima pri privlačenju drva se ogleda u pojavi postranih bočnih sila uzrokovanih njihanjem tovara pri kretanju skidera koje vlačno-tlačni dinamometri ne mogu zabilježiti

Svi mjerni pretvornici (mjerne trake davači impulsa napona dinamometri) su spojeni s mjernim pojačalima HBM Spider 8 S obzirom na 15 mjerenih veličina upotrebljena su dva mjerna pojačala Spider 8 spojena u seriju od kojih svaki ima 8 ulaznih kanala SR55 (15-pinski kanali) Za napajanje pojačala je potreban napon od 12 V Prema mjernim pretvornicima šalju izlazni napon od 25 V te primaju povratni naponski signal s mjernih pretvornika i bilježe promjene napona do 2 mVV

Mjerna pojačala su smještena na postolje učvršćeno iza kabine skidera te zaštićeni od vlage i mehaničkih oštećenja

Daljinski prijenos podataka je omogućen primjenom radio modema ELPRO 805 U (ELPRO Technologies Pty Ltd) Radio modem je bio postavljen na samom skideru i spojen preko COM ulaza s mjernim pojačalom HBM Spider 8 primao analogno pojačane mjerne signale te ih odašiljao preko antene postavljene na krovu kabine skidera Drugi radio modem je primao mjerne signale te ih prenosio na terensko računalo

Računalnim programom Catman 40 (Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH) su bilježeni podaci mjerenja Navedeni računalni program je prvenstveno namijenjen mjerenju mehaničkih veličina električnim putem što se ogleda u nekim osnovnim karakteristikama

bull odabir različitih vrsta mjernih pojačala

bull provjera veze između mjernog pretvornika (mjerne trake dinamometra) i računala

bull unošenje mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull prikaz rezultata mjerenja mehaničkih veličina na osnovu primljenog signala i mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull određivanja tare i postavka mjernog pretvornika u nulto stanje

bull određivanje frekvencije očitanja signala s mjernog pretvornika

bull zapis proteklog vremena od pokretanja mjerenja do završetka prema frekvenciji očitanja

bull mogućnost istovremenog primanja mjernih podataka s 40 mjernih pretvornika (40 kanala)

bull snimanje do 10 000 mjernih rezultata po kanalu

bull grafičko i brojčano praćenje mjernih vrijednosti tijekom snimanja podataka

bull prenošenje snimljenih podataka u druge računalne programe (Microsoft Excell)

bull mogućnost matematičke obrade mjernih rezultata s jednog ili više kanala

bull mogućnost programiranja postupka mjerenja

Slika 45 Nosač s vlačno-tlačnim dinamometrima

58

U računalni program Catman 40 su po kanalima označeni mjerni pretvornici i unošene mjerne konstante dobivene umjeravanjem mjernih pretvornika Frekvencija očitanja ulaznog signala je podešena na 50 Hz po kanalu tj vrši se 50 očitanja mjernog rezultata u sekundi na svakom kanalu S obzirom na 15 korištenih kanala tijekom mjerenja te zapisa proteklog vremena mjerenja postignuto je 800 očitanja mjernih veličina u sekundi Rezulati mjerenja su spremani u datoteku Microsoft Excell gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjernja svake 150 sekunde

Programiranje je radio modema izvršeno programom Cfg_805UD Pomoću programa potrebno je odrediti slijedeće postavke na oba radio modema izbor komunikacijskog moda između uređaja adresiranje radio modema serijsku i radio frekvenciju prijenosa mjernog signala

Pri izbor komunikacijskog moda između uređaja odabran je transparentni mod koji omogućava komunikaciju u oba smjera Komunikacijom od skidera do računala omogućen je prijenos mjernih signala dok komunikacijom od računala prema skideru omogućena je provjera veze do mjernog pretvornika U slučaju oštećenja mjernog pretvornika spojnih kablova ili konektora te nepravilnosti električnog napajanja dijela mjernog lanca na skideru možemo odmah uočiti grešku pomoću računalnog programa Catman 40 Kontrolni mod omogućava jednosmjernu komunikaciju između radio modema i ne zadovoljava potrebe mjerenja

Adrese oba radio modema moraju biti postavljene na istu vrijednost jer samo uređaji s istim adresama mogu direktno međusobno komunicirati

Serijski se prijenos podataka ostvaruje između mjernog pojačala i radio modema te radio modema i računala

Radio frekvencija određuje frekvenciju prijenosa podataka između uređaja Zbog toga postavka radio frekvencije prijenosa podataka na oba uređaja mora biti istovjetna Od tri moguće postavke radio frekvencije (19 200 38 400 76 800 bits) izabrana je radio frekvencija od 38 400 bits

Slika 46 Shema mjernog lanca

Radio modemi su opremljeni spremišnim diskom (bufferom) od 2 KB Prijenos podataka počinje kad se napuni spremišni disk a isto tako veza između modema se prekida ukoliko se tijekom mjerenja spremišni disk potpuno isprazni sve do trenutka njegovog punjenja Zbog navedene značajke radio modema najpovoljnije je odabrati iste vrijednosti serijske i radio frekvencije u cilju kontinuiranog prijenosa podataka Pri tome je bilo potrebno uskladiti izlaznu frekvenciju mjernog

59

signala iz pojačala sa serijskom frekvencijom radio modema Mjerno pojačalo HBM Spider 8 se proizvodi s tvornički podešenom izlaznom frekvencijom mjernog signala od 9600 bits Ali pri tome dolazi do prekida veze između radio modema budući da je veća brzina slanja signala od brzine punjenja spremišnog diska od strane mjernog pojačala Povećanje izlazne frekvencije mjernog pojačala HBM Spider 8 izvršeno je direktnim povezivanjem s računalom unosom Hayes-ovih naredbi putem HyperTerminala

Veliki se dio mjerne opreme nalazi na skideru te je za napajanje električnom energijom mjernih pojačala i radio modema na krov kabine učvršćen prijenosni generator

Postavljanjem mjerne opreme nosača i pomoćnih konstrukcija i uređaja povećala se masa skidera (slika 47) Prije početka mjerenja bilo je potrebno odrediti masu opremljenog skidera i opterećenja na kotačima Rezultat mjerenja opterećenja na kotačima pri privlačenju drva je promjena težine na osnovu opterećenja praznog skidera na ravnoj podlozi Određivanje mase i opterećenja na kotačima praznog skidera je izvršeno s četiri vage švedskog proizvođača TELUB

U svakoj se vagi nalaze po četiri neovisna dinamometra namjenjena mjerenju tlačnih naprezanja Na svakom je dinamometru postavljeno po četiri aktivne mjerne trake što znači da je riječ o mjernim pretvornicima s mjernim trakama u punom mostu Mjerni su pretvornici spojeni tako da pojedinačno i zajednički registriraju svako vanjsko opterećenje Svaka je vaga granično opteretiva sa 90 kN Budući da se opterećenje ne mora simetrično rasporediti na sva četiri dinamometra u krajnosti je moguća i takva situacija u kojoj se svaki od tih tlačnih dinamometara može pojedinačno opteretiti s graničnom nosivošću čitave vage Sva četiri tlačna dinamometra na svakoj vagi pripremljena su kao puni mostovi Mjerni pretvornici kvadratnog presjeka postavljeni su u sva četiri kuta podnožja vaga a vijcima su pričvršćeni kako za podnožje vage tako i za njezin poklopac Shematski prikaz jednog od dinamometra dat je na slici 48

Sve su vage spojene s mjernim pojačalom HBM Spider 8 koji je direktno povezan s prijenosnim računalom te su pomoću računalnog programa Catman 40 naprijed opisanom metodom očitani rezultati mjerenja

Vagama su također izmjerene mase svih drvnih sortimenata koje smo koristili u vučnim pokusima

Otpor kotrljanja i nulto klizanje kotača na podlozi (šumskom tlu) na kojem se vrši ispitiavanje vučne značajke utvrđuje se prije početka testiranja povlačenjem traktora u praznom hodu i s položajem transmisije u neutralnom položaju te s dinamometrom pričvršćenim između traktora i vozila koje ga vuče (Hassan 1989) Pri tome je korišten vlačno-tlačni dinamometar HBM 100 kN direktno povezan preko mjernog pojačala HBM Spider 8 s računalom te sila vuče očitana računalnim programom Catman 40

Primjena opisane mjerne opreme kao i potrebitost mjerenja težine tovara i nagiba terena uvjetovala je ispitivanje u kontroliranim uvjetima Ispitivanje u stvarnim eksploatacijskim uvjetima je neizvedivo zbog pretvorbe dijelova skidera u mjerila Zbog postavljanja nosača dinamometara na valjke vitla onemogućen je rad vitla Vitlo je korišteno samo za pripremu i vezanje tovara a pri privlačenju tovar se držao na nosaču Također mjerna oprema je osjetljiva na vlagu (opasnost kondenzacije vlage u mjernim pojačalima konektorima opasnost od kratkog spoja u prijenosu električne struje vrlo malih napona u mjernom lancu) te se u pravilu ispitivanja ne vrše u uvjetima kišnih ili sniježnih oborina

Slika 47 Skider s postavljenom mjernom opremom

Slika 48 Shematski prikaz jednog od četiriju

dinamometara svake vage

60

333 Umjeravanje mjernih pretvornika

Umjeravanje mjernih pretvornika je postupak određivanja mjernih konstanti za točno očitanje rezultata mjerenja Mjerno pojačalo HBM Spider 8 bilježi promjene napona do 2mvV Na osnovu promjene napona u navedenom rasponu pomoću mjernih konstanti unesenih u računalni program Catman 40 za svaki mjerni pretvornik odredit će se točno očitanje signala

Postupak umjeravanja se sastoji od usporedbe ostvarene poznate veličine na mjernom pretvorniku i rezultat očitanja veličine preko mjernog lanca Promjenom mjerne konstante utječemo na rezultat očitanja sve dok se odnos ostvarene i mjerene vrijednosti ne izjednači

Umjeravanja su mjernih pretvornika na skideru obavljena na poligonu za ispitivanje poljoprivredne mehanizacije Poljoprivrednoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu Umjeravanje mjernih traka za mjerenje zakretnih momenta na kotačima postavljenih na završnim reduktorima skidera izvršeno je djelovanjem poznate sile na kraku od 1 m Poluga za opterećivanje je vijcima pričvršćena na vanjsku stranu naplatka kotača dignutoga u zrak Poluga je libelom postavljena u vodoravan položaj te je točno određen krak od 1 m od središta osovine kotača Na tom mjestu je vršeno vertikalno opterećivanje poluge silom koja se mjerila pomoću dinamometra HBM 50 kN (slika 49)

Podaci umjeravanja obrađeni su statističkim metodama s ciljem da se utvrdi ovisnost između ostvarenih i izmjerenih vrijednosti Za svaki kotač su izračunavane linearne regresije podataka umjeravanja kao i vrijednosti koeficijenata korelacije Linearno izjednačenje podataka umjeravanja pokazuju slike od 50 do 53 Na slikama su unesene određene mjerne konstante Sva umjeravanja imaju visoke koeficijente korelacije što znači da je korelacijska veza vrlo čvrsta

Umjeravanje mjernih traka za mjerenje opterećenja na kotačima obavljeno je na način da su kotači postupno opterećivani s utezima sve veće mase Primjenjeni su utezi s certifikatom umjerene masene vrijednosti dobiveni od strane Državnog zavoda za normizaciju i mjeriteljstvo Istodobno su očitavane vrijednosti pomoću TELUB vaga koje su postavljene ispod kotača skidera Podaci o umjeravanju regresijske jednadžbe izjednačavanja podataka s koeficijentima korelacije te mjerne konstante su prikazane na slikama od 54 do 57

Slika 50 Umjeravanje zakretnog momenta na prednjem

lijevom kotaču Slika 51 Umjeravanje zakretnog momenta na

prednjem desnom kotaču

Slika 49 Umjeravanje zakretnog momenta

61

Slika 52 Umjeravanje zakretnog momenta na stražnjem

lijevom kotaču Slika 53 Umjeravanje zakretnog momenta na

stražnjem desnom kotaču

Slika 54 Umjeravanje opterećenja na prednjem lijevom

kotaču Slika 55 Umjeravanje opterećenja na prednjem

desnom kotaču

Slika 56 Umjeravanje opterećenja na stražnjem lijevom

kotaču Slika 57 Umjeravanje opterećenja na stražnjem

desnom kotaču

62

TELUB vage su umjeravane ranije za potrebe istraživanja u okviru rada Laboratorija za mjerenje mehaničkih veličina šumarskih strojeva Šumarskog fakulteta u Zagrebu Mjerne konstante TELUB vaga su prikazane u tablici 10 Korišteni HBM dinamometri su imali tvorničke podatke o umjeravanju i mjernim konstantama koje su provjerene istim opisanim postupkom

Tablica 8 Mjerne konstante TELUB vaga i HBM dinamometara

Mjerna vrijednost

Promjena napona

Vaga 1 Vaga 2 Vaga 3 Vaga 4 Dinamometar 20 kN

Dinamometar 50 kN

Dinamometar 100 kN

mVV t t t t kN kN kN

0 0 0 0 0 0 0 0

2 13143 13268 13305 13118 20 50 100

334 Obrada podataka

Rezultati mjerenja svakog prolaska skidera šumskom vlakom su pohranjivani u datoteke Microsoft Excell-a gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjerenja svake 150 sekunde Isti postupak je izvršen pri mjerenju sile vuče praznog skidera drugim vozilom opterećenja na kotačima opremljenog skidera na ravnoj podlozi i vaganja drvnih sortimenata

Početak snimanja svakog turnusa je počinjao prije kretanja skidera vlakom kako bi se provjerila veza i uspostavio daljinski prijenos podataka Isto tako snimanje podataka se završavalo u trenutka zaustavljanja skidera na kraju vlake Zbog navedenog načina snimanja mjernih podataka u snimljenim datotekama je potrebno ustanoviti samo niz podataka za svaku veličinu koja se odnosi na kretanje skidera Ovaj postupak je izvršen na osnovu grafičkog prikaza mjernih podataka koji se uočljivo razlikuju od trenutka pokretanja do zaustavljanja skidera na osnovu računalnog zapisa vremena Za svaki turnus je određeno vremensko trajanje kretanja skidera s točnošću 002 sekunde i u tom vremenskom intervalu su određene mjere središnje tendencije rasipanja podataka metodama deskriptivne statistike broj opažanja aritmetička sredina i standardna devijacija

Rezultati mjerenja broja okretaja pogonskih kotača i petog kotača predstavljaju niz promjena napona između vrijednosti 5 V i 9 V te su obrađeni pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i Datoteka navedenog računalnog programa je podešena da unosom niza promjena napona zabilježenog na kotaču i frekvencije očitanja mjernih podataka (50 Hz) broj impulsa po jednom okretu kotača prikaže kao ukupan broj okretaja kotača (n) i frekvenciju vrtnje kotača u vremenskim intervalima (slika 58) Ova analiza je izvršena za sve kotače i turnuse u vučnim pokusima

Slika 58 Prikaz obrade podataka pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i

63

34 Mjerenja na tlu

Istraživanja na tlu obuhvatila su kopanje pedoloških profila uzimanje uzoraka tla u narušenom i nenarušenom (prirodnom) stanju mjerenje prodirne značajke tla mjerenje otpora tla na smicanje te mjerenja dubine kolotraga

Informacije o osnovnim značajkama šumskog tla na mjestu istraživanja prikupljene su otvaranjem pedološkog profila i uzimanjem uzoraka tla u narušenom stanju

Mjerenjem prodirne značajke tla i otpora tla na smicanje te uzimanjem uzoraka tla na neizgaženom tlu i tlu na vlakama ovisno o broju prolazaka skidera utvrdila bi se razina oštećenosti šumskoga tla uslijed privlačenja drva

Uzimanje bi se uzoraka tla u nenarušenom stanju također provelo na neizgaženom tlu u tlu vlake a rezultati vodno-fizičkih svojstva tla dobiveni laboratorijskom analizom uzoraka tla također bi bili upotrebljeni za procjenu utjecaja prolaska skidera na oštećenja tla

Istim metodama oštećenja tla prolaskom skidera su utvrđivali Vranković i Pernar (1993) Meek (1996) i Mathies i dr (2003) Seixas i dr (2003)

341 Vrsta tla i sklop horizonata

Analizom pedoloških profila (pedoloških jama) utvrđuju se vrsta i tip tla te sklop njegovih horizonata

Sklop profila čine horizonti njihov broj izraženost debljina te prijelaz jednog horizonta u drugi Horizont je sloj tla sa značajkama koje su rezultat pedogenetskih čimbenika Osim utvđivanja vrste i tipa tla te dubine rasprostiranja pojedinih horizonata na pedološkom profilu vađeni su i Kopeckijevi valjci radi dobivanja spoznaja o gustoći tla i strukturi poroziteta svakog pojedinog horizonta

Pedološki profil je otvoren (kopan) prema dimenzijama na slici 59 Prilikom određivanja njegovoga položaja smještan je ispod vanjskih dijelova krošanja dubećih stabala te su izbjegavana mjesta gdje su u prošlosti prolazile stare vlake s ciljem dobivanja što reprezentativnijeg podatka

342 Uzorci tla u narušenom stanju

Iz uzoraka tla u narušenom (prirodno poremećenom) stanju laboratorijskim analizama mjere se i izračunavaju vodno-fizička svojstva tla zasnovana na masi uzorka Svrha uzimanja ove vrste uzoraka na terenu je određivanje granulometrijskoga sastava tla

Laboratorijske (direktne) metode određivanje granulometrijskoga sastava tla obuhvaćaju sušenje uzorka odvajanje skeleta usitnjavanje i prosijavanje tla preko sita s rupicama promjera 2 mm kako bi se odvojilo sitno tlo (sitnica) Nakon prve faze rada slijedi priprema sitnice za mehaničku analizu prema jednoj od propisanih metoda čija je svrha odvajanje povezanih čestica pijeska praha i gline te spriječavanje njihove ponovne koagulacije uslijed dijelovanja čestica gline U šumarskoj i poljoprivrednoj pedologiji ova faza rada najčešće se izvodi kuhanjem uzorka tla nakon čega se on prebacuje u valjke za sedimentaciju a zatim se vrši određivanje postotnoga sadržaja pojedinih frakcija pipet metodom (Škorić 1986) Pipet metoda se zasniva na poznatoj brzini padanja pojedinih čestica u suspenziji Na osnovi toga se pipetiranjem s određene dubine u valjku nakon točno određenoga vremena odpipetiraju čestice gline čestice praha i gline a krupni i sitni pijesak dobiju se računskim putem

Slika 59 Položaj i dimenzije pedološkog profila

64

Kemijske analize uzoraka tla provedene su po ovim postupcima

minus reakcija tla izmjerena je elektrometrijski kombiniranom elektrodom u suspenziji tla u vodi odnosno u 001 M CaCl2 u odnosu 125 Za mjerenje je korišten laboratorijski mikroprocesorski pH metar oznake MA 5736 točnosti plusmn 001 pH tvrtke Metrel

minus sadržaj humusa određen je bikromatnom metodom po Tjurinu

minus sadržaj ukupnog dušika određen je spaljivanjem po postupku Kjeldahla i destilacijom po Bremneru

343 Uzorci tla u nenarušenom stanju

Svrha uzimanja uzoraka tla u prirodnom stanju je utvrđivanje vodno-fizičkih svojstava tla zasnovanih na volumenu uzorka

Uzorak tla u nenarušenom stanju uziman je pomoću Kopeckijevog valjka zapremine 100 cm3 (visina 44 cm promjer 55 cm) Sam valjak sastoji se od tijela valjka koje je na jednom kraju zabrušen radi lakšeg utiskivanja u tlo metalne mrežice te dva poklopca Valjci moraju biti označeni s istim oznakama na tijelu valjka i poklopcima Prije izlaska na teren pomičnim je mjerilom provjereno odstupaju li dimenzije valjaka od normiranih vrijednosti Da bi se valjak lakše utisnuo u tlo koristi se metalni nastavak za valjke te drveni ili gumeni bat Nakon utiskivanja valjka u tlo skida se nastavak i lopatom se isijeca tlo oko valjka kako bi se on lakše oslobodio od okolnoga tla

Ovako izvađen valjak najčešće ima višak tla s gornje i donje strane koje je potrebno obrezati oštrim nožem da površina tla bude u visini rubova valjka Nakon stavljanja metalne mrežice i oba poklopca valjak je zamatan u najlon te odlagan u putni hladnjak radi sprečavanja isušivanja uzorka tla tijekom transporta do laboratorija Oznake s tijela valjka i podaci o mjestu vađenja (neizgaženo tlo lijevi ili desni kolotrag broj prolaska skidera broj vlake) upisuju se u terenski manual Prilikom uzimanja uzoraka valjci su utiskivani usporedno s površinom tla na dubini od 15 cm Nakon prolaska skidera vađeno je nekoliko valjaka iz lijevog i desnog kolotraga skidera Pri svakom turnusu je također vađeno nekoliko valjaka na neizgaženom tlu u cilju utvrđivanja dnevnih promjena vodno-fizičkih svojstava tla

S obzirom na veliku neujednačenost tla važno je uzeti veći broj uzoraka a kao minimalna količina repeticija preporuča se vađenje pet valjaka u istim uvjetima (Anon1971) S druge strane u ovom istraživanju je vrlo teško ostvariti dovoljan broj uzoraka jer bi se navedenim brojem uzimanja valjaka kopanjem narušila struktura tla šumskih vlaka što bi utjecalo na pogrešno utvrđivanje odnosa kotača i tla

Analize uzoraka tla provedene su u Pedološkom laboratoriju Zavoda za uzgajanje šuma Šumarskoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu u skladu sa Priručnikom za pedološka istraživanja (Škorić 1982) Iz uzoraka tla u nenarušenom stanju laboratorijskim su analizama utvrđena sljedeća vodno-fizička svojstava

Prirodna gustoća tla ρb = (mS V) gcm3

(69)

Određivanje prirodne gustoće tla vrši se tako da se masa suhoga tla podijeli s volumenom koje tlo ima u prirodnom stanju tj tlo iz Kopeckijevoga valjka stavlja se u sušionik te se suši na 105˚C do konstantne mase Masa osušenoga tla (mS) stavlja se u omjer s volumenom valjka (V)

Gustoća čvrste faze tla ρp gcm3

(70)

Ova gustoća određuje se na način da se masa potpuno suhoga tla podijeli s volumenom koji zaprema neporozna masa čvrstih čestica tla koja se određuje na principu tekućine koju istisnu čvrste čestice tla iz napunjene baždarene posude (piknometra) Poznavanje vrijednosti prirodne gustoće tla i gustoće čvrste faze tla omogućuje izračunavanje poroziteta tla

Porozitet tla Φ = [1 ndash (ρb ρp)] vol (71)

Porozitet tla je suma svih šupljina tla ispunjenih vodom i zrakom a izračunava se pomoću prirodne gustoće tla (ρb) i gustoće čvrste faze tla (ρp) Tla mogu biti vrlo malo porozna (lt30 ) malo porozna (30 - 45 ) porozna (45 - 60 ) i vrlo porozna (gt 60 )

65

Trenutna vlaga tla θV0 = [(mW ndash mS) V)] 100 vol (72)

Trenutna vlaga tla predstavlja razliku u masi prirodno vlažnog tla (mW) i osušenoga tla na 105˚C do konstantne mase (mS) koja je svedena na obujam uzorka ndash valjka (V)

Retencijski kapacitet tla za vodu θVS = [(∆mW + mW ndash mS) V] 100 vol (73)

Predstavlja sposobnost tla da drži vodu molekularnom adhezijom hidratacijskim i kapilarnim silama i površinskom napetošću Određivanje retencijskog kapaciteta se vrši na način da se Kopeckijev valjak postavi u posudu na stalak pokriven filter papirom čiji rubovi poniru u vodu Na taj način uzorak tla u valjku upija vodu preko filtar papira Kada se tlo na površini valjka orosi znači da se zasitilo s vodom do retencijskoga kapaciteta Valjak se skida sa stalka ostavlja desetak minuta na filtar papiru da se suvišna vlaga odstrani te se nakon toga obriše i važe Potom se valjak stavlja u sušionik i suši na 105˚C do konstantne mase Retencijski kapacitet tla za vodu izračunava se iz razlike mase navlaženoga tla do retencijskoga kapaciteta (∆mW + mW) i mase suhoga tla (mS) svedene na volumen valjka (V) S obzirom na rezultat retencijski kapacitet tla za vodu može biti vrlo malen (lt 25 ) malen (25 - 35 ) srednji (35 -45 ) velik (45 - 60 ) i vrlo velik (gt 60 )

Kapacitet tla za zrak Φa = Φ ndash θVS vol (74)

Kapacitet tla za zrak je udjel pora tla koje ispunjava zrak u trenutku zasićenja tla do njegovog retencijskog kapaciteta za vodu a izračunava se iz razlike poroziteta tla i retencijskoga kapaciteta tla za vodu Kapacitet tla za vodu se izražava kao vrlo malen (lt 5 ) malen (5 - 10 ) srednji (10 -15 ) velik (15 - 20 ) i vrlo velik (gt 20 )

344 Prodirna značajka tla

Za mjerenje prodirne značajke tla rabljen je digitalni penetrometar Eijkelkamp čije osnovne sastavnice prikazuje slika 60 penetrologger- mjerni uređaj (1) dinamometar (2) čelični nastavci (3) konus (4) referentna ploča (5) te PC konektor (6) Načelo rada ovog penetrometra zasniva se na dinamometarskoj izmjeri primjenjene sile na rukohvatu uređaja kojim se konus poznatih dimenzija utiskuje u tlo Tijekom utiskivanja konusa u tlo ultrazvučni senzor penetrologgera mjeri dubinu prodiranja na osnovi odbijenih valova od referentne ploče (predstavlja površinu tla) s preciznošću od 1 cm Mjerni raspon dinamometra iznosi od 0 do 1 kN s preciznošću izmjere od 1 N Pri samom mjerenju računalo penetrometra zapisuje u njegovu internu memoriju parove izmjerenih podataka tj vrijednosti sile (tlak) i pomaka (dubina prodiranja) pomoću računalnog programa (data acquisition) u ASCII kodu Set penetrometra opremljen je s deset mjernih konusa različitih površina i vršnog kuta (30deg i 60deg) čime je omogućen širok raspon primjene ovog uređaja

Pomoću računalne aplikacije Eijkelkamp PenetroViewer (slika 62) ostvaruje se veza između digitalnog penetrometra i osobnog računala (COM port) kojom je omogućeno programiranje plana istraživanja (odabir veličine i vršnog kuta konusa brzine prodiranja konusa u tlo kao i broj repeticija mjerenja) odnosno vrši prijenos izmjerenih podataka Navedena aplikacija omugućuje i grafički pregled izmjerenih podataka te njihov prijenos iz ASCII koda u format koji koriste standardni tablični kalkulatori (txt csv xls) i statistički paketi Tijekom terenskih istraživanja korišten je konus s površinom presjeka 2 cm2 i vršnim kutem 30deg koji se utiskivao u tlo brzinom 1 cmsec U turnusu je izvođeno po 10 utiskivanja konusa u lijevom desnom kolotragu i na neizgaženom tlu (slika 61)

Slika 60 Eijkelkamp penetrometar

66

Slika 61 Mjerenje penetrometrom Eijkelkamp Slika 62 Aplikacija PenetroViewer ver 424

Uslijed nehomogenosti strukture tla Ronai (1983) i Horvat(1993A 1994A) primjećuju veliko rasipanje podataka između repeticija izmjere prodirnih značajki

Horvat (1994B 1995 1996A 1996B) navodi da se istraživanje ovisnosti otpora tla prodiranju konusa o dubini prodiranja regresijskom analizom može raditi sa srednjim vrijednostima otpora za pojedinu dubinu prodiranja iz ponovljenih mjerenja jednako dobro kao i sa svim podacima Isti autor u citiranim radovima za izjednačavanje podataka koristi eksponencijalni korelacijski oblik p = A sdot (BZ ndash 1) + C za koji navodi da karakteristična točka u kojoj se sijeku vodoravna asimptota i tangenta krivulje iz vrijednosti C može poslužiti za brojčano određenje i ocjenu prodirne značajke tla (slika 63)

345 Posmična čvrstoća tla

Krilna sonda je uređaj koji se sastoji od mjernog krila pričvršćenog na šipku na kojoj se nalazi moment metar naprava kojom se mjeri moment potreban da se okrene krilo u trenutku savladavanja čvrstoće na smicanje uzduž plašta valjka opisanog oko krila (Nonveiller 1979)

Mjerna krila predstavljaju dvije metalne ploče visine (H) i širine (B) međusobno poprečno pričvršćene na metalnu šipku (slika 64)

Krila sonde utiskuju se u tlo do željene dubine mjerenja Okretanjem krila tlo se lomi po plaštu valjka kojemu je promjer jednak širini krila Iz jednakosti momenta torzije (MT) i momenta otpora tla na smicanje na plaštu i bazi valjka kojeg stvaraju krila pri okretanju dobiva se čvrstoća smicanja tla

rArrsdotsdotsdotsdotsdot+sdotsdotsdotsdot= 23

2

22

2

2

TBBB

HBM πτπτ (75)

+sdotsdotπ

sdot=τ

3

2

2

T

BHB

M (76)

Otpor tla na smicanje (posmična čvrstoća) mjeren je krilnom sondom (Eijkelkamp ndash Field inspection Vane tester) Dimenzije krila sonde su 16 mm x 32 mm a mjerno područje ovog instrumenta je u rasponu od 0 do 260 kPa s točnošću očitanja mjernog rezultata od 4 kPa

Slika 63 Izjednačenje podataka prodirne značajke tla

Slika 64 Krilna sonda

67

Mjerni rezultat ovog instrumenta odnosi se na otpor pri smicanju tla u trenutku njegovog sloma Krilnom sondom su izvršena mjerenja u površinskom sloju tla i na dubini od 15 cm i to po 10 mjerenja u lijevom i desnom kolotragu te na nezgaženom tlu u svakom vučnom pokusu

346 Širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga

Za deformacije tla koje nastaju uslijed kretanja vozila po šumskom bespuću ne postoje standardizirane metode izmjere već se u literaturi opisuju kroz širinu gaženog traga dubinu kolotraga ili površinu presjeka gaženog profila tla

Kolotrag kotača vozila Saarilahti (2002A) definira kao površinsku deformaciju tla (ulegnuće) dublje od 10 cm i dulje od 05 m koje je nastalo uslijed sloma i sabijanja tla kretanjem vozila Pod razinom površine tla podrazumijeva dno sloja šumskog listinca ili mahovine Isti autor za prikupljanje podataka o dubini kolotraga na terenu preporuča uzimanje sistematskog uzorka na osnovi kvadratne mreže čija gustoća čvorova (grid) ovisi o željenom intenzitetu izmjereZa izmjeru na terenu koristi se tzv nultom točkom uzorka koja predstavlja čvor položene zamišljene mreže a samu izmjeru vrši na kolotragu koji mu je najbliži Pri tome od nulte točke kolotraga u uzdužnom smjeru vlake sa svake strane na duljini od 15 m mjeri dubinu deformacije tla Samu dubinu kolotraga raščlanjuje u dva razreda prihvatljivu (lt 10 cm) i neprihvatljivu (gt 10 cm) Zadano ograničenje dubine kolotraga (10 cm) zasniva se na procjeni kakvoće izvođenja radova ali i preporukama istraživača (Owende i dr 2002)

Za operativnu procjenu kakvoće izvođenja privlačenja drva Saarilahti (2002I) preporučuje prihvatljivu prosječnu dubinu kolotraga kao onu koja ne prelazi dubinu od 10 cm na više od 10 ukupne duljine cjelokupnoga gaženja tla sječne jedinice

Meek (1996) te Nugent i dr (2001) mjere značajke kolotraga (dubina širina gaženja) prema metodici prikazanoj na slici 65 Košir (2002) navodi da širina gaženja tla pri privlačenju drva ovisi o širini primjenjenoga vozila Usljed višekratnog prolaska vozila isti autor utvrđuje povećanje širine gaženja tla za 05 m sa svake strane vozila

Tijekom istraživanja širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga mjerili su se pomoću geodetske letve duljine 5 m položene na usidrene oslonce nakon svakog prolaska skidera (slika 66) Na svakoj vlaci su određena dva mjesta izmjere dubine kolotraga

Slika 65 Postupak izmjere kolotraga

Slika 66 Mjerenje dubine kolotraga na terenu

68

35 Statistička obrada podataka mjerenja

Terenski podaci mjerenja na tlu prenijeti su iz snimačkih listova u računalne datoteke radi lakše dostupnosti pri obradi podataka Obradom snimljenih podataka obuhvaćeni su kontrola i odabir podataka njihovo razvrstavanje kao i izračunavanje traženih parametara

Obrada podataka provedena je po sljedećem redoslijedu

rArr unošenje snimljenih podataka u računalo i stvaranje datoteka podataka za daljnju obradu

rArr određivanje zahtjeva s obzirom na cilj i razinu pojedinih obrada

rArr izbor metoda analize ili funkcija izjednačenja

rArr izračunavanje traženih parametara

rArr testiranje i analiza rezultata

rArr oblikovanje izlaza

Za opis temeljnih značajki skupova promatranih podataka (neovisne varijable) korištene su metode deskriptivne statistike gdje su izračunate različite mjere središnje tendencije rasipanja mjernih podataka a kao najpovoljnije odabrane su medijan i aritmetička sredina sa standardnom devijacijom kao mjerom rasipanja te vrijednosti Za aritmetičku sredinu kao srednju vrijednosti opažanih podataka postavljen je uvjet da preciznost smije biti maksimalno plusmn005 uz 95 vjerovatnosti Međutim Hitrec (1996) navodi teškoće u pridržavanju takvog uvjeta zbog jako velikog potrebnog uzorka kako bi se dobila potrebna preciznost i zadovoljavajuća pouzdanost što dovodi do predugog trajanja vremena pokusa i njegovog poskupljivanja

Pomoću testa razlike (Studentov t ndash test) provedeno je zaključivanje o značajnosti razlika među izračunatim srednjim vrijednostima opažanja (aritmetičkim sredinama) Na osnovi nulhipoteze pretpostavljeno je da su razlike između dviju sredina opažanja rezultat slučajne varijabilnosti vrijednosti u uzorcima te da između odgovarajućih sredina takve razlike nema Razlike između sredina dijeljene su sa standardnom pogreškom a zatim je kvocijent uspoređen s iznosom od 196 standardne pogreške Tamo gdje je kvocijent veći odbacujemo nulhipotezu a ako je manji smatramo da razlika između sredina nije značajna na 5 -tnoj razini signifikatnosti (Pavlić 1985)

Za testiranje značajnosti razlika prosječnih vrijednosti više skupova podataka (više od dva) istog mjernog parametra korištena je jednostruka analiza varijance (ANOVA) koja predstavlja postupak kojim se ukupna varijabilnost rastavlja na varijabilnost između prosječnih vrijednosti grupa opažanja i na varijabilnost unutar grupa opažanja (Serdar i Šošić 1981) Tim postupkom ova metoda odgovara na pitanje je li značajnija varijabilnost između srednjih vrijednosti grupa ili varijabilnost unutar pojedinih grupa podataka (Vasilj 2000)

Metode statističke analize vremenskih nizova korištene su za opis promjena fizičko-mehaničkih i vodno-fizičkih značajki šumskog tla koje su posljedica višekratnog prolaska forvardera Pri tome su korištena dva individualna indeksa kojima se iskazala dinamika sabijanja tla Indeks sa stalnom bazom iskazuje razinu promjene u odnosu na neku odabranu vrijednost (neizgaženo tlo) Lančani (verižni) indeks korišten je za prikaz promjene praćenih parametara tla u odnosu na svaki ponovni prolazak vozila po šumskom tlu

Za istraživanje mogućih stohastičkih ovisnosti između zadovoljavajuće koreliranih varijabli korištena je regresijska analiza Odabir krivulje izjednačenja vršen je na osnovi slijedećih parametara koeficijenta (determinacije) korelacije (R) standardne devijacije zavisne varijable oko linije izjednačenja (sYX) te t-varijable (tStat) i vjerovatnosti greške prve vrste (P-value) regresijskih koeficjenata (Serdar i Šošić 1981 Kachigan 1991) Za utvrđivanje jakosti veze između izjednačenih nezavisnih i zavisnih varijabli korištena je Roumlmer-Orphal-ova skala (Kump i dr 1970)

Slika 67 Roumlmer-Orphal-ova raspodjela

Matematičko ndash statistička obrada podataka obavljena je uz pomoć osobnog računala primjenom programskih paketa Microsoft Excel 97 i Sta Soft Statistica 50

69

Za izjednačavanje ovisnosti parova podataka koji porastom nezavisne varijable pokazuju da podaci zavisne varijable imaju asimptotski trend porasta korišten je eksponencijalni regresijski računalni program REGEXE primarno razvijen za istraživanja krivulja klizanja kotača vozila (Hitrec i Horvat 1987) Navedeni računalni program čvrstoću veza odabranih regresijskih modela prikazuje pomoću tri parametra r ndash koeficijenta korelacije R ndash indeksa korelacije i R gt ndash testiranja indeksa korelacije temeljem broja opažanja

Utvrđivanje razlika u stupnju sabijenosti tla višekratnim prolaskom skidera je izvršeno usporedbom površina ispod krivulja izjednačenja prodirnih značajki Poznavajući oblik i koeficijente jednadžbi izjednačenja metodom određenih integrala izračunate su površina ispod krivulja

44

31 Skider ECOTRAC 120 V

Skider ECOTRAC 120 V opremljen šumskim vitlom Hittner 2 x 80 je četverokotačno vozilo formule pogona 4x4 (slika 28)

Osnovne su tehničke značajke skidera ECOTRAC 120 V (Horvat i Šušnjar 2005A)

rArr Dimenzije su zglobnoga traktora dane na slici 29 prema odrednicama norme ISO 138612000 (Machinery for forestry ndash Wheeled skidders ndash Terms definitions and commercial specifications)

rArr Masa skidera s vozačem iznosi 7257 kg (59 na prednjoj osovini te 41 na stražnjoj) Na slici 30 u zagradama su mase skidera bez vozača

rArr Točka težišta skidera se nalazi na udaljenosti od 1418 mm od stražnje osovine na visini od 865 mm te je odmaknuta u lijevu stranu od uzdužne simetrale skidera za 02 mm Položaj točke težišta osigurava kut uzdužne stabilnosti od 314deg odnosno kut bočne stabilnosti od 257deg

rArr Najveća dopuštena masa na zadnjoj osovini skidera iznosi 6000 kg

rArr Motor DEUTZ F6L914 diesel hlađen zrakom 6 rednih cilindara stapajnoga obujma 6472 cm3 stupnja kompresije 201 nazivne snage 84 kW pri 2300min-1 te najvećega zakretnoga momenta od 400 Nm pri 1500 min-1 elastičnost po momentu iznosi 147 Jedinična potrošnja goriva iznosi 150 gkWh kod najvećeg zakretnog momenta odnosno 210 gkWh kod nazivne snage Brzinsku značajku motora prikazuje dijagram na slici 31

Slika 29 Osnovne dimenzije skidera ECOTRAC 120 V

Slika 28 Skider ECOTRAC 120 V

45

Slika 30 Raspored masa i položaj težišta skidera ECOTRAC 120 V

rArr Prijenos se snage obavlja klasičnom transmisijom pogonski motor rarr spojka (lamela promjera 310 mm) rarr mehanički mjenjač rarr razdjelnik pogona rarr prednji i stražnji diferencijali (konusno-tanjurasti par zupčanika) s pojedinačnom blokadom rarrzavršni (planetarni) reduktori u kotačima traktora

rArr Mjenjač je s 5 stupnjeva prijenosa naprijed i 1 natrag uz mjenjač za brzi i spori hod Ukupni broj prijenosa 10 prema naprijed 2 prema natrag Najveća je brzina kretanja 30kmh Prijenosni odnosi u sustavu transmisije skidera su prikazani na slici 32 a rimskim brojevima su označeni stupnjevi prijenosa Nominalne brzine prema stupnjevima prijenosa su prikazane u tablici 7

Slika 32 Prijenosni odnosi u sustavu transmisije skidera ECOTRAC 120 V

Slika 31 Brzinska značajka motora

46

Tablica 7 Nominalne brzine prema stupnjevima prijenosa

Stupanj prijenosa

Brzinska grupa

Okretaji motora za jedan okretaj kotača

Nominalna brzina za nazivnu brzinu motora od 2300 min-1

kmh

1 S Spori hod 213 29

2 S Spori hod 116 53

3 S Spori hod 70 87

4 S Spori hod 44 141

5 S Spori hod 29 211

1 B Brzi hod 151 41

2 B Brzi hod 83 74

3 B Brzi hod 50 123

4 B Brzi hod 31 198

5 B Brzi hod 21 297

1 nazad Spori hod 191 32

2 nazad Brzi hod 136 45

rArr Upravljanje je hidraulično preko servoupravljača (Sauer-Danfoss)

rArr Kočnice su hidraulično-mehaničke radne kočnice su zatvorene lamele u ulju parkirne kočioni disk s kliještima

rArr Vitlo je dvobubanjsko Hittner 2 x 80 nazivne vučne sile od 80kN Vučno je uže promjera 14mm duljine po bubnju 70 m prekidne sile 102 kN

rArr Učvršćenje užeta je izvedeno prekidno na obodu bubnja Sigurnosna udaljenost između visine oboda bubnja i visine potpuno namotanog užeta na bubnju iznosi 47 cm Uže se svakog bubnja vodi preko dva vertikalna i jednog horizontalnog valjka

rArr Osnovne su dimenzije jednog bubnja vitla prikazane na slici 33

rArr Vitlo ima hidraulički pogon (Sauer-Danfoss) pužni prijenos snage u vitlu (412) za namatanje i izvlačenje užeta spojka je konusno-tarna kočnica vitla pojasna

rArr Upravljanje je elektrohidraulično preko joysticka i prekidača na palici joysticka i upravljačkoj kutiji

rArr Nazivna brzina privitlavanja 126 ms

rArr Zadnja daska je prihvatna zaštitna i sidrena s mogućnošću podizanja i spuštanja pomoću dva hidraulična cilindra

rArr Prednja daska je pomična širine 2230mm upravljana hidraulično Namijenjena je za uhrpavanje oblovine na pomoćnome stovarištu

rArr Prednje i stražnje gume istih su dimenzija 169-30 broj vlakana 14 PR najveći tlak zraka u gumama - 25 bara nosivost gume - 3000 kg proizvođač Rumaguma

rArr Električni sustav napona 24 V osiguravaju dva akumulatora svaki napona 12 V i kapaciteta125 Ah

rArr Skider ECOTRAC 120 V opremljen je zaštitnom strukturom od prevrtanja vozila (eng ROPS - Roll-over protective structure) zaštitnom strukturom od pada predmeta (eng FOPS - Falling object protective structure) te zaštitnom strukturom kabine tj zaštitnom mrežom (eng OPS - Operative protective structure)

rArr Kabina je prostrana te zadovoljava ergonomske i sigurnosne odrednice ISO normi (Horvat i Šušnjar 2005B)

Slika 33 Dimenzije šumskog vitla Hittner 2x80

47

32 Morfološka analiza

Morfološkom analizom utvrđuje se trenutačno stanje svojstva i zakonitosti ali i mogući tijek razvoja strojeva u šumarstvu Na temelju izabranih geometrijskih masenih i drugih veličina izražavaju se ovisnosti i donosi sud o valjanosti izbora stroja Rezultati provedenih analiza služe

bull šumarskim stručnjacima pri odabiru novih strojeva

bull najpovoljnijoj uporabi strojeva u raznim radnim uvjetima

bull određivanju parametara pri konstrukciji novih strojeva unutar poznatih obitelji

Bekker (1956) provodi jednu od prvih morfoloških analiza vozila za kretanje izvan puteva iznoseći mišljenje kako će objekt koji se kreće u nekom mediju poprimiti oblik koji pruža najmanji otpor kretanju S tog se stajališta morfološka analiza može učiniti ne samo za iskaz dostignute razine dimenzijskog razvoja vozila ili za traženje položaja nekoga vozila u skupu sličnih već i za procjenu budućeg razvoja On navodi kako odnos geometrijskih pokazatelja vozila a posebice tzv faktora noseće ploštine vozila određuje kretnost vozila na mekim tlima

Sever (1980) morfološkom analizom uspoređuje šumske zglobne traktore s vitlom s adaptiranim poljoprivrednim traktorima nedvojbeno utvrdivši kako se iako razvijeni iz poljoprivrednih traktora skideri mogu svrstati u poseban skupobitelj vozila koja ima svojstvene morfološke značajke Ovu analizu proširuje (1986) i na ostala šumarska vozila pa tako i na forvardere utvrdivši kako i obitelj forvardera također ima svojstvene morfološke značajke Sever i Horvat (1985) pri izradi studije skidera a za stvaranje projektnog zadatka za srednji skider upotrebljavaju rezultate morfološke analize Takvu analizu za proračun onih dimenzija skidera (ako nisu poznate) koje trebaju za proračun dinamičke preraspodjele opterećenja upotrebljava i Horvat (1989)

Sever i Knežević (1991) traže između ostalog razliku u morfološkim značajkama forvardera raznih formula pogona (4x6 6x6 i 8x8) U ovoj analizi kao i u ostalima gdje se slikovno iskazuju značajke obitelji vozila najčešće se kao osnovni pokazatelj upotrebljava tzv indeks oblika

Sever i Horvat (1992A) prikazuju banku podataka geometrijskih i drugih značajki skidera i forvardera Isti autori (1992B) analiziraju temeljne morfološke značajke raznih šumskih vozila Iznose mišljenje kako se ovakvim podacima mogu služiti konstruktori pri konstrukciji vozila i šumarski stručnjaci pri njihovu izboru Njihovu bazu podataka forvardera proširuje Poršinsky (1996) tražeći položaj jednog tipa forvardera u cijeloj obitelji

Istražujući i uspoređujući značajke srednjih skidera i APT-a Horvat i Sever (1995 1996) Horvat (1996C i D) Sever i Horvat (1997) te Horvat i dr (2002) upotrebljavaju morfološku analizu

Horvat i Kristić (1999) iznose prvu morfološku analizu prorednih traktorskih skupova (traktor s poluprikolicom i hidrauličkom dizalizom) kao polazište u traženju optimalnoga rješenja za nizinske šume

Na Šumarskom fakultetu u Zagrebu morfološka je analiza upotrebljavana i za istraživanje drugih šumskih strojeva pa je tako Košćak i dr (1995) rabe za šumske sitnilice a Šušnjar (1998) za šumske iverače

Horvat (2001) morfološkom analizom utvrđuje razlike između adaptiranih poljoprivrednih traktora s ugrađenim različitim izvedbama šumskih vitala

Horvat i Šušnjar (2001A i B) prikazuju razvoj morfoloških značajki poljoprivrednih traktora zaključujući da dostignuta raznovrsnost njihove konstrukcije omogućava izbor pogodne inačice traktora za prilagodbu za šumske radove Isti autori (2003) rabe morfološku raščlambu u dijelu analize pogodnosti opremanja uzgojnog traktora tzv farmi izvedbama vitla

Iz ovoga se kratkoga pregleda nekih dosadašnjih radova lako se da zapaziti kako je morfološka analiza značajna metoda u analizi pogodnosti šumskih vozila i drugih strojeva općenito

Cijela zamisao ove analize zasniva se na korelacijskoj ovisnosti između pojedinih parova morfoloških značajki skidera te usporedbi položaja ECOTRAC 120 V unutar cijele obitelji (skupine) skidera

48

33 Mjerenje mehaničkih veličina

U cilju određivanja dinamičkog opterećenja skidera pri privlačenju drva te njegove vučne značajke potrebno je izvršiti mjerenje nekih mehaničkih veličina U istraživanju su odabrane osnovne mehaničke veličine koje se mogu svesti u tri osnovne grupe

bull mjerenje sila

bull mjerenje zakretnih momenata

bull mjerenje pomaka

Osnovna metoda mjerenja mehaničkih veličina je tenzometrija Heidl i Husnjak (1992) tenzometriju opisuju kao metodu mehanike kojom se na konstrukciji ili modelu određuje duljinska deformacija da bi se odredila naprezanja na površini konstrukcije Pri tome se upotrebljavaju mjerni pretvornici na osnovi promjenjivog električnog otpora do kojeg dolazi promjenom njegove duljine (tzv elektrootporna mjerna traka ili strain gauge) Ovom metodom je omogućeno električno mjerenje neelektričnih veličina Krulc (1969) navodi da takva mjerenja imaju prednosti pred mehaničkim i drugim mjerenjima zbog

bull mogućnosti daljinskog prijenosa rezultata mjerenja

bull velike prilagodljivosti

bull velike točnosti i osjetljivosti

bull mogućnosti jednostavnog i velikog povećanja mjerene veličine

bull visoke frekvencije mjernih uređaja

bull mogućnosti višekratnog prikazivanja

bull zapisivanja i

bull spremanja rezultata mjerenja

Primjena tenzometrijske metode omogućuje mjerenja bez narušavanja konstrukcije vozila ali zahtijeva pretvorbu elemenata vozila u mjerila Za iskazivanje vrijednosti mjerene veličine u njenoj osnovnoj mjernoj jedinici potrebno je umjeravanje elemenata mjerila

Tenzometrijskom metodom koriste se Hassan i Gustafson (1983) s tvorničkim dinamometrima Sever (1980) također koristi ovu metodu pretvarajući tzv prepariranjem završne reduktore u kotačima skidera u mjerila momenata Istim načinom momente u završnim reduktorima skidera mjere i Sever (1987) i Horvat (1987) Hassan (1988) tvrdi da je takav način jedini zabilježen Horvat i dr (1991) ugrađuju u stražnje mostove adaptiranog poljoprivrednog traktora prstenasta mjerila zakretnog momenta s tenzometrima Horvat (1993A) također vrši pretvorbu dijelova forvardera za mjerenja zakretnih momenata na kotačima okretaja kotača i vratila tenzometrijskom metodom pomoću mjernih traka

Glavni nedostatak ove metode je smještaj mjernih pojačala te računala za prikupljanje i snimanje podataka te su navedeni autori za njihov smještaj koristili terensko laboratorijsko vozilo koje se kretalo uz ispitivano šumsko vozilo Na taj način su ograničeni uvjeti ispitivanja zbog potrebnog dovoljnog prostora za usporedno kretanje oba vozila kroz šumsku sastojinu

Tenzometrijsku metodu pri mjerenju zakretnih momenata u kotačima forvardera opisao je Marklund (1987) te Olsen i Waumlsterlund (1988) Umjesto klasičnog pojačanja mjernog signala u pojačalima oni koriste računala s AD pretvaračima u svakom kotaču forvardera koji prikupljaju podatke Povezani su s glavnim računalom u kabini forvardera koji u određenim vremenskim intervalima prikuplja i obrađuje podatke Kontrola mjernih rezultata i ispravnosti mjernih pretvornika je bila moguća tek nakon završetka mjerenja

Primjenom tenzometrijske metode prvenstveno u područjima konstrukcije aviona i čeličnih mostova došlo je do razvoja mjernog lanca u pravcu mogućnosti istovremenog snimanja velikog broja mjernih podataka i njihovog prijenosa daljinskim putem

Iz područja šumarstva primjenu daljinskog prijenosa podataka s mjernih pretvornika opisuje tek Pottie (1986) pri određivanju podizne sile hidrauličnih dizalica na kamionskim skupovima Zbog sličnosti s mjerenjima na šumskim vozilima napomenuti će se i primjena daljinskog prijenosa podataka na poljoprivrednim strojevima koju koriste Zajaczkowski (2000) pri mjerenju otpora kod

49

oranja tla poljoprivrednim traktorom i Laibe (2003) pri mjerenju naprezanja na radnim dijelovima stroja za baliranje sijena

Za izvođenje mjerenja tenzometrijskom metodom mehaničkih veličina skidera pri privlačenju drva korištena je mjerna oprema Laboratorija za mjerenje mehaničkih veličina šumarskih strojeva Šumarskog fakulteta u Zagrebu koja uključuje mjerne trake dinamometre pojačala računalni program proizvođača Hottinger Baldwin Messtechnik TELUB mjerne vage i opremu za daljinski prijenos podataka proizvođača ELPRO Technologies Pty

Teorijske osnove mjerenja mjernim traka postupak pripeme dijelova skidera u mjerne pretvornike kao i obrada mjernih rezultata će se detaljno prikazati u slijedećim poglavljima

331 Teorijske osnove mjerenja mehaničkih veličina električnim putem

Za razvoj metode mjerenja mehaničkih veličina električnim putem bitno je utjecalo poznavanje odnosa naprezanja u materijalu i njegove deformacije Robert Hooke je 1687 godine otkrio da kruto tijelo pod djelovanjem vlačne sile imaju tendenciju istezanja te ustanovio produljenje tijela uz točno određeni iznos sile Odnos između produljenja i duljine na kojoj je produljenje nastupilo naziva se relativno produljenje (ε)

L

L∆=ε (51)

Odnos između sile i presjeka na koji se ona raspoređuje naziva se naprezanjem i redovito označava oznakom σσσσ odnosno

A

F=σ (52)

Ovaj se pristup koristi kod određivanja čvrstoće materijala Obično se za tu svrhu izrađuju posebne epruvete određene površine presjeka (A) koje se u kidalici opterećuju silom F a smjerovi naprezanja epruveta mogu biti kako vlačni tako i tlačni Postupno povećavajući veličinu sile i istodobno mjereći odgovarajuće produljenje ili skraćenje ispitivane epruvete te računajući vrijednosti parova točaka σσσσ - εεεε odnos naprezanja i istezanja materijala prikazujemo dijagramom

Na dijagramu naprezanja materijala označene su točke najznačajnije za mjerenja mehaničkih veličina Oznake na slici 34 imaju sljedeća značenja

σσσσe - granica elastičnosti - prestankom naprezanja do ove granice materijal se vrati u prvobitne dimenzije a naprezanje veće od granice elastičnosti će uzrokovati trajnu deformaciju materijala

σσσσp - granica plastičnosti - iznad ove granice dolazi do naglog istezanja elementa koji se ispituje nakon čega dolazi do ponovnog očvrščenja materijala

σσσσm - čvrstoća materijala - najveće naprezanje koje materijal može izdržati do trenutka pojave prvih pukotina

σσσσl - prekidna čvrstoća - naprezanja u trenutku potpunog loma elementa koja su manje vrijednosti od same čvrstoće materijala jer se daljnje produljenje odvija pri manjim naprezanjima zbog smanjenja površine presjeka usljed sve većeg nastanka pukotina

Kako se vidi iz dijagrama na slici 34 do granice elastičnosti produljenje materijala odvija se po pravcu Nagib pravca prema apscisi određen je kutom φφφφ Prirast naprezanja po jedinici relativnog produljenja u stvari koeficijent nagiba pravca naziva se modulom elastičnosti ili Young-ovim modulom pa se može prikazati kao

E=φtg (53)

Slika 34 Dijagram naprezanja materijala

50

Stoga se u ovom području može napisati jednadžba pravca poznata i kao Hookov zakon oblika

σ εsdot= E (54)

Uslijed djelovanja vlačnih sila ne dolazi samo do produljenja opterećenog elementa već i do njegovog poprečnoga utezanja (kontrakcije) Isto tako djelovanjem tlačnih sila dolazi do istezanja (ekspanzije) širine elementa (slika 35) Poprečna se kontrakcija ili ekspanzija elementa označava obično sa εεεεt Mnoga su mjerenja pokazala da je do određene granice opterećenja promjena širine elementa srazmjerna uzdužnom istezanju te se taj odnos definira Poissonovim koeficijentom koeficijentom proporcionalnosti ν ili

ε t ε l = ν (55)

Njegova je vrijednost za većinu metala približno jednaka 03

Pojavu promjene otpora vodiča pod djelovanjem opterećenja je otkrio engleski fizičar Sir Charles Wheatstone 1843 godine te prikazao mogućnosti mjernog pretvornika na osnovi simetrično postavljena četiri otpornika Ovaj most po njemu i nosi naziv Wheatstoneov most mada ga je prvi odredio S H Chrislie još 1833 godine Opažanje koje je pred kraljevskim filozofskim društvom iznio lord Kelvin predstavlja prvi eksperiment s elektrootpornim mjernim trakama On je pomoću Wheatestoneovog mosta i galvanometra pokazao da se električni otpor bakarne i željezne žice mijenja njihovim produljenjem Thomson 1856 godine objavljuje prve radove o promjeni otpora vodiča pod djelovanjem opterećenja prema postavkama Wheatstone-a Tehnička primjenjivost njihovih istraživanja je krenula tek 30-ih godina prošlog stoljeća Razlog tome leži u činjenici da su zabilježene promjene otpora bile vrlo male Lord Kelvin i Thomson su koristili visoko osjetljive galvanometre koji su neprikladni za tehničku primjenu Razvoj elektronskih pojačala je ubrzao primjenu elektrootpornih mjernih traka

Godine 1938 Eduard Simons usavršava mjernu traku lijepljenjem žice od konstantana na papir Do istog rješenja dolazi iste godine i Arthur Claude Ruge s tom razlikom da je vrlo tanku žica postavio u zavojiti oblik te je zalijepio između dva papira Prednost njegove mjerne trake je što je bila vrlo tanka i lagana za postavljanje lijepljenjem na bilo koju površinu i omogućavala mjerenje na vrlo tankim i malim predmetima Oblik Ruge-ove mjerne trake se održao do današnjih dana ali s mnogim poboljšanjima kakvoće materijala i tehnologije izrade Masovnija proizvodnja mjernih traka počinje u Evropi poslije drugog svjetskoga rata

Osnovni dijelovi mjerne trake su nosiva podloga mjerna mreža i spojni vodovi a najvažnija značajka efektivna duljina mjerne mreže (slika 36) Mjerna traka mjeri aritmetičku sredinu naprezanja ispod mjerne mrežice Izbor efektivne duljine mjerne mrežice utjecat će na rezultate mjerenja Vrlo kratkom mjernom mrežicom mjere se vršne vrijednosti naprezanja u materijalu Dulja mjerna mrežica omogućit će mjerenje srednjih vrijednosti naprezanja u materijalu Promjeri žica od kojih se rade mjerne trake iznose od 002 do 004 mm Električni je otpor mjerne mreže standardiziran i iznosi 120 Ω ili 350 Ω kod mjernih traka za izradu dinamometara (Hoffmann 1989)

Slika 35 Prikaz odnosa utezanja i istezanja materijala

a - nosiva podloga b - mjerna mrežica c - priključni vodovi d - efektivna duljina mjerne mrežice

Slika 36 Dijelovi mjerne trake

51

Mjerne se trake proizvode u raznim oblicima koji su određeni područjem njihove primjene Najširu primjenu imaju metalne mjerne trake ali za potrebe preciznijih ili kompleksnijih mjerenja razvijene su poluvodičke piezoelektrične foto-elastične mjerne trake te mjerne trake za primjenu pri visokim temperaturama (gt 500 C) Mjerne trake mogu biti izrađene s jednom mrežicom dvije ili pak s tri mrežice Kod mjernih traka s dvije ili tri mrežice njihov se međusobni položaj nalazi pod kutem od 0deg 45deg 60deg 90deg ili 120deg Spajanjem više mjernih traka u liniju dobivamo mjerni lanac odnosno rozetu pri spajanju u kružni oblik Mjerni lanci i rozete su višenamjenske mjerne trake koje omogućavaju veću točnost izmjere naprezanja na većoj površini

Ranije je istaknuto svojstvo većine krutih materijala da u određenom području naprezanja pokazuju linearan odnos između sile i produljenja Pretpostavimo da smo na površinu tijela izrađenih od takvih materijala nalijepili elektrootpornu mjernu traku koja u potpunosti slijedi promjenu dimenzija uslijed naprezanja Neka je duljina vodiča na traci L a površina poprečnog presjeka CD2

gdje je C konstanta a D poprečna dimenzija Za okrugli presjek žice vrijedi C = π4 a D je promjer vodiča Kod pravokutnoga presjeka D je jedna stranica dok je C omjer druge i prve stranice Električni otpor takvoga vodiča može se pokazati relacijom

2DC

LR

sdot

sdot=

ρ (56)

gdje je ρ električni otpor materijala po jedinici duljine ili jednostavno jedinični otpor Prema ranije navedenom nakon opterećenja uzdužnom silom na svakoj će od gornjih veličina doći do promjene Derivira li se gornja jednadžba dobiva se slijedeći oblik

22

2 d2dd

)DC(

LLDC)LL(DCR

sdot

sdotsdotsdotsdotsdotminussdot+sdotsdotsdot=

ρρρ (57)

Podijeli li se jednadžba (57) s jednadžbom (56) dobiva se

LLLL

DD

LL

RR

d

d

d

d21

d

d ρρ+sdotminus= (58)

Lijeva strana jednadžbe (58) očito određuje relativnu promjenu otpora u ovisnosti o relativnom produljenju i u stvari predstavlja osjetljivost mjerne trake Ovaj se odnos uzima kao temeljna značajka mjernih traka Naziva se faktorom trake ili k - faktor Prvi član desne strane jednadžbe određuje ranije spomenuti Poissonov koeficijent ν Drugi član na desnoj strani jednadžbe je odnos relativne promjene jediničnog otpora i relativnog produljenja Ako se taj odnos prikaže oznakom m te uvrsti Poissonov koeficijent onda će jednadžba (58) poprimiti slijedeći oblik

mLL

RRk +sdot+== micro21

d

d (59)

Iz jednadžbe (59) proizlazi da je

R

R

k

∆sdot=

1ε (60)

Jednadžba (60) je temelj mjerenja pomoću elektrootpornih (tenzometrijskih) traka Pomoću nje je moguće izračunavanje produljenja vodiča na osnovi poznate vrijednosti k - faktora i izmjerene promjene električnoga otpora u odnosu na njegovu početnu vrijednost Ta se činjenica u jedinstvu s prethodno opisanim osobinama elastičnoga materijala zapravo koristi pri mjerenju mehaničkih veličina električnim putem

Većina kovina izloženih elastičnoj deformaciji ima približnu osjetljivost na deformaciju k=2 Međutim tek nekoliko njih ima stalnu vrijednost osjetljivosti u svom elastičnom i plastičnom području Danas se za izradu mjernih traka rabe razni materijali od kojih valja spomenuti

advance slitine (k=21)

karma slitine (k=21)

isoelastic slitine (k=36)

slitina No 479 (k=47) i druge

Izražene se vrijednosti k - faktora od strane proizvođača odnose na sobnu temperaturu okoline

52

Promjenom temperature mijenja se i k - faktor Kako je opće poznato zagrijavanjem materijala dolazi do njegovog termičkog istezanja Riječ je o relativnom temperaturnom istezanju materijala Stoga se uvodi tzv temperaturni koeficijent produljenja kao produljenje štapa jedinične duljine pri povišenju temperature za 1K odnosno

T

L

L ∆∆

sdot=1

α (61)

gdje je ∆T promjena temperature L duljina štapa a ∆L temperaturno produljenje

Na pouzdanost pri mjerenju značajno utječu i podloga na koju je mjerna traka nalijepljena ljepilo s kojim se zajedno s podlogom pričvršćuje na mjerno mjesto hrapavost podloge na koju se pričvršćuje i drugi utjecajni parametri Idealan materijal za izradu mrežica tenzometrijskih traka trebao bi posjedovati slijedeće karakteristike

što veću osjetljivost odnosno što veći k ndash faktor

veliki jedinični otpor

malu osjetljivost na temperaturne promjene

visoku granicu razvlačenja

visoku dinamičku izdržljivost

malu mehaničku histerezu

otpornost na koroziju i dr

Mjerenja pomoću elektrootpornih mjernih traka mogu se provoditi svim električnim mjernim mostovima koji se rabe i za mjerenje otpora Da bi se mjerenje provelo kvalitetno treba upotrijebiti mjerni most koji udovoljava slijedećim značajkama

valja postići linearnu karakteristiku između otpora R i signala na instrumentu

kada otpor R teži k nuli treba i odgovarajući odziv na pokaznom instrumentu težiti k nuli

valja postojati mogućnost pojačanja signala povećanjem napona napajanja mosta

mogućnost umjeravanja valja biti što jednostavnija

Gore navedenim zahtjevima najviše udovoljava Wheatestonov most Kako je ranije spomenuto i sasvim male promjene električnog otpora reda veličine tisućinke Ω koje se pojavljuju u mjernim trakama uslijed naprezanja te odgovarajućih istezanja moguće je pouzdano mjeriti pomoću Wheatestonovog mosta

Mjerni sustav se sastoji od mjernih traka povezanih u Wheatestoneov mjerni krug pojačala koji će predati ulazni napon mjernoj traci te primiti izlazni signal napona Postavljanjem mjerne trake na ispitni predmet naprezanja se u njemu prenose na mjernu traku što uzrokuje promjenu električnog otpora trake Promjenom otpora trake most gubi simetriju te dolazi do razlike između ulaznog i izlaznog napona

Osnovna izvedba Wheatestonovog mosta prikazana je na slici 37 na kojoj otpori prikazani u sva četiri mjerna kraka mosta mogu predstavljati elektrootpornu mjernu traku

Simboli koji će se rabiti u ovom poglavlju imaju slijedeća značenja

R - otpornik Ω

∆R - promjena otpora Ω

Uu - ulazni napon V

Ui - izlazni napon mosta V Slika 37 Shematski prikaz Wheatestonova mosta

53

Na početku ćemo pretpostaviti da su otpornici u svim krakovima mosta identični To znači da je most u ravnoteži (izbalansiran) Odatle slijedi da pad napona kroz otpornik R24 mora biti identičan padu napona kroz otpornik R23 Lako se može pokazati da je

13

23

14

24

R

R

R

R= (62)

Ovaj je odnos izuzetno bitan budući da upućuje na to da bilo koja promjena otpora na jednoj strani mosta može biti uravnotežena podešavanjem otpora na suprotnoj strani mosta Na osnovi gornje jednadžbe može se napisati

13

142324

R

RRR

sdot= (63)

Jednadžba ukazuje na to da se uz pouzdano poznavanje otpora R14 te uz pouzdano poznavanje odnosa dvaju otpora na drugoj strani mosta može isto tako pouzdano odrediti nepoznati otpor R24 Nadovezujući se na ovaj primjer može se pretpostaviti slučaj u kojem je nepoznati otpornik upravo naša mjerna traka pričvršćena na ispitivanom uzorku To znači da je most moguće umjeriti prije opterećivanja elementa Nakon uvođenja opterećenja most se može ponovno uravnotežiti podešavanjem odnosa dvaju otpornika R23R13 Ukoliko je poznata promjena odnosa moguće je odrediti razliku otpora mjerne trake prije i poslije opterećenja Ta je razlika bila izazvana relativnim produljenjem kao posljedicom djelovanja vanjskih sila Stoga se relativno produljenje može računati prema relaciji

kR

R

kR

R 1∆∆sdot=

sdot=ε (64)

Ranije je pokazano da je promjena otpora direktno srazmjerna relativnom istezanju tako da je odnos tih dviju veličina moguće veoma lako međusobno umjeriti Mnogo se pogodnija rješenja postižu onda kada se indikator izravno umjeri u vrijednostima relativnog istezanja To znači da se nakon uravnotežavanja mosta na početku mjerenja može očitavati svaku promjenu istezanja u mjerilu izravno na indikatoru

U slučajevima u kojima se pri mjerenjima koriste mjerna pojačala izravna su očitanja promjena naprezanja još mnogo jednostavnija Posebne pogodnosti imaju noviji sustavi za prikupljanje podataka koji preko analogno - digitalne konverzije mjernog signala omogućuju direktnu obradu rezultata mjerenja o čemu će kasnije biti više riječi

Za mjerenja se istodobno može koristiti jedna dvije ili četiri aktivne mjerne trake Ovisno o broju aktivnih mjernih traka razlika se potencijala određuje po slijedećim relacijama

Mjerni pretvornik sa samo jednom ugrađenom mjernom trakom u mjerni most još se naziva četvrt mosta Za četvrt most se može pokazati da vrijedi relacija

4

RR

E

V ∆= (65)

Uvrštavanjem vrijednosti iz relacije (59) u (65) te preuređenjem dobiva se izraz za relativno produljenje

kE

V

sdotsdot

=4

ε (66)

Shematski prikaz četvrt mosta vidi se na slici 38

Osnovna je značajka četvrt mosta samo jedna aktivna mjerna traka Preostala tri kraka mosta mogu činiti neaktivne ili fiktivne mjerne trake ili jednostavno obični otpornici Od posebnog je značaja relacija (66) koja pokazuje da postoji izravna veza između prisutnog relativnog istezanja i napona na dijagonali Ukoliko su poznati napon pobude mosta i k - faktor trake dovoljno je izmjeriti koliko iznosi napon dijagonale izvan

Slika 38 Izvedbe Wheatstoneovog mosta

54

ravnoteže da bi se odredila razina relativnog istezanja Prema nekim mišljenjima mjerni most sa samo jednom aktivnom mjernom trakom posjeduje samo približnu linearnost između promjene otpora i razlike potencijala na dijagonali Ta linearnost postoji samo pri relativno malim promjenama kao što je to slučaj kod žičanih mjernih traka

Mjerni pretvornik s dvije ugrađene mjerne trake naziva se polu most Za polu most je moguće lako dokazati slijedeće odnose

2

RR

E

V ∆= (67)

Mnoge se prednosti postižu uporabom dviju i više aktivnih mjernih traka koje su pod utjecajem promjena nakon što nastupi vanjsko opterećenje ispitivanog uzorka Budući da će kod uporabe dvije aktivne mjerne trake obje utjecati na promjenu električnoga otpora nakon pojave deformacije to će odmak od ravnoteže mosta biti veći To samo po sebi podrazumjeva znatno veću osjetljivost takvoga mosta Posebna je prednost takvih mjernih pretvornika i u tome što se utjecaj temperature pri kojoj se vrše mjerenja može potpuno zanemariti U mnogim će se slučajevima pored navedenog dobiti i značajno veća točnost pri mjerenjima

Mjerni pretvornik s četiri ugrađene mjerne trake naziva se puni most Kod punog mosta vrijedi slijedeći odnos

R

R

E

V ∆= (68)

Shematski se prikaz punog mosta vidi na slici 38 Upotrebom četiriju mjernih traka u mjernom pretvorniku još se više podiže njegova osjetljivost I kod punog mosta valja naglasiti da se utjecaj promijenjivih temperaturnih uvjeta na rezultate mjerenja u potpunosti može zanemariti U punom se mostu ravnoteža mora postići nekim dodatnim otpornicima Upotrebom punog mosta osjetljivost mjernog pretvornika u odnosu na četvrt mosta može se učetverostručiti

Poznavanjem osnovnih značajki mjerne trake s obzirom na objekt mjerenja uvjete mjerenja i potrebnu pouzdanost mjerenja vrši se odabir mjerne trake

Mjerne se trake obično učvršćuju lijepljenjem mada valja spomenuti da se u posebnim slučajevima i točkasto zavaruju Presudnim za uspjeh mjerenja smatra se izbor ljepila te način lijepljenja s obzirom na materijal i površinu mjernog mjesta U pripremi mjernog mjesta mora se obratiti pozornost na pravilno postavljanje i zaštitu mjerne trake kako bi odstranili moguće greške mjerenja Površina mjernog mjesta mora biti potpuno očišćena kako ostanak nečistoća ispod mjerne mrežice ne bi utjecao na točnost mjerenje i suha kako bi se onemogućila korozija trake Osim toga sama površina treba biti glatka bez najmanjih pukotina u materijalu koje bi utjecale na nepravilno prenošenje naprezanje s materijala na mjernu traku Zbog istog razloga sloj ljepila mora biti vrlo tanak ali dovoljan da omogući čvrsto prijanjanje mjerne trake na mjerno mjesto Odmah nakon pripreme mjernoga mjesta valja nalijepiti mjerne trake Postupak lijepljenja ilustriran je na slici 39

Pri povezivanju priključnih vodova mjernih traka lemljenjem pomoću vodiča također postoji opasnost oštećenja mjernih traka Na kraju mjerno mjesto je potrebno zaštiti od vanjskih utjecaja prvenstveno od vlage i mehaničkih oštećenja (slika 40)

Slika 39 Lijepljenje mjerne trake

Slika 40 Zaštita mjerne trake

55

332 Mjerila i mjerna oprema

Za mjerenje predviđenih značajki kretnosti skidera konstruirana su ili primjenjena mjerila za istovremeno određivanje 16 veličina Te veličine su

1 zakretni moment na prednjem desnom kotaču MPD (Nm)

2 zakretni moment na prednjem lijevom kotaču MPL (Nm)

3 zakretni moment na stražnjem desnom kotaču MSD (Nm)

4 zakretni moment na stražnjem lijevom kotaču MSL (Nm)

5 opterećenje na prednjem desnom kotaču GaPD (kN)

6 opterećenje na prednjem lijevom kotaču GaPL (kN)

7 opterećenje na stražnjem desnom kotaču GaSD (kN)

8 opterećenje na stražnjem lijevom kotaču GaSL (kN)

9 broj okretaja prednjeg desnog kotača nPD

10 broj okretaja prednjeg lijevog kotača nPL

11 broj okretaja stražnjeg desnog kotača nSD

12 broj okretaja stražnjeg lijevog kotača nSL

13 broj okretaja petog kotača n5K

14 horizontalna sastavnica sile u užetu H (kN)

15 vertikalna sastavnica sile u užetu V (kN)

16 vrijeme t (s)

Na osnovu podataka izmjere navedenih veličina može se izvršiti proračun potrebnih tehničkih značajki skidera pri privlačenju drva kao što su adhezijska težina skidera vučna i obodna sila faktori privlačenja bruto i neto vuče te kotrljanja dinamički polumjer kotača sila u užetu i kut nagiba užeta koeficijent raspodjele težine tovara brzina kretanja skidera klizanje kotača obodna i vučna snaga te snaga kotrljanja i korisnost kotača

Vertikalna opterećenja kotača predstavljaju masu odnosno težinu koju nose Mogu se odrediti na nekoliko načina proračunskim putem prilikom konstruiranja vozila vaganjem vozila (statički teret dobiven kao izvaga praznog i punog vozila) te kao stvarno opterećenje u radu - dinamička opterećenja (Sever i dr 1989)

Za mjerenje dinamičkih opterećenja na kotačima mjerne su trake postavljene odmah iza kotača na gornju stranu kućišta vratila koji izlazi iz diferencijala prema kotaču (završnom ili planetarnom reduktoru) Upotrebljene su mjerne trake oznake LY11-6120 što označava linearnu mjernu traku (L) nosive podloge od poliamida i mjerne mrežice od konstantana (Y) namijenjenom za postavljanje na čeličnim konstrukcijama (1) s jednom mjernom mrežicom duljine 6 mm i otpora 120 Ω Mjerne trake su kod svakog kotača postavljene u Wheatestone-ov polu-most pri čemu su dvije mjerne trake postavljene pod kutem od 90deg međusobno i s obzirom na uzdužnu i poprečnu os kućišta vratila (slika 42)

Mjerenje zakretnih momenata izvršeno je pomoću mjernih traka postavljenih na obodu kućišta završnih planetarnih reduktora Upotrebljene su mjerne trake oznake XY21-3120 što označava mjernu traku s nosivom podlogom od poliamida i mjerne mrežice od konstantana (Y) namijenjenom za postavljanje na čeličnim konstrukcijama (1) s dvije mjerne mrežice duljine 3 mm i otpora 120 Ω postavljene međusobno pod kutem od 90deg pri čemu je svaka mjerna mrežica otklonjena za 45deg od uzdužne osi mjerne trake (X) Za mjerenje su bile potrebne dvije mjerne trake koje su se postavile dijametralno suprotno na obodu kućišta završnog

Slika 41 Položaj mjernih traka pri mjerenju momenata

56

reduktora (slika 41) Točno postavljanje mjernih traka se izvršilo na osnovu mjerenja opsega oboda kućišta Mjerne trake su na svakom kotaču postavljene u Wheatestone-ov puni-most

Povezivanje je priključnih vodova mjernih traka izvršeno lemljenjem pomoću vodiča površine presjeka 015 mm2 do spojnog mjesta za svaki Wheatestoneov most Na spojnim mjestima su priključeni 4-žilni 15 pinski oklopljeni kablovi koje vode do pojačala

Zbog okretanja kotača bilo je potrebno postaviti klizni prijenosnik na svakom kotaču Nosači su kliznog prijenosnika učvršćeni na kućište završnog reduktora (slika 43) Klizni prijenosnik se sastoji od rotora kliznog prstena i kućišta Rotor je spojen s nosačem te se okreće zajedno s kotačem Na utičnicu rotora je doveden kabel sa spojnog mjesta Kućiste kliznog prijenosnika je učvršćeno elastičnim užetom na dodatnu konstrukciju koja je postavljenja iznad osovina skidera kako bi se omogućilo nesmetano okretanje kotača Signal se promjene otpora traka s utičnice na rotoru prenosi preko prstena i grafitnih četkica na utičnice na kućištu kliznog prijenosnika odakle kabel dalje vodi do pojačala

Dodatni prsten i grafitna četkica u kliznom prijenosniku su iskorišteni kao davači impulsa za određivanje broja okretaja kotača Ovaj postupak je opisao i primjenio Horvat (1993A) za istovremeno očitanje mjernog signala zakretnog momenta i broja okretaja vratila forvardera Od četiri klizna prijenosnika dva su imala prsten podijeljen na 10 segmenata tj za jedan puni okret kotača su bilježila 10 impulsa dok su ostala dva za jedan okret kotača bilježila jedan impuls Klizni prijenosnici s prstenom od 10 segmenata su postavljeni na prednji desni i stražnji lijevi kotač Raspon napona impulsa okreta kotača se kretao od 5 V do 9 V S druge utičnice na kućištu kliznog prijenosnika pomoću kabela se signal prenosio do pojačala S obzirom da je izlazni napon pojačala manji od raspona napona davača impulsa upotrebljeno je vanjsko napajanje pomoću 2 baterijska uloška napona 45 V

Stvarno prevaljeni put mjeren je pomoću slobodno kotrljajućeg petog kotača a njegova primjena je potrebna za određivanje brzine kretanja skidera i klizanja kotača usporedbom njegovog broja okretaja i broja okretaja pogonskih kotača Primjena petog kotača je dosta česta kod ispitivanja poljoprivrednih traktora a kod istraživanja specijalnih šumskih vozila koriste ga mnogi istraživači i može se smatrati najčešćim mjerilom puta (Hassan 1989) Isti autor (1988) opisuje optičko mjerilo puta razvijeno u NCSU za istraživanja skidera u eksploatacijskim uvjetima Sever (1980) kod istraživanja vučne značajke skidera te Horvat (1993A) kod istraživanja forvardera također koriste peti kotač

Peti kotač je zglobno učvršćen na prednju dasku skidera (slika 44) a duljina prevaljenog puta je određena na osnovu njegovog broja okretaja i izmjerenog opsega Na peti kotač je također bio postavljen klizni prijenosnik preko kojeg se na opisani način prenosio impuls promjene napona pomoću prstena s podjelom od 10 segmenata i grafitne četkice

Slika 42 Mjerno mjesto na kućištu osovine kotača

Slika 43 Prepariranje planetarnog reduktora

Slika 44 Peti kotač

57

Određivanje se horizontalne i vertikalne sastavnice sile u užetu pri privlačenju drva izvršilo pomoću dva vlačno-tlačna dinamometra HBM 50 kN i HBM 20 kN Dinamometri su međusobno spojeni pod kutem od 90deg stupnjeva te postavljeni na nosač zglobno učvršćen na mjestu vertikalnih valjaka vitla (slika 45) Sever (1980) navodi da je postavljanje dinamometara na nosač jedini mogući način da se istovremeno registriraju horizontalna i vertikalna sila u užetu u eksploatacijskim uvjetima Na spoju dinamometara je postavljen držač veznog užeta tovara Na taj način je omogućeno točno određivanje sastavnica sila te kuta nagiba užeta Dinamometri su se nalazili točno u horizontalnoj i vertikalnoj ravnini s obzirom na podlogu pri potpuno podignutoj zadnjoj prihvatno-zaštitno-sidrenoj dasci skidera upravo kakav je njen položaj pri privlačenju drva Nedostatak mjerenja vučnih sila dinamometrima pri privlačenju drva se ogleda u pojavi postranih bočnih sila uzrokovanih njihanjem tovara pri kretanju skidera koje vlačno-tlačni dinamometri ne mogu zabilježiti

Svi mjerni pretvornici (mjerne trake davači impulsa napona dinamometri) su spojeni s mjernim pojačalima HBM Spider 8 S obzirom na 15 mjerenih veličina upotrebljena su dva mjerna pojačala Spider 8 spojena u seriju od kojih svaki ima 8 ulaznih kanala SR55 (15-pinski kanali) Za napajanje pojačala je potreban napon od 12 V Prema mjernim pretvornicima šalju izlazni napon od 25 V te primaju povratni naponski signal s mjernih pretvornika i bilježe promjene napona do 2 mVV

Mjerna pojačala su smještena na postolje učvršćeno iza kabine skidera te zaštićeni od vlage i mehaničkih oštećenja

Daljinski prijenos podataka je omogućen primjenom radio modema ELPRO 805 U (ELPRO Technologies Pty Ltd) Radio modem je bio postavljen na samom skideru i spojen preko COM ulaza s mjernim pojačalom HBM Spider 8 primao analogno pojačane mjerne signale te ih odašiljao preko antene postavljene na krovu kabine skidera Drugi radio modem je primao mjerne signale te ih prenosio na terensko računalo

Računalnim programom Catman 40 (Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH) su bilježeni podaci mjerenja Navedeni računalni program je prvenstveno namijenjen mjerenju mehaničkih veličina električnim putem što se ogleda u nekim osnovnim karakteristikama

bull odabir različitih vrsta mjernih pojačala

bull provjera veze između mjernog pretvornika (mjerne trake dinamometra) i računala

bull unošenje mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull prikaz rezultata mjerenja mehaničkih veličina na osnovu primljenog signala i mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull određivanja tare i postavka mjernog pretvornika u nulto stanje

bull određivanje frekvencije očitanja signala s mjernog pretvornika

bull zapis proteklog vremena od pokretanja mjerenja do završetka prema frekvenciji očitanja

bull mogućnost istovremenog primanja mjernih podataka s 40 mjernih pretvornika (40 kanala)

bull snimanje do 10 000 mjernih rezultata po kanalu

bull grafičko i brojčano praćenje mjernih vrijednosti tijekom snimanja podataka

bull prenošenje snimljenih podataka u druge računalne programe (Microsoft Excell)

bull mogućnost matematičke obrade mjernih rezultata s jednog ili više kanala

bull mogućnost programiranja postupka mjerenja

Slika 45 Nosač s vlačno-tlačnim dinamometrima

58

U računalni program Catman 40 su po kanalima označeni mjerni pretvornici i unošene mjerne konstante dobivene umjeravanjem mjernih pretvornika Frekvencija očitanja ulaznog signala je podešena na 50 Hz po kanalu tj vrši se 50 očitanja mjernog rezultata u sekundi na svakom kanalu S obzirom na 15 korištenih kanala tijekom mjerenja te zapisa proteklog vremena mjerenja postignuto je 800 očitanja mjernih veličina u sekundi Rezulati mjerenja su spremani u datoteku Microsoft Excell gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjernja svake 150 sekunde

Programiranje je radio modema izvršeno programom Cfg_805UD Pomoću programa potrebno je odrediti slijedeće postavke na oba radio modema izbor komunikacijskog moda između uređaja adresiranje radio modema serijsku i radio frekvenciju prijenosa mjernog signala

Pri izbor komunikacijskog moda između uređaja odabran je transparentni mod koji omogućava komunikaciju u oba smjera Komunikacijom od skidera do računala omogućen je prijenos mjernih signala dok komunikacijom od računala prema skideru omogućena je provjera veze do mjernog pretvornika U slučaju oštećenja mjernog pretvornika spojnih kablova ili konektora te nepravilnosti električnog napajanja dijela mjernog lanca na skideru možemo odmah uočiti grešku pomoću računalnog programa Catman 40 Kontrolni mod omogućava jednosmjernu komunikaciju između radio modema i ne zadovoljava potrebe mjerenja

Adrese oba radio modema moraju biti postavljene na istu vrijednost jer samo uređaji s istim adresama mogu direktno međusobno komunicirati

Serijski se prijenos podataka ostvaruje između mjernog pojačala i radio modema te radio modema i računala

Radio frekvencija određuje frekvenciju prijenosa podataka između uređaja Zbog toga postavka radio frekvencije prijenosa podataka na oba uređaja mora biti istovjetna Od tri moguće postavke radio frekvencije (19 200 38 400 76 800 bits) izabrana je radio frekvencija od 38 400 bits

Slika 46 Shema mjernog lanca

Radio modemi su opremljeni spremišnim diskom (bufferom) od 2 KB Prijenos podataka počinje kad se napuni spremišni disk a isto tako veza između modema se prekida ukoliko se tijekom mjerenja spremišni disk potpuno isprazni sve do trenutka njegovog punjenja Zbog navedene značajke radio modema najpovoljnije je odabrati iste vrijednosti serijske i radio frekvencije u cilju kontinuiranog prijenosa podataka Pri tome je bilo potrebno uskladiti izlaznu frekvenciju mjernog

59

signala iz pojačala sa serijskom frekvencijom radio modema Mjerno pojačalo HBM Spider 8 se proizvodi s tvornički podešenom izlaznom frekvencijom mjernog signala od 9600 bits Ali pri tome dolazi do prekida veze između radio modema budući da je veća brzina slanja signala od brzine punjenja spremišnog diska od strane mjernog pojačala Povećanje izlazne frekvencije mjernog pojačala HBM Spider 8 izvršeno je direktnim povezivanjem s računalom unosom Hayes-ovih naredbi putem HyperTerminala

Veliki se dio mjerne opreme nalazi na skideru te je za napajanje električnom energijom mjernih pojačala i radio modema na krov kabine učvršćen prijenosni generator

Postavljanjem mjerne opreme nosača i pomoćnih konstrukcija i uređaja povećala se masa skidera (slika 47) Prije početka mjerenja bilo je potrebno odrediti masu opremljenog skidera i opterećenja na kotačima Rezultat mjerenja opterećenja na kotačima pri privlačenju drva je promjena težine na osnovu opterećenja praznog skidera na ravnoj podlozi Određivanje mase i opterećenja na kotačima praznog skidera je izvršeno s četiri vage švedskog proizvođača TELUB

U svakoj se vagi nalaze po četiri neovisna dinamometra namjenjena mjerenju tlačnih naprezanja Na svakom je dinamometru postavljeno po četiri aktivne mjerne trake što znači da je riječ o mjernim pretvornicima s mjernim trakama u punom mostu Mjerni su pretvornici spojeni tako da pojedinačno i zajednički registriraju svako vanjsko opterećenje Svaka je vaga granično opteretiva sa 90 kN Budući da se opterećenje ne mora simetrično rasporediti na sva četiri dinamometra u krajnosti je moguća i takva situacija u kojoj se svaki od tih tlačnih dinamometara može pojedinačno opteretiti s graničnom nosivošću čitave vage Sva četiri tlačna dinamometra na svakoj vagi pripremljena su kao puni mostovi Mjerni pretvornici kvadratnog presjeka postavljeni su u sva četiri kuta podnožja vaga a vijcima su pričvršćeni kako za podnožje vage tako i za njezin poklopac Shematski prikaz jednog od dinamometra dat je na slici 48

Sve su vage spojene s mjernim pojačalom HBM Spider 8 koji je direktno povezan s prijenosnim računalom te su pomoću računalnog programa Catman 40 naprijed opisanom metodom očitani rezultati mjerenja

Vagama su također izmjerene mase svih drvnih sortimenata koje smo koristili u vučnim pokusima

Otpor kotrljanja i nulto klizanje kotača na podlozi (šumskom tlu) na kojem se vrši ispitiavanje vučne značajke utvrđuje se prije početka testiranja povlačenjem traktora u praznom hodu i s položajem transmisije u neutralnom položaju te s dinamometrom pričvršćenim između traktora i vozila koje ga vuče (Hassan 1989) Pri tome je korišten vlačno-tlačni dinamometar HBM 100 kN direktno povezan preko mjernog pojačala HBM Spider 8 s računalom te sila vuče očitana računalnim programom Catman 40

Primjena opisane mjerne opreme kao i potrebitost mjerenja težine tovara i nagiba terena uvjetovala je ispitivanje u kontroliranim uvjetima Ispitivanje u stvarnim eksploatacijskim uvjetima je neizvedivo zbog pretvorbe dijelova skidera u mjerila Zbog postavljanja nosača dinamometara na valjke vitla onemogućen je rad vitla Vitlo je korišteno samo za pripremu i vezanje tovara a pri privlačenju tovar se držao na nosaču Također mjerna oprema je osjetljiva na vlagu (opasnost kondenzacije vlage u mjernim pojačalima konektorima opasnost od kratkog spoja u prijenosu električne struje vrlo malih napona u mjernom lancu) te se u pravilu ispitivanja ne vrše u uvjetima kišnih ili sniježnih oborina

Slika 47 Skider s postavljenom mjernom opremom

Slika 48 Shematski prikaz jednog od četiriju

dinamometara svake vage

60

333 Umjeravanje mjernih pretvornika

Umjeravanje mjernih pretvornika je postupak određivanja mjernih konstanti za točno očitanje rezultata mjerenja Mjerno pojačalo HBM Spider 8 bilježi promjene napona do 2mvV Na osnovu promjene napona u navedenom rasponu pomoću mjernih konstanti unesenih u računalni program Catman 40 za svaki mjerni pretvornik odredit će se točno očitanje signala

Postupak umjeravanja se sastoji od usporedbe ostvarene poznate veličine na mjernom pretvorniku i rezultat očitanja veličine preko mjernog lanca Promjenom mjerne konstante utječemo na rezultat očitanja sve dok se odnos ostvarene i mjerene vrijednosti ne izjednači

Umjeravanja su mjernih pretvornika na skideru obavljena na poligonu za ispitivanje poljoprivredne mehanizacije Poljoprivrednoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu Umjeravanje mjernih traka za mjerenje zakretnih momenta na kotačima postavljenih na završnim reduktorima skidera izvršeno je djelovanjem poznate sile na kraku od 1 m Poluga za opterećivanje je vijcima pričvršćena na vanjsku stranu naplatka kotača dignutoga u zrak Poluga je libelom postavljena u vodoravan položaj te je točno određen krak od 1 m od središta osovine kotača Na tom mjestu je vršeno vertikalno opterećivanje poluge silom koja se mjerila pomoću dinamometra HBM 50 kN (slika 49)

Podaci umjeravanja obrađeni su statističkim metodama s ciljem da se utvrdi ovisnost između ostvarenih i izmjerenih vrijednosti Za svaki kotač su izračunavane linearne regresije podataka umjeravanja kao i vrijednosti koeficijenata korelacije Linearno izjednačenje podataka umjeravanja pokazuju slike od 50 do 53 Na slikama su unesene određene mjerne konstante Sva umjeravanja imaju visoke koeficijente korelacije što znači da je korelacijska veza vrlo čvrsta

Umjeravanje mjernih traka za mjerenje opterećenja na kotačima obavljeno je na način da su kotači postupno opterećivani s utezima sve veće mase Primjenjeni su utezi s certifikatom umjerene masene vrijednosti dobiveni od strane Državnog zavoda za normizaciju i mjeriteljstvo Istodobno su očitavane vrijednosti pomoću TELUB vaga koje su postavljene ispod kotača skidera Podaci o umjeravanju regresijske jednadžbe izjednačavanja podataka s koeficijentima korelacije te mjerne konstante su prikazane na slikama od 54 do 57

Slika 50 Umjeravanje zakretnog momenta na prednjem

lijevom kotaču Slika 51 Umjeravanje zakretnog momenta na

prednjem desnom kotaču

Slika 49 Umjeravanje zakretnog momenta

61

Slika 52 Umjeravanje zakretnog momenta na stražnjem

lijevom kotaču Slika 53 Umjeravanje zakretnog momenta na

stražnjem desnom kotaču

Slika 54 Umjeravanje opterećenja na prednjem lijevom

kotaču Slika 55 Umjeravanje opterećenja na prednjem

desnom kotaču

Slika 56 Umjeravanje opterećenja na stražnjem lijevom

kotaču Slika 57 Umjeravanje opterećenja na stražnjem

desnom kotaču

62

TELUB vage su umjeravane ranije za potrebe istraživanja u okviru rada Laboratorija za mjerenje mehaničkih veličina šumarskih strojeva Šumarskog fakulteta u Zagrebu Mjerne konstante TELUB vaga su prikazane u tablici 10 Korišteni HBM dinamometri su imali tvorničke podatke o umjeravanju i mjernim konstantama koje su provjerene istim opisanim postupkom

Tablica 8 Mjerne konstante TELUB vaga i HBM dinamometara

Mjerna vrijednost

Promjena napona

Vaga 1 Vaga 2 Vaga 3 Vaga 4 Dinamometar 20 kN

Dinamometar 50 kN

Dinamometar 100 kN

mVV t t t t kN kN kN

0 0 0 0 0 0 0 0

2 13143 13268 13305 13118 20 50 100

334 Obrada podataka

Rezultati mjerenja svakog prolaska skidera šumskom vlakom su pohranjivani u datoteke Microsoft Excell-a gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjerenja svake 150 sekunde Isti postupak je izvršen pri mjerenju sile vuče praznog skidera drugim vozilom opterećenja na kotačima opremljenog skidera na ravnoj podlozi i vaganja drvnih sortimenata

Početak snimanja svakog turnusa je počinjao prije kretanja skidera vlakom kako bi se provjerila veza i uspostavio daljinski prijenos podataka Isto tako snimanje podataka se završavalo u trenutka zaustavljanja skidera na kraju vlake Zbog navedenog načina snimanja mjernih podataka u snimljenim datotekama je potrebno ustanoviti samo niz podataka za svaku veličinu koja se odnosi na kretanje skidera Ovaj postupak je izvršen na osnovu grafičkog prikaza mjernih podataka koji se uočljivo razlikuju od trenutka pokretanja do zaustavljanja skidera na osnovu računalnog zapisa vremena Za svaki turnus je određeno vremensko trajanje kretanja skidera s točnošću 002 sekunde i u tom vremenskom intervalu su određene mjere središnje tendencije rasipanja podataka metodama deskriptivne statistike broj opažanja aritmetička sredina i standardna devijacija

Rezultati mjerenja broja okretaja pogonskih kotača i petog kotača predstavljaju niz promjena napona između vrijednosti 5 V i 9 V te su obrađeni pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i Datoteka navedenog računalnog programa je podešena da unosom niza promjena napona zabilježenog na kotaču i frekvencije očitanja mjernih podataka (50 Hz) broj impulsa po jednom okretu kotača prikaže kao ukupan broj okretaja kotača (n) i frekvenciju vrtnje kotača u vremenskim intervalima (slika 58) Ova analiza je izvršena za sve kotače i turnuse u vučnim pokusima

Slika 58 Prikaz obrade podataka pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i

63

34 Mjerenja na tlu

Istraživanja na tlu obuhvatila su kopanje pedoloških profila uzimanje uzoraka tla u narušenom i nenarušenom (prirodnom) stanju mjerenje prodirne značajke tla mjerenje otpora tla na smicanje te mjerenja dubine kolotraga

Informacije o osnovnim značajkama šumskog tla na mjestu istraživanja prikupljene su otvaranjem pedološkog profila i uzimanjem uzoraka tla u narušenom stanju

Mjerenjem prodirne značajke tla i otpora tla na smicanje te uzimanjem uzoraka tla na neizgaženom tlu i tlu na vlakama ovisno o broju prolazaka skidera utvrdila bi se razina oštećenosti šumskoga tla uslijed privlačenja drva

Uzimanje bi se uzoraka tla u nenarušenom stanju također provelo na neizgaženom tlu u tlu vlake a rezultati vodno-fizičkih svojstva tla dobiveni laboratorijskom analizom uzoraka tla također bi bili upotrebljeni za procjenu utjecaja prolaska skidera na oštećenja tla

Istim metodama oštećenja tla prolaskom skidera su utvrđivali Vranković i Pernar (1993) Meek (1996) i Mathies i dr (2003) Seixas i dr (2003)

341 Vrsta tla i sklop horizonata

Analizom pedoloških profila (pedoloških jama) utvrđuju se vrsta i tip tla te sklop njegovih horizonata

Sklop profila čine horizonti njihov broj izraženost debljina te prijelaz jednog horizonta u drugi Horizont je sloj tla sa značajkama koje su rezultat pedogenetskih čimbenika Osim utvđivanja vrste i tipa tla te dubine rasprostiranja pojedinih horizonata na pedološkom profilu vađeni su i Kopeckijevi valjci radi dobivanja spoznaja o gustoći tla i strukturi poroziteta svakog pojedinog horizonta

Pedološki profil je otvoren (kopan) prema dimenzijama na slici 59 Prilikom određivanja njegovoga položaja smještan je ispod vanjskih dijelova krošanja dubećih stabala te su izbjegavana mjesta gdje su u prošlosti prolazile stare vlake s ciljem dobivanja što reprezentativnijeg podatka

342 Uzorci tla u narušenom stanju

Iz uzoraka tla u narušenom (prirodno poremećenom) stanju laboratorijskim analizama mjere se i izračunavaju vodno-fizička svojstva tla zasnovana na masi uzorka Svrha uzimanja ove vrste uzoraka na terenu je određivanje granulometrijskoga sastava tla

Laboratorijske (direktne) metode određivanje granulometrijskoga sastava tla obuhvaćaju sušenje uzorka odvajanje skeleta usitnjavanje i prosijavanje tla preko sita s rupicama promjera 2 mm kako bi se odvojilo sitno tlo (sitnica) Nakon prve faze rada slijedi priprema sitnice za mehaničku analizu prema jednoj od propisanih metoda čija je svrha odvajanje povezanih čestica pijeska praha i gline te spriječavanje njihove ponovne koagulacije uslijed dijelovanja čestica gline U šumarskoj i poljoprivrednoj pedologiji ova faza rada najčešće se izvodi kuhanjem uzorka tla nakon čega se on prebacuje u valjke za sedimentaciju a zatim se vrši određivanje postotnoga sadržaja pojedinih frakcija pipet metodom (Škorić 1986) Pipet metoda se zasniva na poznatoj brzini padanja pojedinih čestica u suspenziji Na osnovi toga se pipetiranjem s određene dubine u valjku nakon točno određenoga vremena odpipetiraju čestice gline čestice praha i gline a krupni i sitni pijesak dobiju se računskim putem

Slika 59 Položaj i dimenzije pedološkog profila

64

Kemijske analize uzoraka tla provedene su po ovim postupcima

minus reakcija tla izmjerena je elektrometrijski kombiniranom elektrodom u suspenziji tla u vodi odnosno u 001 M CaCl2 u odnosu 125 Za mjerenje je korišten laboratorijski mikroprocesorski pH metar oznake MA 5736 točnosti plusmn 001 pH tvrtke Metrel

minus sadržaj humusa određen je bikromatnom metodom po Tjurinu

minus sadržaj ukupnog dušika određen je spaljivanjem po postupku Kjeldahla i destilacijom po Bremneru

343 Uzorci tla u nenarušenom stanju

Svrha uzimanja uzoraka tla u prirodnom stanju je utvrđivanje vodno-fizičkih svojstava tla zasnovanih na volumenu uzorka

Uzorak tla u nenarušenom stanju uziman je pomoću Kopeckijevog valjka zapremine 100 cm3 (visina 44 cm promjer 55 cm) Sam valjak sastoji se od tijela valjka koje je na jednom kraju zabrušen radi lakšeg utiskivanja u tlo metalne mrežice te dva poklopca Valjci moraju biti označeni s istim oznakama na tijelu valjka i poklopcima Prije izlaska na teren pomičnim je mjerilom provjereno odstupaju li dimenzije valjaka od normiranih vrijednosti Da bi se valjak lakše utisnuo u tlo koristi se metalni nastavak za valjke te drveni ili gumeni bat Nakon utiskivanja valjka u tlo skida se nastavak i lopatom se isijeca tlo oko valjka kako bi se on lakše oslobodio od okolnoga tla

Ovako izvađen valjak najčešće ima višak tla s gornje i donje strane koje je potrebno obrezati oštrim nožem da površina tla bude u visini rubova valjka Nakon stavljanja metalne mrežice i oba poklopca valjak je zamatan u najlon te odlagan u putni hladnjak radi sprečavanja isušivanja uzorka tla tijekom transporta do laboratorija Oznake s tijela valjka i podaci o mjestu vađenja (neizgaženo tlo lijevi ili desni kolotrag broj prolaska skidera broj vlake) upisuju se u terenski manual Prilikom uzimanja uzoraka valjci su utiskivani usporedno s površinom tla na dubini od 15 cm Nakon prolaska skidera vađeno je nekoliko valjaka iz lijevog i desnog kolotraga skidera Pri svakom turnusu je također vađeno nekoliko valjaka na neizgaženom tlu u cilju utvrđivanja dnevnih promjena vodno-fizičkih svojstava tla

S obzirom na veliku neujednačenost tla važno je uzeti veći broj uzoraka a kao minimalna količina repeticija preporuča se vađenje pet valjaka u istim uvjetima (Anon1971) S druge strane u ovom istraživanju je vrlo teško ostvariti dovoljan broj uzoraka jer bi se navedenim brojem uzimanja valjaka kopanjem narušila struktura tla šumskih vlaka što bi utjecalo na pogrešno utvrđivanje odnosa kotača i tla

Analize uzoraka tla provedene su u Pedološkom laboratoriju Zavoda za uzgajanje šuma Šumarskoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu u skladu sa Priručnikom za pedološka istraživanja (Škorić 1982) Iz uzoraka tla u nenarušenom stanju laboratorijskim su analizama utvrđena sljedeća vodno-fizička svojstava

Prirodna gustoća tla ρb = (mS V) gcm3

(69)

Određivanje prirodne gustoće tla vrši se tako da se masa suhoga tla podijeli s volumenom koje tlo ima u prirodnom stanju tj tlo iz Kopeckijevoga valjka stavlja se u sušionik te se suši na 105˚C do konstantne mase Masa osušenoga tla (mS) stavlja se u omjer s volumenom valjka (V)

Gustoća čvrste faze tla ρp gcm3

(70)

Ova gustoća određuje se na način da se masa potpuno suhoga tla podijeli s volumenom koji zaprema neporozna masa čvrstih čestica tla koja se određuje na principu tekućine koju istisnu čvrste čestice tla iz napunjene baždarene posude (piknometra) Poznavanje vrijednosti prirodne gustoće tla i gustoće čvrste faze tla omogućuje izračunavanje poroziteta tla

Porozitet tla Φ = [1 ndash (ρb ρp)] vol (71)

Porozitet tla je suma svih šupljina tla ispunjenih vodom i zrakom a izračunava se pomoću prirodne gustoće tla (ρb) i gustoće čvrste faze tla (ρp) Tla mogu biti vrlo malo porozna (lt30 ) malo porozna (30 - 45 ) porozna (45 - 60 ) i vrlo porozna (gt 60 )

65

Trenutna vlaga tla θV0 = [(mW ndash mS) V)] 100 vol (72)

Trenutna vlaga tla predstavlja razliku u masi prirodno vlažnog tla (mW) i osušenoga tla na 105˚C do konstantne mase (mS) koja je svedena na obujam uzorka ndash valjka (V)

Retencijski kapacitet tla za vodu θVS = [(∆mW + mW ndash mS) V] 100 vol (73)

Predstavlja sposobnost tla da drži vodu molekularnom adhezijom hidratacijskim i kapilarnim silama i površinskom napetošću Određivanje retencijskog kapaciteta se vrši na način da se Kopeckijev valjak postavi u posudu na stalak pokriven filter papirom čiji rubovi poniru u vodu Na taj način uzorak tla u valjku upija vodu preko filtar papira Kada se tlo na površini valjka orosi znači da se zasitilo s vodom do retencijskoga kapaciteta Valjak se skida sa stalka ostavlja desetak minuta na filtar papiru da se suvišna vlaga odstrani te se nakon toga obriše i važe Potom se valjak stavlja u sušionik i suši na 105˚C do konstantne mase Retencijski kapacitet tla za vodu izračunava se iz razlike mase navlaženoga tla do retencijskoga kapaciteta (∆mW + mW) i mase suhoga tla (mS) svedene na volumen valjka (V) S obzirom na rezultat retencijski kapacitet tla za vodu može biti vrlo malen (lt 25 ) malen (25 - 35 ) srednji (35 -45 ) velik (45 - 60 ) i vrlo velik (gt 60 )

Kapacitet tla za zrak Φa = Φ ndash θVS vol (74)

Kapacitet tla za zrak je udjel pora tla koje ispunjava zrak u trenutku zasićenja tla do njegovog retencijskog kapaciteta za vodu a izračunava se iz razlike poroziteta tla i retencijskoga kapaciteta tla za vodu Kapacitet tla za vodu se izražava kao vrlo malen (lt 5 ) malen (5 - 10 ) srednji (10 -15 ) velik (15 - 20 ) i vrlo velik (gt 20 )

344 Prodirna značajka tla

Za mjerenje prodirne značajke tla rabljen je digitalni penetrometar Eijkelkamp čije osnovne sastavnice prikazuje slika 60 penetrologger- mjerni uređaj (1) dinamometar (2) čelični nastavci (3) konus (4) referentna ploča (5) te PC konektor (6) Načelo rada ovog penetrometra zasniva se na dinamometarskoj izmjeri primjenjene sile na rukohvatu uređaja kojim se konus poznatih dimenzija utiskuje u tlo Tijekom utiskivanja konusa u tlo ultrazvučni senzor penetrologgera mjeri dubinu prodiranja na osnovi odbijenih valova od referentne ploče (predstavlja površinu tla) s preciznošću od 1 cm Mjerni raspon dinamometra iznosi od 0 do 1 kN s preciznošću izmjere od 1 N Pri samom mjerenju računalo penetrometra zapisuje u njegovu internu memoriju parove izmjerenih podataka tj vrijednosti sile (tlak) i pomaka (dubina prodiranja) pomoću računalnog programa (data acquisition) u ASCII kodu Set penetrometra opremljen je s deset mjernih konusa različitih površina i vršnog kuta (30deg i 60deg) čime je omogućen širok raspon primjene ovog uređaja

Pomoću računalne aplikacije Eijkelkamp PenetroViewer (slika 62) ostvaruje se veza između digitalnog penetrometra i osobnog računala (COM port) kojom je omogućeno programiranje plana istraživanja (odabir veličine i vršnog kuta konusa brzine prodiranja konusa u tlo kao i broj repeticija mjerenja) odnosno vrši prijenos izmjerenih podataka Navedena aplikacija omugućuje i grafički pregled izmjerenih podataka te njihov prijenos iz ASCII koda u format koji koriste standardni tablični kalkulatori (txt csv xls) i statistički paketi Tijekom terenskih istraživanja korišten je konus s površinom presjeka 2 cm2 i vršnim kutem 30deg koji se utiskivao u tlo brzinom 1 cmsec U turnusu je izvođeno po 10 utiskivanja konusa u lijevom desnom kolotragu i na neizgaženom tlu (slika 61)

Slika 60 Eijkelkamp penetrometar

66

Slika 61 Mjerenje penetrometrom Eijkelkamp Slika 62 Aplikacija PenetroViewer ver 424

Uslijed nehomogenosti strukture tla Ronai (1983) i Horvat(1993A 1994A) primjećuju veliko rasipanje podataka između repeticija izmjere prodirnih značajki

Horvat (1994B 1995 1996A 1996B) navodi da se istraživanje ovisnosti otpora tla prodiranju konusa o dubini prodiranja regresijskom analizom može raditi sa srednjim vrijednostima otpora za pojedinu dubinu prodiranja iz ponovljenih mjerenja jednako dobro kao i sa svim podacima Isti autor u citiranim radovima za izjednačavanje podataka koristi eksponencijalni korelacijski oblik p = A sdot (BZ ndash 1) + C za koji navodi da karakteristična točka u kojoj se sijeku vodoravna asimptota i tangenta krivulje iz vrijednosti C može poslužiti za brojčano određenje i ocjenu prodirne značajke tla (slika 63)

345 Posmična čvrstoća tla

Krilna sonda je uređaj koji se sastoji od mjernog krila pričvršćenog na šipku na kojoj se nalazi moment metar naprava kojom se mjeri moment potreban da se okrene krilo u trenutku savladavanja čvrstoće na smicanje uzduž plašta valjka opisanog oko krila (Nonveiller 1979)

Mjerna krila predstavljaju dvije metalne ploče visine (H) i širine (B) međusobno poprečno pričvršćene na metalnu šipku (slika 64)

Krila sonde utiskuju se u tlo do željene dubine mjerenja Okretanjem krila tlo se lomi po plaštu valjka kojemu je promjer jednak širini krila Iz jednakosti momenta torzije (MT) i momenta otpora tla na smicanje na plaštu i bazi valjka kojeg stvaraju krila pri okretanju dobiva se čvrstoća smicanja tla

rArrsdotsdotsdotsdotsdot+sdotsdotsdotsdot= 23

2

22

2

2

TBBB

HBM πτπτ (75)

+sdotsdotπ

sdot=τ

3

2

2

T

BHB

M (76)

Otpor tla na smicanje (posmična čvrstoća) mjeren je krilnom sondom (Eijkelkamp ndash Field inspection Vane tester) Dimenzije krila sonde su 16 mm x 32 mm a mjerno područje ovog instrumenta je u rasponu od 0 do 260 kPa s točnošću očitanja mjernog rezultata od 4 kPa

Slika 63 Izjednačenje podataka prodirne značajke tla

Slika 64 Krilna sonda

67

Mjerni rezultat ovog instrumenta odnosi se na otpor pri smicanju tla u trenutku njegovog sloma Krilnom sondom su izvršena mjerenja u površinskom sloju tla i na dubini od 15 cm i to po 10 mjerenja u lijevom i desnom kolotragu te na nezgaženom tlu u svakom vučnom pokusu

346 Širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga

Za deformacije tla koje nastaju uslijed kretanja vozila po šumskom bespuću ne postoje standardizirane metode izmjere već se u literaturi opisuju kroz širinu gaženog traga dubinu kolotraga ili površinu presjeka gaženog profila tla

Kolotrag kotača vozila Saarilahti (2002A) definira kao površinsku deformaciju tla (ulegnuće) dublje od 10 cm i dulje od 05 m koje je nastalo uslijed sloma i sabijanja tla kretanjem vozila Pod razinom površine tla podrazumijeva dno sloja šumskog listinca ili mahovine Isti autor za prikupljanje podataka o dubini kolotraga na terenu preporuča uzimanje sistematskog uzorka na osnovi kvadratne mreže čija gustoća čvorova (grid) ovisi o željenom intenzitetu izmjereZa izmjeru na terenu koristi se tzv nultom točkom uzorka koja predstavlja čvor položene zamišljene mreže a samu izmjeru vrši na kolotragu koji mu je najbliži Pri tome od nulte točke kolotraga u uzdužnom smjeru vlake sa svake strane na duljini od 15 m mjeri dubinu deformacije tla Samu dubinu kolotraga raščlanjuje u dva razreda prihvatljivu (lt 10 cm) i neprihvatljivu (gt 10 cm) Zadano ograničenje dubine kolotraga (10 cm) zasniva se na procjeni kakvoće izvođenja radova ali i preporukama istraživača (Owende i dr 2002)

Za operativnu procjenu kakvoće izvođenja privlačenja drva Saarilahti (2002I) preporučuje prihvatljivu prosječnu dubinu kolotraga kao onu koja ne prelazi dubinu od 10 cm na više od 10 ukupne duljine cjelokupnoga gaženja tla sječne jedinice

Meek (1996) te Nugent i dr (2001) mjere značajke kolotraga (dubina širina gaženja) prema metodici prikazanoj na slici 65 Košir (2002) navodi da širina gaženja tla pri privlačenju drva ovisi o širini primjenjenoga vozila Usljed višekratnog prolaska vozila isti autor utvrđuje povećanje širine gaženja tla za 05 m sa svake strane vozila

Tijekom istraživanja širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga mjerili su se pomoću geodetske letve duljine 5 m položene na usidrene oslonce nakon svakog prolaska skidera (slika 66) Na svakoj vlaci su određena dva mjesta izmjere dubine kolotraga

Slika 65 Postupak izmjere kolotraga

Slika 66 Mjerenje dubine kolotraga na terenu

68

35 Statistička obrada podataka mjerenja

Terenski podaci mjerenja na tlu prenijeti su iz snimačkih listova u računalne datoteke radi lakše dostupnosti pri obradi podataka Obradom snimljenih podataka obuhvaćeni su kontrola i odabir podataka njihovo razvrstavanje kao i izračunavanje traženih parametara

Obrada podataka provedena je po sljedećem redoslijedu

rArr unošenje snimljenih podataka u računalo i stvaranje datoteka podataka za daljnju obradu

rArr određivanje zahtjeva s obzirom na cilj i razinu pojedinih obrada

rArr izbor metoda analize ili funkcija izjednačenja

rArr izračunavanje traženih parametara

rArr testiranje i analiza rezultata

rArr oblikovanje izlaza

Za opis temeljnih značajki skupova promatranih podataka (neovisne varijable) korištene su metode deskriptivne statistike gdje su izračunate različite mjere središnje tendencije rasipanja mjernih podataka a kao najpovoljnije odabrane su medijan i aritmetička sredina sa standardnom devijacijom kao mjerom rasipanja te vrijednosti Za aritmetičku sredinu kao srednju vrijednosti opažanih podataka postavljen je uvjet da preciznost smije biti maksimalno plusmn005 uz 95 vjerovatnosti Međutim Hitrec (1996) navodi teškoće u pridržavanju takvog uvjeta zbog jako velikog potrebnog uzorka kako bi se dobila potrebna preciznost i zadovoljavajuća pouzdanost što dovodi do predugog trajanja vremena pokusa i njegovog poskupljivanja

Pomoću testa razlike (Studentov t ndash test) provedeno je zaključivanje o značajnosti razlika među izračunatim srednjim vrijednostima opažanja (aritmetičkim sredinama) Na osnovi nulhipoteze pretpostavljeno je da su razlike između dviju sredina opažanja rezultat slučajne varijabilnosti vrijednosti u uzorcima te da između odgovarajućih sredina takve razlike nema Razlike između sredina dijeljene su sa standardnom pogreškom a zatim je kvocijent uspoređen s iznosom od 196 standardne pogreške Tamo gdje je kvocijent veći odbacujemo nulhipotezu a ako je manji smatramo da razlika između sredina nije značajna na 5 -tnoj razini signifikatnosti (Pavlić 1985)

Za testiranje značajnosti razlika prosječnih vrijednosti više skupova podataka (više od dva) istog mjernog parametra korištena je jednostruka analiza varijance (ANOVA) koja predstavlja postupak kojim se ukupna varijabilnost rastavlja na varijabilnost između prosječnih vrijednosti grupa opažanja i na varijabilnost unutar grupa opažanja (Serdar i Šošić 1981) Tim postupkom ova metoda odgovara na pitanje je li značajnija varijabilnost između srednjih vrijednosti grupa ili varijabilnost unutar pojedinih grupa podataka (Vasilj 2000)

Metode statističke analize vremenskih nizova korištene su za opis promjena fizičko-mehaničkih i vodno-fizičkih značajki šumskog tla koje su posljedica višekratnog prolaska forvardera Pri tome su korištena dva individualna indeksa kojima se iskazala dinamika sabijanja tla Indeks sa stalnom bazom iskazuje razinu promjene u odnosu na neku odabranu vrijednost (neizgaženo tlo) Lančani (verižni) indeks korišten je za prikaz promjene praćenih parametara tla u odnosu na svaki ponovni prolazak vozila po šumskom tlu

Za istraživanje mogućih stohastičkih ovisnosti između zadovoljavajuće koreliranih varijabli korištena je regresijska analiza Odabir krivulje izjednačenja vršen je na osnovi slijedećih parametara koeficijenta (determinacije) korelacije (R) standardne devijacije zavisne varijable oko linije izjednačenja (sYX) te t-varijable (tStat) i vjerovatnosti greške prve vrste (P-value) regresijskih koeficjenata (Serdar i Šošić 1981 Kachigan 1991) Za utvrđivanje jakosti veze između izjednačenih nezavisnih i zavisnih varijabli korištena je Roumlmer-Orphal-ova skala (Kump i dr 1970)

Slika 67 Roumlmer-Orphal-ova raspodjela

Matematičko ndash statistička obrada podataka obavljena je uz pomoć osobnog računala primjenom programskih paketa Microsoft Excel 97 i Sta Soft Statistica 50

69

Za izjednačavanje ovisnosti parova podataka koji porastom nezavisne varijable pokazuju da podaci zavisne varijable imaju asimptotski trend porasta korišten je eksponencijalni regresijski računalni program REGEXE primarno razvijen za istraživanja krivulja klizanja kotača vozila (Hitrec i Horvat 1987) Navedeni računalni program čvrstoću veza odabranih regresijskih modela prikazuje pomoću tri parametra r ndash koeficijenta korelacije R ndash indeksa korelacije i R gt ndash testiranja indeksa korelacije temeljem broja opažanja

Utvrđivanje razlika u stupnju sabijenosti tla višekratnim prolaskom skidera je izvršeno usporedbom površina ispod krivulja izjednačenja prodirnih značajki Poznavajući oblik i koeficijente jednadžbi izjednačenja metodom određenih integrala izračunate su površina ispod krivulja

45

Slika 30 Raspored masa i položaj težišta skidera ECOTRAC 120 V

rArr Prijenos se snage obavlja klasičnom transmisijom pogonski motor rarr spojka (lamela promjera 310 mm) rarr mehanički mjenjač rarr razdjelnik pogona rarr prednji i stražnji diferencijali (konusno-tanjurasti par zupčanika) s pojedinačnom blokadom rarrzavršni (planetarni) reduktori u kotačima traktora

rArr Mjenjač je s 5 stupnjeva prijenosa naprijed i 1 natrag uz mjenjač za brzi i spori hod Ukupni broj prijenosa 10 prema naprijed 2 prema natrag Najveća je brzina kretanja 30kmh Prijenosni odnosi u sustavu transmisije skidera su prikazani na slici 32 a rimskim brojevima su označeni stupnjevi prijenosa Nominalne brzine prema stupnjevima prijenosa su prikazane u tablici 7

Slika 32 Prijenosni odnosi u sustavu transmisije skidera ECOTRAC 120 V

Slika 31 Brzinska značajka motora

46

Tablica 7 Nominalne brzine prema stupnjevima prijenosa

Stupanj prijenosa

Brzinska grupa

Okretaji motora za jedan okretaj kotača

Nominalna brzina za nazivnu brzinu motora od 2300 min-1

kmh

1 S Spori hod 213 29

2 S Spori hod 116 53

3 S Spori hod 70 87

4 S Spori hod 44 141

5 S Spori hod 29 211

1 B Brzi hod 151 41

2 B Brzi hod 83 74

3 B Brzi hod 50 123

4 B Brzi hod 31 198

5 B Brzi hod 21 297

1 nazad Spori hod 191 32

2 nazad Brzi hod 136 45

rArr Upravljanje je hidraulično preko servoupravljača (Sauer-Danfoss)

rArr Kočnice su hidraulično-mehaničke radne kočnice su zatvorene lamele u ulju parkirne kočioni disk s kliještima

rArr Vitlo je dvobubanjsko Hittner 2 x 80 nazivne vučne sile od 80kN Vučno je uže promjera 14mm duljine po bubnju 70 m prekidne sile 102 kN

rArr Učvršćenje užeta je izvedeno prekidno na obodu bubnja Sigurnosna udaljenost između visine oboda bubnja i visine potpuno namotanog užeta na bubnju iznosi 47 cm Uže se svakog bubnja vodi preko dva vertikalna i jednog horizontalnog valjka

rArr Osnovne su dimenzije jednog bubnja vitla prikazane na slici 33

rArr Vitlo ima hidraulički pogon (Sauer-Danfoss) pužni prijenos snage u vitlu (412) za namatanje i izvlačenje užeta spojka je konusno-tarna kočnica vitla pojasna

rArr Upravljanje je elektrohidraulično preko joysticka i prekidača na palici joysticka i upravljačkoj kutiji

rArr Nazivna brzina privitlavanja 126 ms

rArr Zadnja daska je prihvatna zaštitna i sidrena s mogućnošću podizanja i spuštanja pomoću dva hidraulična cilindra

rArr Prednja daska je pomična širine 2230mm upravljana hidraulično Namijenjena je za uhrpavanje oblovine na pomoćnome stovarištu

rArr Prednje i stražnje gume istih su dimenzija 169-30 broj vlakana 14 PR najveći tlak zraka u gumama - 25 bara nosivost gume - 3000 kg proizvođač Rumaguma

rArr Električni sustav napona 24 V osiguravaju dva akumulatora svaki napona 12 V i kapaciteta125 Ah

rArr Skider ECOTRAC 120 V opremljen je zaštitnom strukturom od prevrtanja vozila (eng ROPS - Roll-over protective structure) zaštitnom strukturom od pada predmeta (eng FOPS - Falling object protective structure) te zaštitnom strukturom kabine tj zaštitnom mrežom (eng OPS - Operative protective structure)

rArr Kabina je prostrana te zadovoljava ergonomske i sigurnosne odrednice ISO normi (Horvat i Šušnjar 2005B)

Slika 33 Dimenzije šumskog vitla Hittner 2x80

47

32 Morfološka analiza

Morfološkom analizom utvrđuje se trenutačno stanje svojstva i zakonitosti ali i mogući tijek razvoja strojeva u šumarstvu Na temelju izabranih geometrijskih masenih i drugih veličina izražavaju se ovisnosti i donosi sud o valjanosti izbora stroja Rezultati provedenih analiza služe

bull šumarskim stručnjacima pri odabiru novih strojeva

bull najpovoljnijoj uporabi strojeva u raznim radnim uvjetima

bull određivanju parametara pri konstrukciji novih strojeva unutar poznatih obitelji

Bekker (1956) provodi jednu od prvih morfoloških analiza vozila za kretanje izvan puteva iznoseći mišljenje kako će objekt koji se kreće u nekom mediju poprimiti oblik koji pruža najmanji otpor kretanju S tog se stajališta morfološka analiza može učiniti ne samo za iskaz dostignute razine dimenzijskog razvoja vozila ili za traženje položaja nekoga vozila u skupu sličnih već i za procjenu budućeg razvoja On navodi kako odnos geometrijskih pokazatelja vozila a posebice tzv faktora noseće ploštine vozila određuje kretnost vozila na mekim tlima

Sever (1980) morfološkom analizom uspoređuje šumske zglobne traktore s vitlom s adaptiranim poljoprivrednim traktorima nedvojbeno utvrdivši kako se iako razvijeni iz poljoprivrednih traktora skideri mogu svrstati u poseban skupobitelj vozila koja ima svojstvene morfološke značajke Ovu analizu proširuje (1986) i na ostala šumarska vozila pa tako i na forvardere utvrdivši kako i obitelj forvardera također ima svojstvene morfološke značajke Sever i Horvat (1985) pri izradi studije skidera a za stvaranje projektnog zadatka za srednji skider upotrebljavaju rezultate morfološke analize Takvu analizu za proračun onih dimenzija skidera (ako nisu poznate) koje trebaju za proračun dinamičke preraspodjele opterećenja upotrebljava i Horvat (1989)

Sever i Knežević (1991) traže između ostalog razliku u morfološkim značajkama forvardera raznih formula pogona (4x6 6x6 i 8x8) U ovoj analizi kao i u ostalima gdje se slikovno iskazuju značajke obitelji vozila najčešće se kao osnovni pokazatelj upotrebljava tzv indeks oblika

Sever i Horvat (1992A) prikazuju banku podataka geometrijskih i drugih značajki skidera i forvardera Isti autori (1992B) analiziraju temeljne morfološke značajke raznih šumskih vozila Iznose mišljenje kako se ovakvim podacima mogu služiti konstruktori pri konstrukciji vozila i šumarski stručnjaci pri njihovu izboru Njihovu bazu podataka forvardera proširuje Poršinsky (1996) tražeći položaj jednog tipa forvardera u cijeloj obitelji

Istražujući i uspoređujući značajke srednjih skidera i APT-a Horvat i Sever (1995 1996) Horvat (1996C i D) Sever i Horvat (1997) te Horvat i dr (2002) upotrebljavaju morfološku analizu

Horvat i Kristić (1999) iznose prvu morfološku analizu prorednih traktorskih skupova (traktor s poluprikolicom i hidrauličkom dizalizom) kao polazište u traženju optimalnoga rješenja za nizinske šume

Na Šumarskom fakultetu u Zagrebu morfološka je analiza upotrebljavana i za istraživanje drugih šumskih strojeva pa je tako Košćak i dr (1995) rabe za šumske sitnilice a Šušnjar (1998) za šumske iverače

Horvat (2001) morfološkom analizom utvrđuje razlike između adaptiranih poljoprivrednih traktora s ugrađenim različitim izvedbama šumskih vitala

Horvat i Šušnjar (2001A i B) prikazuju razvoj morfoloških značajki poljoprivrednih traktora zaključujući da dostignuta raznovrsnost njihove konstrukcije omogućava izbor pogodne inačice traktora za prilagodbu za šumske radove Isti autori (2003) rabe morfološku raščlambu u dijelu analize pogodnosti opremanja uzgojnog traktora tzv farmi izvedbama vitla

Iz ovoga se kratkoga pregleda nekih dosadašnjih radova lako se da zapaziti kako je morfološka analiza značajna metoda u analizi pogodnosti šumskih vozila i drugih strojeva općenito

Cijela zamisao ove analize zasniva se na korelacijskoj ovisnosti između pojedinih parova morfoloških značajki skidera te usporedbi položaja ECOTRAC 120 V unutar cijele obitelji (skupine) skidera

48

33 Mjerenje mehaničkih veličina

U cilju određivanja dinamičkog opterećenja skidera pri privlačenju drva te njegove vučne značajke potrebno je izvršiti mjerenje nekih mehaničkih veličina U istraživanju su odabrane osnovne mehaničke veličine koje se mogu svesti u tri osnovne grupe

bull mjerenje sila

bull mjerenje zakretnih momenata

bull mjerenje pomaka

Osnovna metoda mjerenja mehaničkih veličina je tenzometrija Heidl i Husnjak (1992) tenzometriju opisuju kao metodu mehanike kojom se na konstrukciji ili modelu određuje duljinska deformacija da bi se odredila naprezanja na površini konstrukcije Pri tome se upotrebljavaju mjerni pretvornici na osnovi promjenjivog električnog otpora do kojeg dolazi promjenom njegove duljine (tzv elektrootporna mjerna traka ili strain gauge) Ovom metodom je omogućeno električno mjerenje neelektričnih veličina Krulc (1969) navodi da takva mjerenja imaju prednosti pred mehaničkim i drugim mjerenjima zbog

bull mogućnosti daljinskog prijenosa rezultata mjerenja

bull velike prilagodljivosti

bull velike točnosti i osjetljivosti

bull mogućnosti jednostavnog i velikog povećanja mjerene veličine

bull visoke frekvencije mjernih uređaja

bull mogućnosti višekratnog prikazivanja

bull zapisivanja i

bull spremanja rezultata mjerenja

Primjena tenzometrijske metode omogućuje mjerenja bez narušavanja konstrukcije vozila ali zahtijeva pretvorbu elemenata vozila u mjerila Za iskazivanje vrijednosti mjerene veličine u njenoj osnovnoj mjernoj jedinici potrebno je umjeravanje elemenata mjerila

Tenzometrijskom metodom koriste se Hassan i Gustafson (1983) s tvorničkim dinamometrima Sever (1980) također koristi ovu metodu pretvarajući tzv prepariranjem završne reduktore u kotačima skidera u mjerila momenata Istim načinom momente u završnim reduktorima skidera mjere i Sever (1987) i Horvat (1987) Hassan (1988) tvrdi da je takav način jedini zabilježen Horvat i dr (1991) ugrađuju u stražnje mostove adaptiranog poljoprivrednog traktora prstenasta mjerila zakretnog momenta s tenzometrima Horvat (1993A) također vrši pretvorbu dijelova forvardera za mjerenja zakretnih momenata na kotačima okretaja kotača i vratila tenzometrijskom metodom pomoću mjernih traka

Glavni nedostatak ove metode je smještaj mjernih pojačala te računala za prikupljanje i snimanje podataka te su navedeni autori za njihov smještaj koristili terensko laboratorijsko vozilo koje se kretalo uz ispitivano šumsko vozilo Na taj način su ograničeni uvjeti ispitivanja zbog potrebnog dovoljnog prostora za usporedno kretanje oba vozila kroz šumsku sastojinu

Tenzometrijsku metodu pri mjerenju zakretnih momenata u kotačima forvardera opisao je Marklund (1987) te Olsen i Waumlsterlund (1988) Umjesto klasičnog pojačanja mjernog signala u pojačalima oni koriste računala s AD pretvaračima u svakom kotaču forvardera koji prikupljaju podatke Povezani su s glavnim računalom u kabini forvardera koji u određenim vremenskim intervalima prikuplja i obrađuje podatke Kontrola mjernih rezultata i ispravnosti mjernih pretvornika je bila moguća tek nakon završetka mjerenja

Primjenom tenzometrijske metode prvenstveno u područjima konstrukcije aviona i čeličnih mostova došlo je do razvoja mjernog lanca u pravcu mogućnosti istovremenog snimanja velikog broja mjernih podataka i njihovog prijenosa daljinskim putem

Iz područja šumarstva primjenu daljinskog prijenosa podataka s mjernih pretvornika opisuje tek Pottie (1986) pri određivanju podizne sile hidrauličnih dizalica na kamionskim skupovima Zbog sličnosti s mjerenjima na šumskim vozilima napomenuti će se i primjena daljinskog prijenosa podataka na poljoprivrednim strojevima koju koriste Zajaczkowski (2000) pri mjerenju otpora kod

49

oranja tla poljoprivrednim traktorom i Laibe (2003) pri mjerenju naprezanja na radnim dijelovima stroja za baliranje sijena

Za izvođenje mjerenja tenzometrijskom metodom mehaničkih veličina skidera pri privlačenju drva korištena je mjerna oprema Laboratorija za mjerenje mehaničkih veličina šumarskih strojeva Šumarskog fakulteta u Zagrebu koja uključuje mjerne trake dinamometre pojačala računalni program proizvođača Hottinger Baldwin Messtechnik TELUB mjerne vage i opremu za daljinski prijenos podataka proizvođača ELPRO Technologies Pty

Teorijske osnove mjerenja mjernim traka postupak pripeme dijelova skidera u mjerne pretvornike kao i obrada mjernih rezultata će se detaljno prikazati u slijedećim poglavljima

331 Teorijske osnove mjerenja mehaničkih veličina električnim putem

Za razvoj metode mjerenja mehaničkih veličina električnim putem bitno je utjecalo poznavanje odnosa naprezanja u materijalu i njegove deformacije Robert Hooke je 1687 godine otkrio da kruto tijelo pod djelovanjem vlačne sile imaju tendenciju istezanja te ustanovio produljenje tijela uz točno određeni iznos sile Odnos između produljenja i duljine na kojoj je produljenje nastupilo naziva se relativno produljenje (ε)

L

L∆=ε (51)

Odnos između sile i presjeka na koji se ona raspoređuje naziva se naprezanjem i redovito označava oznakom σσσσ odnosno

A

F=σ (52)

Ovaj se pristup koristi kod određivanja čvrstoće materijala Obično se za tu svrhu izrađuju posebne epruvete određene površine presjeka (A) koje se u kidalici opterećuju silom F a smjerovi naprezanja epruveta mogu biti kako vlačni tako i tlačni Postupno povećavajući veličinu sile i istodobno mjereći odgovarajuće produljenje ili skraćenje ispitivane epruvete te računajući vrijednosti parova točaka σσσσ - εεεε odnos naprezanja i istezanja materijala prikazujemo dijagramom

Na dijagramu naprezanja materijala označene su točke najznačajnije za mjerenja mehaničkih veličina Oznake na slici 34 imaju sljedeća značenja

σσσσe - granica elastičnosti - prestankom naprezanja do ove granice materijal se vrati u prvobitne dimenzije a naprezanje veće od granice elastičnosti će uzrokovati trajnu deformaciju materijala

σσσσp - granica plastičnosti - iznad ove granice dolazi do naglog istezanja elementa koji se ispituje nakon čega dolazi do ponovnog očvrščenja materijala

σσσσm - čvrstoća materijala - najveće naprezanje koje materijal može izdržati do trenutka pojave prvih pukotina

σσσσl - prekidna čvrstoća - naprezanja u trenutku potpunog loma elementa koja su manje vrijednosti od same čvrstoće materijala jer se daljnje produljenje odvija pri manjim naprezanjima zbog smanjenja površine presjeka usljed sve većeg nastanka pukotina

Kako se vidi iz dijagrama na slici 34 do granice elastičnosti produljenje materijala odvija se po pravcu Nagib pravca prema apscisi određen je kutom φφφφ Prirast naprezanja po jedinici relativnog produljenja u stvari koeficijent nagiba pravca naziva se modulom elastičnosti ili Young-ovim modulom pa se može prikazati kao

E=φtg (53)

Slika 34 Dijagram naprezanja materijala

50

Stoga se u ovom području može napisati jednadžba pravca poznata i kao Hookov zakon oblika

σ εsdot= E (54)

Uslijed djelovanja vlačnih sila ne dolazi samo do produljenja opterećenog elementa već i do njegovog poprečnoga utezanja (kontrakcije) Isto tako djelovanjem tlačnih sila dolazi do istezanja (ekspanzije) širine elementa (slika 35) Poprečna se kontrakcija ili ekspanzija elementa označava obično sa εεεεt Mnoga su mjerenja pokazala da je do određene granice opterećenja promjena širine elementa srazmjerna uzdužnom istezanju te se taj odnos definira Poissonovim koeficijentom koeficijentom proporcionalnosti ν ili

ε t ε l = ν (55)

Njegova je vrijednost za većinu metala približno jednaka 03

Pojavu promjene otpora vodiča pod djelovanjem opterećenja je otkrio engleski fizičar Sir Charles Wheatstone 1843 godine te prikazao mogućnosti mjernog pretvornika na osnovi simetrično postavljena četiri otpornika Ovaj most po njemu i nosi naziv Wheatstoneov most mada ga je prvi odredio S H Chrislie još 1833 godine Opažanje koje je pred kraljevskim filozofskim društvom iznio lord Kelvin predstavlja prvi eksperiment s elektrootpornim mjernim trakama On je pomoću Wheatestoneovog mosta i galvanometra pokazao da se električni otpor bakarne i željezne žice mijenja njihovim produljenjem Thomson 1856 godine objavljuje prve radove o promjeni otpora vodiča pod djelovanjem opterećenja prema postavkama Wheatstone-a Tehnička primjenjivost njihovih istraživanja je krenula tek 30-ih godina prošlog stoljeća Razlog tome leži u činjenici da su zabilježene promjene otpora bile vrlo male Lord Kelvin i Thomson su koristili visoko osjetljive galvanometre koji su neprikladni za tehničku primjenu Razvoj elektronskih pojačala je ubrzao primjenu elektrootpornih mjernih traka

Godine 1938 Eduard Simons usavršava mjernu traku lijepljenjem žice od konstantana na papir Do istog rješenja dolazi iste godine i Arthur Claude Ruge s tom razlikom da je vrlo tanku žica postavio u zavojiti oblik te je zalijepio između dva papira Prednost njegove mjerne trake je što je bila vrlo tanka i lagana za postavljanje lijepljenjem na bilo koju površinu i omogućavala mjerenje na vrlo tankim i malim predmetima Oblik Ruge-ove mjerne trake se održao do današnjih dana ali s mnogim poboljšanjima kakvoće materijala i tehnologije izrade Masovnija proizvodnja mjernih traka počinje u Evropi poslije drugog svjetskoga rata

Osnovni dijelovi mjerne trake su nosiva podloga mjerna mreža i spojni vodovi a najvažnija značajka efektivna duljina mjerne mreže (slika 36) Mjerna traka mjeri aritmetičku sredinu naprezanja ispod mjerne mrežice Izbor efektivne duljine mjerne mrežice utjecat će na rezultate mjerenja Vrlo kratkom mjernom mrežicom mjere se vršne vrijednosti naprezanja u materijalu Dulja mjerna mrežica omogućit će mjerenje srednjih vrijednosti naprezanja u materijalu Promjeri žica od kojih se rade mjerne trake iznose od 002 do 004 mm Električni je otpor mjerne mreže standardiziran i iznosi 120 Ω ili 350 Ω kod mjernih traka za izradu dinamometara (Hoffmann 1989)

Slika 35 Prikaz odnosa utezanja i istezanja materijala

a - nosiva podloga b - mjerna mrežica c - priključni vodovi d - efektivna duljina mjerne mrežice

Slika 36 Dijelovi mjerne trake

51

Mjerne se trake proizvode u raznim oblicima koji su određeni područjem njihove primjene Najširu primjenu imaju metalne mjerne trake ali za potrebe preciznijih ili kompleksnijih mjerenja razvijene su poluvodičke piezoelektrične foto-elastične mjerne trake te mjerne trake za primjenu pri visokim temperaturama (gt 500 C) Mjerne trake mogu biti izrađene s jednom mrežicom dvije ili pak s tri mrežice Kod mjernih traka s dvije ili tri mrežice njihov se međusobni položaj nalazi pod kutem od 0deg 45deg 60deg 90deg ili 120deg Spajanjem više mjernih traka u liniju dobivamo mjerni lanac odnosno rozetu pri spajanju u kružni oblik Mjerni lanci i rozete su višenamjenske mjerne trake koje omogućavaju veću točnost izmjere naprezanja na većoj površini

Ranije je istaknuto svojstvo većine krutih materijala da u određenom području naprezanja pokazuju linearan odnos između sile i produljenja Pretpostavimo da smo na površinu tijela izrađenih od takvih materijala nalijepili elektrootpornu mjernu traku koja u potpunosti slijedi promjenu dimenzija uslijed naprezanja Neka je duljina vodiča na traci L a površina poprečnog presjeka CD2

gdje je C konstanta a D poprečna dimenzija Za okrugli presjek žice vrijedi C = π4 a D je promjer vodiča Kod pravokutnoga presjeka D je jedna stranica dok je C omjer druge i prve stranice Električni otpor takvoga vodiča može se pokazati relacijom

2DC

LR

sdot

sdot=

ρ (56)

gdje je ρ električni otpor materijala po jedinici duljine ili jednostavno jedinični otpor Prema ranije navedenom nakon opterećenja uzdužnom silom na svakoj će od gornjih veličina doći do promjene Derivira li se gornja jednadžba dobiva se slijedeći oblik

22

2 d2dd

)DC(

LLDC)LL(DCR

sdot

sdotsdotsdotsdotsdotminussdot+sdotsdotsdot=

ρρρ (57)

Podijeli li se jednadžba (57) s jednadžbom (56) dobiva se

LLLL

DD

LL

RR

d

d

d

d21

d

d ρρ+sdotminus= (58)

Lijeva strana jednadžbe (58) očito određuje relativnu promjenu otpora u ovisnosti o relativnom produljenju i u stvari predstavlja osjetljivost mjerne trake Ovaj se odnos uzima kao temeljna značajka mjernih traka Naziva se faktorom trake ili k - faktor Prvi član desne strane jednadžbe određuje ranije spomenuti Poissonov koeficijent ν Drugi član na desnoj strani jednadžbe je odnos relativne promjene jediničnog otpora i relativnog produljenja Ako se taj odnos prikaže oznakom m te uvrsti Poissonov koeficijent onda će jednadžba (58) poprimiti slijedeći oblik

mLL

RRk +sdot+== micro21

d

d (59)

Iz jednadžbe (59) proizlazi da je

R

R

k

∆sdot=

1ε (60)

Jednadžba (60) je temelj mjerenja pomoću elektrootpornih (tenzometrijskih) traka Pomoću nje je moguće izračunavanje produljenja vodiča na osnovi poznate vrijednosti k - faktora i izmjerene promjene električnoga otpora u odnosu na njegovu početnu vrijednost Ta se činjenica u jedinstvu s prethodno opisanim osobinama elastičnoga materijala zapravo koristi pri mjerenju mehaničkih veličina električnim putem

Većina kovina izloženih elastičnoj deformaciji ima približnu osjetljivost na deformaciju k=2 Međutim tek nekoliko njih ima stalnu vrijednost osjetljivosti u svom elastičnom i plastičnom području Danas se za izradu mjernih traka rabe razni materijali od kojih valja spomenuti

advance slitine (k=21)

karma slitine (k=21)

isoelastic slitine (k=36)

slitina No 479 (k=47) i druge

Izražene se vrijednosti k - faktora od strane proizvođača odnose na sobnu temperaturu okoline

52

Promjenom temperature mijenja se i k - faktor Kako je opće poznato zagrijavanjem materijala dolazi do njegovog termičkog istezanja Riječ je o relativnom temperaturnom istezanju materijala Stoga se uvodi tzv temperaturni koeficijent produljenja kao produljenje štapa jedinične duljine pri povišenju temperature za 1K odnosno

T

L

L ∆∆

sdot=1

α (61)

gdje je ∆T promjena temperature L duljina štapa a ∆L temperaturno produljenje

Na pouzdanost pri mjerenju značajno utječu i podloga na koju je mjerna traka nalijepljena ljepilo s kojim se zajedno s podlogom pričvršćuje na mjerno mjesto hrapavost podloge na koju se pričvršćuje i drugi utjecajni parametri Idealan materijal za izradu mrežica tenzometrijskih traka trebao bi posjedovati slijedeće karakteristike

što veću osjetljivost odnosno što veći k ndash faktor

veliki jedinični otpor

malu osjetljivost na temperaturne promjene

visoku granicu razvlačenja

visoku dinamičku izdržljivost

malu mehaničku histerezu

otpornost na koroziju i dr

Mjerenja pomoću elektrootpornih mjernih traka mogu se provoditi svim električnim mjernim mostovima koji se rabe i za mjerenje otpora Da bi se mjerenje provelo kvalitetno treba upotrijebiti mjerni most koji udovoljava slijedećim značajkama

valja postići linearnu karakteristiku između otpora R i signala na instrumentu

kada otpor R teži k nuli treba i odgovarajući odziv na pokaznom instrumentu težiti k nuli

valja postojati mogućnost pojačanja signala povećanjem napona napajanja mosta

mogućnost umjeravanja valja biti što jednostavnija

Gore navedenim zahtjevima najviše udovoljava Wheatestonov most Kako je ranije spomenuto i sasvim male promjene električnog otpora reda veličine tisućinke Ω koje se pojavljuju u mjernim trakama uslijed naprezanja te odgovarajućih istezanja moguće je pouzdano mjeriti pomoću Wheatestonovog mosta

Mjerni sustav se sastoji od mjernih traka povezanih u Wheatestoneov mjerni krug pojačala koji će predati ulazni napon mjernoj traci te primiti izlazni signal napona Postavljanjem mjerne trake na ispitni predmet naprezanja se u njemu prenose na mjernu traku što uzrokuje promjenu električnog otpora trake Promjenom otpora trake most gubi simetriju te dolazi do razlike između ulaznog i izlaznog napona

Osnovna izvedba Wheatestonovog mosta prikazana je na slici 37 na kojoj otpori prikazani u sva četiri mjerna kraka mosta mogu predstavljati elektrootpornu mjernu traku

Simboli koji će se rabiti u ovom poglavlju imaju slijedeća značenja

R - otpornik Ω

∆R - promjena otpora Ω

Uu - ulazni napon V

Ui - izlazni napon mosta V Slika 37 Shematski prikaz Wheatestonova mosta

53

Na početku ćemo pretpostaviti da su otpornici u svim krakovima mosta identični To znači da je most u ravnoteži (izbalansiran) Odatle slijedi da pad napona kroz otpornik R24 mora biti identičan padu napona kroz otpornik R23 Lako se može pokazati da je

13

23

14

24

R

R

R

R= (62)

Ovaj je odnos izuzetno bitan budući da upućuje na to da bilo koja promjena otpora na jednoj strani mosta može biti uravnotežena podešavanjem otpora na suprotnoj strani mosta Na osnovi gornje jednadžbe može se napisati

13

142324

R

RRR

sdot= (63)

Jednadžba ukazuje na to da se uz pouzdano poznavanje otpora R14 te uz pouzdano poznavanje odnosa dvaju otpora na drugoj strani mosta može isto tako pouzdano odrediti nepoznati otpor R24 Nadovezujući se na ovaj primjer može se pretpostaviti slučaj u kojem je nepoznati otpornik upravo naša mjerna traka pričvršćena na ispitivanom uzorku To znači da je most moguće umjeriti prije opterećivanja elementa Nakon uvođenja opterećenja most se može ponovno uravnotežiti podešavanjem odnosa dvaju otpornika R23R13 Ukoliko je poznata promjena odnosa moguće je odrediti razliku otpora mjerne trake prije i poslije opterećenja Ta je razlika bila izazvana relativnim produljenjem kao posljedicom djelovanja vanjskih sila Stoga se relativno produljenje može računati prema relaciji

kR

R

kR

R 1∆∆sdot=

sdot=ε (64)

Ranije je pokazano da je promjena otpora direktno srazmjerna relativnom istezanju tako da je odnos tih dviju veličina moguće veoma lako međusobno umjeriti Mnogo se pogodnija rješenja postižu onda kada se indikator izravno umjeri u vrijednostima relativnog istezanja To znači da se nakon uravnotežavanja mosta na početku mjerenja može očitavati svaku promjenu istezanja u mjerilu izravno na indikatoru

U slučajevima u kojima se pri mjerenjima koriste mjerna pojačala izravna su očitanja promjena naprezanja još mnogo jednostavnija Posebne pogodnosti imaju noviji sustavi za prikupljanje podataka koji preko analogno - digitalne konverzije mjernog signala omogućuju direktnu obradu rezultata mjerenja o čemu će kasnije biti više riječi

Za mjerenja se istodobno može koristiti jedna dvije ili četiri aktivne mjerne trake Ovisno o broju aktivnih mjernih traka razlika se potencijala određuje po slijedećim relacijama

Mjerni pretvornik sa samo jednom ugrađenom mjernom trakom u mjerni most još se naziva četvrt mosta Za četvrt most se može pokazati da vrijedi relacija

4

RR

E

V ∆= (65)

Uvrštavanjem vrijednosti iz relacije (59) u (65) te preuređenjem dobiva se izraz za relativno produljenje

kE

V

sdotsdot

=4

ε (66)

Shematski prikaz četvrt mosta vidi se na slici 38

Osnovna je značajka četvrt mosta samo jedna aktivna mjerna traka Preostala tri kraka mosta mogu činiti neaktivne ili fiktivne mjerne trake ili jednostavno obični otpornici Od posebnog je značaja relacija (66) koja pokazuje da postoji izravna veza između prisutnog relativnog istezanja i napona na dijagonali Ukoliko su poznati napon pobude mosta i k - faktor trake dovoljno je izmjeriti koliko iznosi napon dijagonale izvan

Slika 38 Izvedbe Wheatstoneovog mosta

54

ravnoteže da bi se odredila razina relativnog istezanja Prema nekim mišljenjima mjerni most sa samo jednom aktivnom mjernom trakom posjeduje samo približnu linearnost između promjene otpora i razlike potencijala na dijagonali Ta linearnost postoji samo pri relativno malim promjenama kao što je to slučaj kod žičanih mjernih traka

Mjerni pretvornik s dvije ugrađene mjerne trake naziva se polu most Za polu most je moguće lako dokazati slijedeće odnose

2

RR

E

V ∆= (67)

Mnoge se prednosti postižu uporabom dviju i više aktivnih mjernih traka koje su pod utjecajem promjena nakon što nastupi vanjsko opterećenje ispitivanog uzorka Budući da će kod uporabe dvije aktivne mjerne trake obje utjecati na promjenu električnoga otpora nakon pojave deformacije to će odmak od ravnoteže mosta biti veći To samo po sebi podrazumjeva znatno veću osjetljivost takvoga mosta Posebna je prednost takvih mjernih pretvornika i u tome što se utjecaj temperature pri kojoj se vrše mjerenja može potpuno zanemariti U mnogim će se slučajevima pored navedenog dobiti i značajno veća točnost pri mjerenjima

Mjerni pretvornik s četiri ugrađene mjerne trake naziva se puni most Kod punog mosta vrijedi slijedeći odnos

R

R

E

V ∆= (68)

Shematski se prikaz punog mosta vidi na slici 38 Upotrebom četiriju mjernih traka u mjernom pretvorniku još se više podiže njegova osjetljivost I kod punog mosta valja naglasiti da se utjecaj promijenjivih temperaturnih uvjeta na rezultate mjerenja u potpunosti može zanemariti U punom se mostu ravnoteža mora postići nekim dodatnim otpornicima Upotrebom punog mosta osjetljivost mjernog pretvornika u odnosu na četvrt mosta može se učetverostručiti

Poznavanjem osnovnih značajki mjerne trake s obzirom na objekt mjerenja uvjete mjerenja i potrebnu pouzdanost mjerenja vrši se odabir mjerne trake

Mjerne se trake obično učvršćuju lijepljenjem mada valja spomenuti da se u posebnim slučajevima i točkasto zavaruju Presudnim za uspjeh mjerenja smatra se izbor ljepila te način lijepljenja s obzirom na materijal i površinu mjernog mjesta U pripremi mjernog mjesta mora se obratiti pozornost na pravilno postavljanje i zaštitu mjerne trake kako bi odstranili moguće greške mjerenja Površina mjernog mjesta mora biti potpuno očišćena kako ostanak nečistoća ispod mjerne mrežice ne bi utjecao na točnost mjerenje i suha kako bi se onemogućila korozija trake Osim toga sama površina treba biti glatka bez najmanjih pukotina u materijalu koje bi utjecale na nepravilno prenošenje naprezanje s materijala na mjernu traku Zbog istog razloga sloj ljepila mora biti vrlo tanak ali dovoljan da omogući čvrsto prijanjanje mjerne trake na mjerno mjesto Odmah nakon pripreme mjernoga mjesta valja nalijepiti mjerne trake Postupak lijepljenja ilustriran je na slici 39

Pri povezivanju priključnih vodova mjernih traka lemljenjem pomoću vodiča također postoji opasnost oštećenja mjernih traka Na kraju mjerno mjesto je potrebno zaštiti od vanjskih utjecaja prvenstveno od vlage i mehaničkih oštećenja (slika 40)

Slika 39 Lijepljenje mjerne trake

Slika 40 Zaštita mjerne trake

55

332 Mjerila i mjerna oprema

Za mjerenje predviđenih značajki kretnosti skidera konstruirana su ili primjenjena mjerila za istovremeno određivanje 16 veličina Te veličine su

1 zakretni moment na prednjem desnom kotaču MPD (Nm)

2 zakretni moment na prednjem lijevom kotaču MPL (Nm)

3 zakretni moment na stražnjem desnom kotaču MSD (Nm)

4 zakretni moment na stražnjem lijevom kotaču MSL (Nm)

5 opterećenje na prednjem desnom kotaču GaPD (kN)

6 opterećenje na prednjem lijevom kotaču GaPL (kN)

7 opterećenje na stražnjem desnom kotaču GaSD (kN)

8 opterećenje na stražnjem lijevom kotaču GaSL (kN)

9 broj okretaja prednjeg desnog kotača nPD

10 broj okretaja prednjeg lijevog kotača nPL

11 broj okretaja stražnjeg desnog kotača nSD

12 broj okretaja stražnjeg lijevog kotača nSL

13 broj okretaja petog kotača n5K

14 horizontalna sastavnica sile u užetu H (kN)

15 vertikalna sastavnica sile u užetu V (kN)

16 vrijeme t (s)

Na osnovu podataka izmjere navedenih veličina može se izvršiti proračun potrebnih tehničkih značajki skidera pri privlačenju drva kao što su adhezijska težina skidera vučna i obodna sila faktori privlačenja bruto i neto vuče te kotrljanja dinamički polumjer kotača sila u užetu i kut nagiba užeta koeficijent raspodjele težine tovara brzina kretanja skidera klizanje kotača obodna i vučna snaga te snaga kotrljanja i korisnost kotača

Vertikalna opterećenja kotača predstavljaju masu odnosno težinu koju nose Mogu se odrediti na nekoliko načina proračunskim putem prilikom konstruiranja vozila vaganjem vozila (statički teret dobiven kao izvaga praznog i punog vozila) te kao stvarno opterećenje u radu - dinamička opterećenja (Sever i dr 1989)

Za mjerenje dinamičkih opterećenja na kotačima mjerne su trake postavljene odmah iza kotača na gornju stranu kućišta vratila koji izlazi iz diferencijala prema kotaču (završnom ili planetarnom reduktoru) Upotrebljene su mjerne trake oznake LY11-6120 što označava linearnu mjernu traku (L) nosive podloge od poliamida i mjerne mrežice od konstantana (Y) namijenjenom za postavljanje na čeličnim konstrukcijama (1) s jednom mjernom mrežicom duljine 6 mm i otpora 120 Ω Mjerne trake su kod svakog kotača postavljene u Wheatestone-ov polu-most pri čemu su dvije mjerne trake postavljene pod kutem od 90deg međusobno i s obzirom na uzdužnu i poprečnu os kućišta vratila (slika 42)

Mjerenje zakretnih momenata izvršeno je pomoću mjernih traka postavljenih na obodu kućišta završnih planetarnih reduktora Upotrebljene su mjerne trake oznake XY21-3120 što označava mjernu traku s nosivom podlogom od poliamida i mjerne mrežice od konstantana (Y) namijenjenom za postavljanje na čeličnim konstrukcijama (1) s dvije mjerne mrežice duljine 3 mm i otpora 120 Ω postavljene međusobno pod kutem od 90deg pri čemu je svaka mjerna mrežica otklonjena za 45deg od uzdužne osi mjerne trake (X) Za mjerenje su bile potrebne dvije mjerne trake koje su se postavile dijametralno suprotno na obodu kućišta završnog

Slika 41 Položaj mjernih traka pri mjerenju momenata

56

reduktora (slika 41) Točno postavljanje mjernih traka se izvršilo na osnovu mjerenja opsega oboda kućišta Mjerne trake su na svakom kotaču postavljene u Wheatestone-ov puni-most

Povezivanje je priključnih vodova mjernih traka izvršeno lemljenjem pomoću vodiča površine presjeka 015 mm2 do spojnog mjesta za svaki Wheatestoneov most Na spojnim mjestima su priključeni 4-žilni 15 pinski oklopljeni kablovi koje vode do pojačala

Zbog okretanja kotača bilo je potrebno postaviti klizni prijenosnik na svakom kotaču Nosači su kliznog prijenosnika učvršćeni na kućište završnog reduktora (slika 43) Klizni prijenosnik se sastoji od rotora kliznog prstena i kućišta Rotor je spojen s nosačem te se okreće zajedno s kotačem Na utičnicu rotora je doveden kabel sa spojnog mjesta Kućiste kliznog prijenosnika je učvršćeno elastičnim užetom na dodatnu konstrukciju koja je postavljenja iznad osovina skidera kako bi se omogućilo nesmetano okretanje kotača Signal se promjene otpora traka s utičnice na rotoru prenosi preko prstena i grafitnih četkica na utičnice na kućištu kliznog prijenosnika odakle kabel dalje vodi do pojačala

Dodatni prsten i grafitna četkica u kliznom prijenosniku su iskorišteni kao davači impulsa za određivanje broja okretaja kotača Ovaj postupak je opisao i primjenio Horvat (1993A) za istovremeno očitanje mjernog signala zakretnog momenta i broja okretaja vratila forvardera Od četiri klizna prijenosnika dva su imala prsten podijeljen na 10 segmenata tj za jedan puni okret kotača su bilježila 10 impulsa dok su ostala dva za jedan okret kotača bilježila jedan impuls Klizni prijenosnici s prstenom od 10 segmenata su postavljeni na prednji desni i stražnji lijevi kotač Raspon napona impulsa okreta kotača se kretao od 5 V do 9 V S druge utičnice na kućištu kliznog prijenosnika pomoću kabela se signal prenosio do pojačala S obzirom da je izlazni napon pojačala manji od raspona napona davača impulsa upotrebljeno je vanjsko napajanje pomoću 2 baterijska uloška napona 45 V

Stvarno prevaljeni put mjeren je pomoću slobodno kotrljajućeg petog kotača a njegova primjena je potrebna za određivanje brzine kretanja skidera i klizanja kotača usporedbom njegovog broja okretaja i broja okretaja pogonskih kotača Primjena petog kotača je dosta česta kod ispitivanja poljoprivrednih traktora a kod istraživanja specijalnih šumskih vozila koriste ga mnogi istraživači i može se smatrati najčešćim mjerilom puta (Hassan 1989) Isti autor (1988) opisuje optičko mjerilo puta razvijeno u NCSU za istraživanja skidera u eksploatacijskim uvjetima Sever (1980) kod istraživanja vučne značajke skidera te Horvat (1993A) kod istraživanja forvardera također koriste peti kotač

Peti kotač je zglobno učvršćen na prednju dasku skidera (slika 44) a duljina prevaljenog puta je određena na osnovu njegovog broja okretaja i izmjerenog opsega Na peti kotač je također bio postavljen klizni prijenosnik preko kojeg se na opisani način prenosio impuls promjene napona pomoću prstena s podjelom od 10 segmenata i grafitne četkice

Slika 42 Mjerno mjesto na kućištu osovine kotača

Slika 43 Prepariranje planetarnog reduktora

Slika 44 Peti kotač

57

Određivanje se horizontalne i vertikalne sastavnice sile u užetu pri privlačenju drva izvršilo pomoću dva vlačno-tlačna dinamometra HBM 50 kN i HBM 20 kN Dinamometri su međusobno spojeni pod kutem od 90deg stupnjeva te postavljeni na nosač zglobno učvršćen na mjestu vertikalnih valjaka vitla (slika 45) Sever (1980) navodi da je postavljanje dinamometara na nosač jedini mogući način da se istovremeno registriraju horizontalna i vertikalna sila u užetu u eksploatacijskim uvjetima Na spoju dinamometara je postavljen držač veznog užeta tovara Na taj način je omogućeno točno određivanje sastavnica sila te kuta nagiba užeta Dinamometri su se nalazili točno u horizontalnoj i vertikalnoj ravnini s obzirom na podlogu pri potpuno podignutoj zadnjoj prihvatno-zaštitno-sidrenoj dasci skidera upravo kakav je njen položaj pri privlačenju drva Nedostatak mjerenja vučnih sila dinamometrima pri privlačenju drva se ogleda u pojavi postranih bočnih sila uzrokovanih njihanjem tovara pri kretanju skidera koje vlačno-tlačni dinamometri ne mogu zabilježiti

Svi mjerni pretvornici (mjerne trake davači impulsa napona dinamometri) su spojeni s mjernim pojačalima HBM Spider 8 S obzirom na 15 mjerenih veličina upotrebljena su dva mjerna pojačala Spider 8 spojena u seriju od kojih svaki ima 8 ulaznih kanala SR55 (15-pinski kanali) Za napajanje pojačala je potreban napon od 12 V Prema mjernim pretvornicima šalju izlazni napon od 25 V te primaju povratni naponski signal s mjernih pretvornika i bilježe promjene napona do 2 mVV

Mjerna pojačala su smještena na postolje učvršćeno iza kabine skidera te zaštićeni od vlage i mehaničkih oštećenja

Daljinski prijenos podataka je omogućen primjenom radio modema ELPRO 805 U (ELPRO Technologies Pty Ltd) Radio modem je bio postavljen na samom skideru i spojen preko COM ulaza s mjernim pojačalom HBM Spider 8 primao analogno pojačane mjerne signale te ih odašiljao preko antene postavljene na krovu kabine skidera Drugi radio modem je primao mjerne signale te ih prenosio na terensko računalo

Računalnim programom Catman 40 (Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH) su bilježeni podaci mjerenja Navedeni računalni program je prvenstveno namijenjen mjerenju mehaničkih veličina električnim putem što se ogleda u nekim osnovnim karakteristikama

bull odabir različitih vrsta mjernih pojačala

bull provjera veze između mjernog pretvornika (mjerne trake dinamometra) i računala

bull unošenje mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull prikaz rezultata mjerenja mehaničkih veličina na osnovu primljenog signala i mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull određivanja tare i postavka mjernog pretvornika u nulto stanje

bull određivanje frekvencije očitanja signala s mjernog pretvornika

bull zapis proteklog vremena od pokretanja mjerenja do završetka prema frekvenciji očitanja

bull mogućnost istovremenog primanja mjernih podataka s 40 mjernih pretvornika (40 kanala)

bull snimanje do 10 000 mjernih rezultata po kanalu

bull grafičko i brojčano praćenje mjernih vrijednosti tijekom snimanja podataka

bull prenošenje snimljenih podataka u druge računalne programe (Microsoft Excell)

bull mogućnost matematičke obrade mjernih rezultata s jednog ili više kanala

bull mogućnost programiranja postupka mjerenja

Slika 45 Nosač s vlačno-tlačnim dinamometrima

58

U računalni program Catman 40 su po kanalima označeni mjerni pretvornici i unošene mjerne konstante dobivene umjeravanjem mjernih pretvornika Frekvencija očitanja ulaznog signala je podešena na 50 Hz po kanalu tj vrši se 50 očitanja mjernog rezultata u sekundi na svakom kanalu S obzirom na 15 korištenih kanala tijekom mjerenja te zapisa proteklog vremena mjerenja postignuto je 800 očitanja mjernih veličina u sekundi Rezulati mjerenja su spremani u datoteku Microsoft Excell gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjernja svake 150 sekunde

Programiranje je radio modema izvršeno programom Cfg_805UD Pomoću programa potrebno je odrediti slijedeće postavke na oba radio modema izbor komunikacijskog moda između uređaja adresiranje radio modema serijsku i radio frekvenciju prijenosa mjernog signala

Pri izbor komunikacijskog moda između uređaja odabran je transparentni mod koji omogućava komunikaciju u oba smjera Komunikacijom od skidera do računala omogućen je prijenos mjernih signala dok komunikacijom od računala prema skideru omogućena je provjera veze do mjernog pretvornika U slučaju oštećenja mjernog pretvornika spojnih kablova ili konektora te nepravilnosti električnog napajanja dijela mjernog lanca na skideru možemo odmah uočiti grešku pomoću računalnog programa Catman 40 Kontrolni mod omogućava jednosmjernu komunikaciju između radio modema i ne zadovoljava potrebe mjerenja

Adrese oba radio modema moraju biti postavljene na istu vrijednost jer samo uređaji s istim adresama mogu direktno međusobno komunicirati

Serijski se prijenos podataka ostvaruje između mjernog pojačala i radio modema te radio modema i računala

Radio frekvencija određuje frekvenciju prijenosa podataka između uređaja Zbog toga postavka radio frekvencije prijenosa podataka na oba uređaja mora biti istovjetna Od tri moguće postavke radio frekvencije (19 200 38 400 76 800 bits) izabrana je radio frekvencija od 38 400 bits

Slika 46 Shema mjernog lanca

Radio modemi su opremljeni spremišnim diskom (bufferom) od 2 KB Prijenos podataka počinje kad se napuni spremišni disk a isto tako veza između modema se prekida ukoliko se tijekom mjerenja spremišni disk potpuno isprazni sve do trenutka njegovog punjenja Zbog navedene značajke radio modema najpovoljnije je odabrati iste vrijednosti serijske i radio frekvencije u cilju kontinuiranog prijenosa podataka Pri tome je bilo potrebno uskladiti izlaznu frekvenciju mjernog

59

signala iz pojačala sa serijskom frekvencijom radio modema Mjerno pojačalo HBM Spider 8 se proizvodi s tvornički podešenom izlaznom frekvencijom mjernog signala od 9600 bits Ali pri tome dolazi do prekida veze između radio modema budući da je veća brzina slanja signala od brzine punjenja spremišnog diska od strane mjernog pojačala Povećanje izlazne frekvencije mjernog pojačala HBM Spider 8 izvršeno je direktnim povezivanjem s računalom unosom Hayes-ovih naredbi putem HyperTerminala

Veliki se dio mjerne opreme nalazi na skideru te je za napajanje električnom energijom mjernih pojačala i radio modema na krov kabine učvršćen prijenosni generator

Postavljanjem mjerne opreme nosača i pomoćnih konstrukcija i uređaja povećala se masa skidera (slika 47) Prije početka mjerenja bilo je potrebno odrediti masu opremljenog skidera i opterećenja na kotačima Rezultat mjerenja opterećenja na kotačima pri privlačenju drva je promjena težine na osnovu opterećenja praznog skidera na ravnoj podlozi Određivanje mase i opterećenja na kotačima praznog skidera je izvršeno s četiri vage švedskog proizvođača TELUB

U svakoj se vagi nalaze po četiri neovisna dinamometra namjenjena mjerenju tlačnih naprezanja Na svakom je dinamometru postavljeno po četiri aktivne mjerne trake što znači da je riječ o mjernim pretvornicima s mjernim trakama u punom mostu Mjerni su pretvornici spojeni tako da pojedinačno i zajednički registriraju svako vanjsko opterećenje Svaka je vaga granično opteretiva sa 90 kN Budući da se opterećenje ne mora simetrično rasporediti na sva četiri dinamometra u krajnosti je moguća i takva situacija u kojoj se svaki od tih tlačnih dinamometara može pojedinačno opteretiti s graničnom nosivošću čitave vage Sva četiri tlačna dinamometra na svakoj vagi pripremljena su kao puni mostovi Mjerni pretvornici kvadratnog presjeka postavljeni su u sva četiri kuta podnožja vaga a vijcima su pričvršćeni kako za podnožje vage tako i za njezin poklopac Shematski prikaz jednog od dinamometra dat je na slici 48

Sve su vage spojene s mjernim pojačalom HBM Spider 8 koji je direktno povezan s prijenosnim računalom te su pomoću računalnog programa Catman 40 naprijed opisanom metodom očitani rezultati mjerenja

Vagama su također izmjerene mase svih drvnih sortimenata koje smo koristili u vučnim pokusima

Otpor kotrljanja i nulto klizanje kotača na podlozi (šumskom tlu) na kojem se vrši ispitiavanje vučne značajke utvrđuje se prije početka testiranja povlačenjem traktora u praznom hodu i s položajem transmisije u neutralnom položaju te s dinamometrom pričvršćenim između traktora i vozila koje ga vuče (Hassan 1989) Pri tome je korišten vlačno-tlačni dinamometar HBM 100 kN direktno povezan preko mjernog pojačala HBM Spider 8 s računalom te sila vuče očitana računalnim programom Catman 40

Primjena opisane mjerne opreme kao i potrebitost mjerenja težine tovara i nagiba terena uvjetovala je ispitivanje u kontroliranim uvjetima Ispitivanje u stvarnim eksploatacijskim uvjetima je neizvedivo zbog pretvorbe dijelova skidera u mjerila Zbog postavljanja nosača dinamometara na valjke vitla onemogućen je rad vitla Vitlo je korišteno samo za pripremu i vezanje tovara a pri privlačenju tovar se držao na nosaču Također mjerna oprema je osjetljiva na vlagu (opasnost kondenzacije vlage u mjernim pojačalima konektorima opasnost od kratkog spoja u prijenosu električne struje vrlo malih napona u mjernom lancu) te se u pravilu ispitivanja ne vrše u uvjetima kišnih ili sniježnih oborina

Slika 47 Skider s postavljenom mjernom opremom

Slika 48 Shematski prikaz jednog od četiriju

dinamometara svake vage

60

333 Umjeravanje mjernih pretvornika

Umjeravanje mjernih pretvornika je postupak određivanja mjernih konstanti za točno očitanje rezultata mjerenja Mjerno pojačalo HBM Spider 8 bilježi promjene napona do 2mvV Na osnovu promjene napona u navedenom rasponu pomoću mjernih konstanti unesenih u računalni program Catman 40 za svaki mjerni pretvornik odredit će se točno očitanje signala

Postupak umjeravanja se sastoji od usporedbe ostvarene poznate veličine na mjernom pretvorniku i rezultat očitanja veličine preko mjernog lanca Promjenom mjerne konstante utječemo na rezultat očitanja sve dok se odnos ostvarene i mjerene vrijednosti ne izjednači

Umjeravanja su mjernih pretvornika na skideru obavljena na poligonu za ispitivanje poljoprivredne mehanizacije Poljoprivrednoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu Umjeravanje mjernih traka za mjerenje zakretnih momenta na kotačima postavljenih na završnim reduktorima skidera izvršeno je djelovanjem poznate sile na kraku od 1 m Poluga za opterećivanje je vijcima pričvršćena na vanjsku stranu naplatka kotača dignutoga u zrak Poluga je libelom postavljena u vodoravan položaj te je točno određen krak od 1 m od središta osovine kotača Na tom mjestu je vršeno vertikalno opterećivanje poluge silom koja se mjerila pomoću dinamometra HBM 50 kN (slika 49)

Podaci umjeravanja obrađeni su statističkim metodama s ciljem da se utvrdi ovisnost između ostvarenih i izmjerenih vrijednosti Za svaki kotač su izračunavane linearne regresije podataka umjeravanja kao i vrijednosti koeficijenata korelacije Linearno izjednačenje podataka umjeravanja pokazuju slike od 50 do 53 Na slikama su unesene određene mjerne konstante Sva umjeravanja imaju visoke koeficijente korelacije što znači da je korelacijska veza vrlo čvrsta

Umjeravanje mjernih traka za mjerenje opterećenja na kotačima obavljeno je na način da su kotači postupno opterećivani s utezima sve veće mase Primjenjeni su utezi s certifikatom umjerene masene vrijednosti dobiveni od strane Državnog zavoda za normizaciju i mjeriteljstvo Istodobno su očitavane vrijednosti pomoću TELUB vaga koje su postavljene ispod kotača skidera Podaci o umjeravanju regresijske jednadžbe izjednačavanja podataka s koeficijentima korelacije te mjerne konstante su prikazane na slikama od 54 do 57

Slika 50 Umjeravanje zakretnog momenta na prednjem

lijevom kotaču Slika 51 Umjeravanje zakretnog momenta na

prednjem desnom kotaču

Slika 49 Umjeravanje zakretnog momenta

61

Slika 52 Umjeravanje zakretnog momenta na stražnjem

lijevom kotaču Slika 53 Umjeravanje zakretnog momenta na

stražnjem desnom kotaču

Slika 54 Umjeravanje opterećenja na prednjem lijevom

kotaču Slika 55 Umjeravanje opterećenja na prednjem

desnom kotaču

Slika 56 Umjeravanje opterećenja na stražnjem lijevom

kotaču Slika 57 Umjeravanje opterećenja na stražnjem

desnom kotaču

62

TELUB vage su umjeravane ranije za potrebe istraživanja u okviru rada Laboratorija za mjerenje mehaničkih veličina šumarskih strojeva Šumarskog fakulteta u Zagrebu Mjerne konstante TELUB vaga su prikazane u tablici 10 Korišteni HBM dinamometri su imali tvorničke podatke o umjeravanju i mjernim konstantama koje su provjerene istim opisanim postupkom

Tablica 8 Mjerne konstante TELUB vaga i HBM dinamometara

Mjerna vrijednost

Promjena napona

Vaga 1 Vaga 2 Vaga 3 Vaga 4 Dinamometar 20 kN

Dinamometar 50 kN

Dinamometar 100 kN

mVV t t t t kN kN kN

0 0 0 0 0 0 0 0

2 13143 13268 13305 13118 20 50 100

334 Obrada podataka

Rezultati mjerenja svakog prolaska skidera šumskom vlakom su pohranjivani u datoteke Microsoft Excell-a gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjerenja svake 150 sekunde Isti postupak je izvršen pri mjerenju sile vuče praznog skidera drugim vozilom opterećenja na kotačima opremljenog skidera na ravnoj podlozi i vaganja drvnih sortimenata

Početak snimanja svakog turnusa je počinjao prije kretanja skidera vlakom kako bi se provjerila veza i uspostavio daljinski prijenos podataka Isto tako snimanje podataka se završavalo u trenutka zaustavljanja skidera na kraju vlake Zbog navedenog načina snimanja mjernih podataka u snimljenim datotekama je potrebno ustanoviti samo niz podataka za svaku veličinu koja se odnosi na kretanje skidera Ovaj postupak je izvršen na osnovu grafičkog prikaza mjernih podataka koji se uočljivo razlikuju od trenutka pokretanja do zaustavljanja skidera na osnovu računalnog zapisa vremena Za svaki turnus je određeno vremensko trajanje kretanja skidera s točnošću 002 sekunde i u tom vremenskom intervalu su određene mjere središnje tendencije rasipanja podataka metodama deskriptivne statistike broj opažanja aritmetička sredina i standardna devijacija

Rezultati mjerenja broja okretaja pogonskih kotača i petog kotača predstavljaju niz promjena napona između vrijednosti 5 V i 9 V te su obrađeni pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i Datoteka navedenog računalnog programa je podešena da unosom niza promjena napona zabilježenog na kotaču i frekvencije očitanja mjernih podataka (50 Hz) broj impulsa po jednom okretu kotača prikaže kao ukupan broj okretaja kotača (n) i frekvenciju vrtnje kotača u vremenskim intervalima (slika 58) Ova analiza je izvršena za sve kotače i turnuse u vučnim pokusima

Slika 58 Prikaz obrade podataka pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i

63

34 Mjerenja na tlu

Istraživanja na tlu obuhvatila su kopanje pedoloških profila uzimanje uzoraka tla u narušenom i nenarušenom (prirodnom) stanju mjerenje prodirne značajke tla mjerenje otpora tla na smicanje te mjerenja dubine kolotraga

Informacije o osnovnim značajkama šumskog tla na mjestu istraživanja prikupljene su otvaranjem pedološkog profila i uzimanjem uzoraka tla u narušenom stanju

Mjerenjem prodirne značajke tla i otpora tla na smicanje te uzimanjem uzoraka tla na neizgaženom tlu i tlu na vlakama ovisno o broju prolazaka skidera utvrdila bi se razina oštećenosti šumskoga tla uslijed privlačenja drva

Uzimanje bi se uzoraka tla u nenarušenom stanju također provelo na neizgaženom tlu u tlu vlake a rezultati vodno-fizičkih svojstva tla dobiveni laboratorijskom analizom uzoraka tla također bi bili upotrebljeni za procjenu utjecaja prolaska skidera na oštećenja tla

Istim metodama oštećenja tla prolaskom skidera su utvrđivali Vranković i Pernar (1993) Meek (1996) i Mathies i dr (2003) Seixas i dr (2003)

341 Vrsta tla i sklop horizonata

Analizom pedoloških profila (pedoloških jama) utvrđuju se vrsta i tip tla te sklop njegovih horizonata

Sklop profila čine horizonti njihov broj izraženost debljina te prijelaz jednog horizonta u drugi Horizont je sloj tla sa značajkama koje su rezultat pedogenetskih čimbenika Osim utvđivanja vrste i tipa tla te dubine rasprostiranja pojedinih horizonata na pedološkom profilu vađeni su i Kopeckijevi valjci radi dobivanja spoznaja o gustoći tla i strukturi poroziteta svakog pojedinog horizonta

Pedološki profil je otvoren (kopan) prema dimenzijama na slici 59 Prilikom određivanja njegovoga položaja smještan je ispod vanjskih dijelova krošanja dubećih stabala te su izbjegavana mjesta gdje su u prošlosti prolazile stare vlake s ciljem dobivanja što reprezentativnijeg podatka

342 Uzorci tla u narušenom stanju

Iz uzoraka tla u narušenom (prirodno poremećenom) stanju laboratorijskim analizama mjere se i izračunavaju vodno-fizička svojstva tla zasnovana na masi uzorka Svrha uzimanja ove vrste uzoraka na terenu je određivanje granulometrijskoga sastava tla

Laboratorijske (direktne) metode određivanje granulometrijskoga sastava tla obuhvaćaju sušenje uzorka odvajanje skeleta usitnjavanje i prosijavanje tla preko sita s rupicama promjera 2 mm kako bi se odvojilo sitno tlo (sitnica) Nakon prve faze rada slijedi priprema sitnice za mehaničku analizu prema jednoj od propisanih metoda čija je svrha odvajanje povezanih čestica pijeska praha i gline te spriječavanje njihove ponovne koagulacije uslijed dijelovanja čestica gline U šumarskoj i poljoprivrednoj pedologiji ova faza rada najčešće se izvodi kuhanjem uzorka tla nakon čega se on prebacuje u valjke za sedimentaciju a zatim se vrši određivanje postotnoga sadržaja pojedinih frakcija pipet metodom (Škorić 1986) Pipet metoda se zasniva na poznatoj brzini padanja pojedinih čestica u suspenziji Na osnovi toga se pipetiranjem s određene dubine u valjku nakon točno određenoga vremena odpipetiraju čestice gline čestice praha i gline a krupni i sitni pijesak dobiju se računskim putem

Slika 59 Položaj i dimenzije pedološkog profila

64

Kemijske analize uzoraka tla provedene su po ovim postupcima

minus reakcija tla izmjerena je elektrometrijski kombiniranom elektrodom u suspenziji tla u vodi odnosno u 001 M CaCl2 u odnosu 125 Za mjerenje je korišten laboratorijski mikroprocesorski pH metar oznake MA 5736 točnosti plusmn 001 pH tvrtke Metrel

minus sadržaj humusa određen je bikromatnom metodom po Tjurinu

minus sadržaj ukupnog dušika određen je spaljivanjem po postupku Kjeldahla i destilacijom po Bremneru

343 Uzorci tla u nenarušenom stanju

Svrha uzimanja uzoraka tla u prirodnom stanju je utvrđivanje vodno-fizičkih svojstava tla zasnovanih na volumenu uzorka

Uzorak tla u nenarušenom stanju uziman je pomoću Kopeckijevog valjka zapremine 100 cm3 (visina 44 cm promjer 55 cm) Sam valjak sastoji se od tijela valjka koje je na jednom kraju zabrušen radi lakšeg utiskivanja u tlo metalne mrežice te dva poklopca Valjci moraju biti označeni s istim oznakama na tijelu valjka i poklopcima Prije izlaska na teren pomičnim je mjerilom provjereno odstupaju li dimenzije valjaka od normiranih vrijednosti Da bi se valjak lakše utisnuo u tlo koristi se metalni nastavak za valjke te drveni ili gumeni bat Nakon utiskivanja valjka u tlo skida se nastavak i lopatom se isijeca tlo oko valjka kako bi se on lakše oslobodio od okolnoga tla

Ovako izvađen valjak najčešće ima višak tla s gornje i donje strane koje je potrebno obrezati oštrim nožem da površina tla bude u visini rubova valjka Nakon stavljanja metalne mrežice i oba poklopca valjak je zamatan u najlon te odlagan u putni hladnjak radi sprečavanja isušivanja uzorka tla tijekom transporta do laboratorija Oznake s tijela valjka i podaci o mjestu vađenja (neizgaženo tlo lijevi ili desni kolotrag broj prolaska skidera broj vlake) upisuju se u terenski manual Prilikom uzimanja uzoraka valjci su utiskivani usporedno s površinom tla na dubini od 15 cm Nakon prolaska skidera vađeno je nekoliko valjaka iz lijevog i desnog kolotraga skidera Pri svakom turnusu je također vađeno nekoliko valjaka na neizgaženom tlu u cilju utvrđivanja dnevnih promjena vodno-fizičkih svojstava tla

S obzirom na veliku neujednačenost tla važno je uzeti veći broj uzoraka a kao minimalna količina repeticija preporuča se vađenje pet valjaka u istim uvjetima (Anon1971) S druge strane u ovom istraživanju je vrlo teško ostvariti dovoljan broj uzoraka jer bi se navedenim brojem uzimanja valjaka kopanjem narušila struktura tla šumskih vlaka što bi utjecalo na pogrešno utvrđivanje odnosa kotača i tla

Analize uzoraka tla provedene su u Pedološkom laboratoriju Zavoda za uzgajanje šuma Šumarskoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu u skladu sa Priručnikom za pedološka istraživanja (Škorić 1982) Iz uzoraka tla u nenarušenom stanju laboratorijskim su analizama utvrđena sljedeća vodno-fizička svojstava

Prirodna gustoća tla ρb = (mS V) gcm3

(69)

Određivanje prirodne gustoće tla vrši se tako da se masa suhoga tla podijeli s volumenom koje tlo ima u prirodnom stanju tj tlo iz Kopeckijevoga valjka stavlja se u sušionik te se suši na 105˚C do konstantne mase Masa osušenoga tla (mS) stavlja se u omjer s volumenom valjka (V)

Gustoća čvrste faze tla ρp gcm3

(70)

Ova gustoća određuje se na način da se masa potpuno suhoga tla podijeli s volumenom koji zaprema neporozna masa čvrstih čestica tla koja se određuje na principu tekućine koju istisnu čvrste čestice tla iz napunjene baždarene posude (piknometra) Poznavanje vrijednosti prirodne gustoće tla i gustoće čvrste faze tla omogućuje izračunavanje poroziteta tla

Porozitet tla Φ = [1 ndash (ρb ρp)] vol (71)

Porozitet tla je suma svih šupljina tla ispunjenih vodom i zrakom a izračunava se pomoću prirodne gustoće tla (ρb) i gustoće čvrste faze tla (ρp) Tla mogu biti vrlo malo porozna (lt30 ) malo porozna (30 - 45 ) porozna (45 - 60 ) i vrlo porozna (gt 60 )

65

Trenutna vlaga tla θV0 = [(mW ndash mS) V)] 100 vol (72)

Trenutna vlaga tla predstavlja razliku u masi prirodno vlažnog tla (mW) i osušenoga tla na 105˚C do konstantne mase (mS) koja je svedena na obujam uzorka ndash valjka (V)

Retencijski kapacitet tla za vodu θVS = [(∆mW + mW ndash mS) V] 100 vol (73)

Predstavlja sposobnost tla da drži vodu molekularnom adhezijom hidratacijskim i kapilarnim silama i površinskom napetošću Određivanje retencijskog kapaciteta se vrši na način da se Kopeckijev valjak postavi u posudu na stalak pokriven filter papirom čiji rubovi poniru u vodu Na taj način uzorak tla u valjku upija vodu preko filtar papira Kada se tlo na površini valjka orosi znači da se zasitilo s vodom do retencijskoga kapaciteta Valjak se skida sa stalka ostavlja desetak minuta na filtar papiru da se suvišna vlaga odstrani te se nakon toga obriše i važe Potom se valjak stavlja u sušionik i suši na 105˚C do konstantne mase Retencijski kapacitet tla za vodu izračunava se iz razlike mase navlaženoga tla do retencijskoga kapaciteta (∆mW + mW) i mase suhoga tla (mS) svedene na volumen valjka (V) S obzirom na rezultat retencijski kapacitet tla za vodu može biti vrlo malen (lt 25 ) malen (25 - 35 ) srednji (35 -45 ) velik (45 - 60 ) i vrlo velik (gt 60 )

Kapacitet tla za zrak Φa = Φ ndash θVS vol (74)

Kapacitet tla za zrak je udjel pora tla koje ispunjava zrak u trenutku zasićenja tla do njegovog retencijskog kapaciteta za vodu a izračunava se iz razlike poroziteta tla i retencijskoga kapaciteta tla za vodu Kapacitet tla za vodu se izražava kao vrlo malen (lt 5 ) malen (5 - 10 ) srednji (10 -15 ) velik (15 - 20 ) i vrlo velik (gt 20 )

344 Prodirna značajka tla

Za mjerenje prodirne značajke tla rabljen je digitalni penetrometar Eijkelkamp čije osnovne sastavnice prikazuje slika 60 penetrologger- mjerni uređaj (1) dinamometar (2) čelični nastavci (3) konus (4) referentna ploča (5) te PC konektor (6) Načelo rada ovog penetrometra zasniva se na dinamometarskoj izmjeri primjenjene sile na rukohvatu uređaja kojim se konus poznatih dimenzija utiskuje u tlo Tijekom utiskivanja konusa u tlo ultrazvučni senzor penetrologgera mjeri dubinu prodiranja na osnovi odbijenih valova od referentne ploče (predstavlja površinu tla) s preciznošću od 1 cm Mjerni raspon dinamometra iznosi od 0 do 1 kN s preciznošću izmjere od 1 N Pri samom mjerenju računalo penetrometra zapisuje u njegovu internu memoriju parove izmjerenih podataka tj vrijednosti sile (tlak) i pomaka (dubina prodiranja) pomoću računalnog programa (data acquisition) u ASCII kodu Set penetrometra opremljen je s deset mjernih konusa različitih površina i vršnog kuta (30deg i 60deg) čime je omogućen širok raspon primjene ovog uređaja

Pomoću računalne aplikacije Eijkelkamp PenetroViewer (slika 62) ostvaruje se veza između digitalnog penetrometra i osobnog računala (COM port) kojom je omogućeno programiranje plana istraživanja (odabir veličine i vršnog kuta konusa brzine prodiranja konusa u tlo kao i broj repeticija mjerenja) odnosno vrši prijenos izmjerenih podataka Navedena aplikacija omugućuje i grafički pregled izmjerenih podataka te njihov prijenos iz ASCII koda u format koji koriste standardni tablični kalkulatori (txt csv xls) i statistički paketi Tijekom terenskih istraživanja korišten je konus s površinom presjeka 2 cm2 i vršnim kutem 30deg koji se utiskivao u tlo brzinom 1 cmsec U turnusu je izvođeno po 10 utiskivanja konusa u lijevom desnom kolotragu i na neizgaženom tlu (slika 61)

Slika 60 Eijkelkamp penetrometar

66

Slika 61 Mjerenje penetrometrom Eijkelkamp Slika 62 Aplikacija PenetroViewer ver 424

Uslijed nehomogenosti strukture tla Ronai (1983) i Horvat(1993A 1994A) primjećuju veliko rasipanje podataka između repeticija izmjere prodirnih značajki

Horvat (1994B 1995 1996A 1996B) navodi da se istraživanje ovisnosti otpora tla prodiranju konusa o dubini prodiranja regresijskom analizom može raditi sa srednjim vrijednostima otpora za pojedinu dubinu prodiranja iz ponovljenih mjerenja jednako dobro kao i sa svim podacima Isti autor u citiranim radovima za izjednačavanje podataka koristi eksponencijalni korelacijski oblik p = A sdot (BZ ndash 1) + C za koji navodi da karakteristična točka u kojoj se sijeku vodoravna asimptota i tangenta krivulje iz vrijednosti C može poslužiti za brojčano određenje i ocjenu prodirne značajke tla (slika 63)

345 Posmična čvrstoća tla

Krilna sonda je uređaj koji se sastoji od mjernog krila pričvršćenog na šipku na kojoj se nalazi moment metar naprava kojom se mjeri moment potreban da se okrene krilo u trenutku savladavanja čvrstoće na smicanje uzduž plašta valjka opisanog oko krila (Nonveiller 1979)

Mjerna krila predstavljaju dvije metalne ploče visine (H) i širine (B) međusobno poprečno pričvršćene na metalnu šipku (slika 64)

Krila sonde utiskuju se u tlo do željene dubine mjerenja Okretanjem krila tlo se lomi po plaštu valjka kojemu je promjer jednak širini krila Iz jednakosti momenta torzije (MT) i momenta otpora tla na smicanje na plaštu i bazi valjka kojeg stvaraju krila pri okretanju dobiva se čvrstoća smicanja tla

rArrsdotsdotsdotsdotsdot+sdotsdotsdotsdot= 23

2

22

2

2

TBBB

HBM πτπτ (75)

+sdotsdotπ

sdot=τ

3

2

2

T

BHB

M (76)

Otpor tla na smicanje (posmična čvrstoća) mjeren je krilnom sondom (Eijkelkamp ndash Field inspection Vane tester) Dimenzije krila sonde su 16 mm x 32 mm a mjerno područje ovog instrumenta je u rasponu od 0 do 260 kPa s točnošću očitanja mjernog rezultata od 4 kPa

Slika 63 Izjednačenje podataka prodirne značajke tla

Slika 64 Krilna sonda

67

Mjerni rezultat ovog instrumenta odnosi se na otpor pri smicanju tla u trenutku njegovog sloma Krilnom sondom su izvršena mjerenja u površinskom sloju tla i na dubini od 15 cm i to po 10 mjerenja u lijevom i desnom kolotragu te na nezgaženom tlu u svakom vučnom pokusu

346 Širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga

Za deformacije tla koje nastaju uslijed kretanja vozila po šumskom bespuću ne postoje standardizirane metode izmjere već se u literaturi opisuju kroz širinu gaženog traga dubinu kolotraga ili površinu presjeka gaženog profila tla

Kolotrag kotača vozila Saarilahti (2002A) definira kao površinsku deformaciju tla (ulegnuće) dublje od 10 cm i dulje od 05 m koje je nastalo uslijed sloma i sabijanja tla kretanjem vozila Pod razinom površine tla podrazumijeva dno sloja šumskog listinca ili mahovine Isti autor za prikupljanje podataka o dubini kolotraga na terenu preporuča uzimanje sistematskog uzorka na osnovi kvadratne mreže čija gustoća čvorova (grid) ovisi o željenom intenzitetu izmjereZa izmjeru na terenu koristi se tzv nultom točkom uzorka koja predstavlja čvor položene zamišljene mreže a samu izmjeru vrši na kolotragu koji mu je najbliži Pri tome od nulte točke kolotraga u uzdužnom smjeru vlake sa svake strane na duljini od 15 m mjeri dubinu deformacije tla Samu dubinu kolotraga raščlanjuje u dva razreda prihvatljivu (lt 10 cm) i neprihvatljivu (gt 10 cm) Zadano ograničenje dubine kolotraga (10 cm) zasniva se na procjeni kakvoće izvođenja radova ali i preporukama istraživača (Owende i dr 2002)

Za operativnu procjenu kakvoće izvođenja privlačenja drva Saarilahti (2002I) preporučuje prihvatljivu prosječnu dubinu kolotraga kao onu koja ne prelazi dubinu od 10 cm na više od 10 ukupne duljine cjelokupnoga gaženja tla sječne jedinice

Meek (1996) te Nugent i dr (2001) mjere značajke kolotraga (dubina širina gaženja) prema metodici prikazanoj na slici 65 Košir (2002) navodi da širina gaženja tla pri privlačenju drva ovisi o širini primjenjenoga vozila Usljed višekratnog prolaska vozila isti autor utvrđuje povećanje širine gaženja tla za 05 m sa svake strane vozila

Tijekom istraživanja širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga mjerili su se pomoću geodetske letve duljine 5 m položene na usidrene oslonce nakon svakog prolaska skidera (slika 66) Na svakoj vlaci su određena dva mjesta izmjere dubine kolotraga

Slika 65 Postupak izmjere kolotraga

Slika 66 Mjerenje dubine kolotraga na terenu

68

35 Statistička obrada podataka mjerenja

Terenski podaci mjerenja na tlu prenijeti su iz snimačkih listova u računalne datoteke radi lakše dostupnosti pri obradi podataka Obradom snimljenih podataka obuhvaćeni su kontrola i odabir podataka njihovo razvrstavanje kao i izračunavanje traženih parametara

Obrada podataka provedena je po sljedećem redoslijedu

rArr unošenje snimljenih podataka u računalo i stvaranje datoteka podataka za daljnju obradu

rArr određivanje zahtjeva s obzirom na cilj i razinu pojedinih obrada

rArr izbor metoda analize ili funkcija izjednačenja

rArr izračunavanje traženih parametara

rArr testiranje i analiza rezultata

rArr oblikovanje izlaza

Za opis temeljnih značajki skupova promatranih podataka (neovisne varijable) korištene su metode deskriptivne statistike gdje su izračunate različite mjere središnje tendencije rasipanja mjernih podataka a kao najpovoljnije odabrane su medijan i aritmetička sredina sa standardnom devijacijom kao mjerom rasipanja te vrijednosti Za aritmetičku sredinu kao srednju vrijednosti opažanih podataka postavljen je uvjet da preciznost smije biti maksimalno plusmn005 uz 95 vjerovatnosti Međutim Hitrec (1996) navodi teškoće u pridržavanju takvog uvjeta zbog jako velikog potrebnog uzorka kako bi se dobila potrebna preciznost i zadovoljavajuća pouzdanost što dovodi do predugog trajanja vremena pokusa i njegovog poskupljivanja

Pomoću testa razlike (Studentov t ndash test) provedeno je zaključivanje o značajnosti razlika među izračunatim srednjim vrijednostima opažanja (aritmetičkim sredinama) Na osnovi nulhipoteze pretpostavljeno je da su razlike između dviju sredina opažanja rezultat slučajne varijabilnosti vrijednosti u uzorcima te da između odgovarajućih sredina takve razlike nema Razlike između sredina dijeljene su sa standardnom pogreškom a zatim je kvocijent uspoređen s iznosom od 196 standardne pogreške Tamo gdje je kvocijent veći odbacujemo nulhipotezu a ako je manji smatramo da razlika između sredina nije značajna na 5 -tnoj razini signifikatnosti (Pavlić 1985)

Za testiranje značajnosti razlika prosječnih vrijednosti više skupova podataka (više od dva) istog mjernog parametra korištena je jednostruka analiza varijance (ANOVA) koja predstavlja postupak kojim se ukupna varijabilnost rastavlja na varijabilnost između prosječnih vrijednosti grupa opažanja i na varijabilnost unutar grupa opažanja (Serdar i Šošić 1981) Tim postupkom ova metoda odgovara na pitanje je li značajnija varijabilnost između srednjih vrijednosti grupa ili varijabilnost unutar pojedinih grupa podataka (Vasilj 2000)

Metode statističke analize vremenskih nizova korištene su za opis promjena fizičko-mehaničkih i vodno-fizičkih značajki šumskog tla koje su posljedica višekratnog prolaska forvardera Pri tome su korištena dva individualna indeksa kojima se iskazala dinamika sabijanja tla Indeks sa stalnom bazom iskazuje razinu promjene u odnosu na neku odabranu vrijednost (neizgaženo tlo) Lančani (verižni) indeks korišten je za prikaz promjene praćenih parametara tla u odnosu na svaki ponovni prolazak vozila po šumskom tlu

Za istraživanje mogućih stohastičkih ovisnosti između zadovoljavajuće koreliranih varijabli korištena je regresijska analiza Odabir krivulje izjednačenja vršen je na osnovi slijedećih parametara koeficijenta (determinacije) korelacije (R) standardne devijacije zavisne varijable oko linije izjednačenja (sYX) te t-varijable (tStat) i vjerovatnosti greške prve vrste (P-value) regresijskih koeficjenata (Serdar i Šošić 1981 Kachigan 1991) Za utvrđivanje jakosti veze između izjednačenih nezavisnih i zavisnih varijabli korištena je Roumlmer-Orphal-ova skala (Kump i dr 1970)

Slika 67 Roumlmer-Orphal-ova raspodjela

Matematičko ndash statistička obrada podataka obavljena je uz pomoć osobnog računala primjenom programskih paketa Microsoft Excel 97 i Sta Soft Statistica 50

69

Za izjednačavanje ovisnosti parova podataka koji porastom nezavisne varijable pokazuju da podaci zavisne varijable imaju asimptotski trend porasta korišten je eksponencijalni regresijski računalni program REGEXE primarno razvijen za istraživanja krivulja klizanja kotača vozila (Hitrec i Horvat 1987) Navedeni računalni program čvrstoću veza odabranih regresijskih modela prikazuje pomoću tri parametra r ndash koeficijenta korelacije R ndash indeksa korelacije i R gt ndash testiranja indeksa korelacije temeljem broja opažanja

Utvrđivanje razlika u stupnju sabijenosti tla višekratnim prolaskom skidera je izvršeno usporedbom površina ispod krivulja izjednačenja prodirnih značajki Poznavajući oblik i koeficijente jednadžbi izjednačenja metodom određenih integrala izračunate su površina ispod krivulja

46

Tablica 7 Nominalne brzine prema stupnjevima prijenosa

Stupanj prijenosa

Brzinska grupa

Okretaji motora za jedan okretaj kotača

Nominalna brzina za nazivnu brzinu motora od 2300 min-1

kmh

1 S Spori hod 213 29

2 S Spori hod 116 53

3 S Spori hod 70 87

4 S Spori hod 44 141

5 S Spori hod 29 211

1 B Brzi hod 151 41

2 B Brzi hod 83 74

3 B Brzi hod 50 123

4 B Brzi hod 31 198

5 B Brzi hod 21 297

1 nazad Spori hod 191 32

2 nazad Brzi hod 136 45

rArr Upravljanje je hidraulično preko servoupravljača (Sauer-Danfoss)

rArr Kočnice su hidraulično-mehaničke radne kočnice su zatvorene lamele u ulju parkirne kočioni disk s kliještima

rArr Vitlo je dvobubanjsko Hittner 2 x 80 nazivne vučne sile od 80kN Vučno je uže promjera 14mm duljine po bubnju 70 m prekidne sile 102 kN

rArr Učvršćenje užeta je izvedeno prekidno na obodu bubnja Sigurnosna udaljenost između visine oboda bubnja i visine potpuno namotanog užeta na bubnju iznosi 47 cm Uže se svakog bubnja vodi preko dva vertikalna i jednog horizontalnog valjka

rArr Osnovne su dimenzije jednog bubnja vitla prikazane na slici 33

rArr Vitlo ima hidraulički pogon (Sauer-Danfoss) pužni prijenos snage u vitlu (412) za namatanje i izvlačenje užeta spojka je konusno-tarna kočnica vitla pojasna

rArr Upravljanje je elektrohidraulično preko joysticka i prekidača na palici joysticka i upravljačkoj kutiji

rArr Nazivna brzina privitlavanja 126 ms

rArr Zadnja daska je prihvatna zaštitna i sidrena s mogućnošću podizanja i spuštanja pomoću dva hidraulična cilindra

rArr Prednja daska je pomična širine 2230mm upravljana hidraulično Namijenjena je za uhrpavanje oblovine na pomoćnome stovarištu

rArr Prednje i stražnje gume istih su dimenzija 169-30 broj vlakana 14 PR najveći tlak zraka u gumama - 25 bara nosivost gume - 3000 kg proizvođač Rumaguma

rArr Električni sustav napona 24 V osiguravaju dva akumulatora svaki napona 12 V i kapaciteta125 Ah

rArr Skider ECOTRAC 120 V opremljen je zaštitnom strukturom od prevrtanja vozila (eng ROPS - Roll-over protective structure) zaštitnom strukturom od pada predmeta (eng FOPS - Falling object protective structure) te zaštitnom strukturom kabine tj zaštitnom mrežom (eng OPS - Operative protective structure)

rArr Kabina je prostrana te zadovoljava ergonomske i sigurnosne odrednice ISO normi (Horvat i Šušnjar 2005B)

Slika 33 Dimenzije šumskog vitla Hittner 2x80

47

32 Morfološka analiza

Morfološkom analizom utvrđuje se trenutačno stanje svojstva i zakonitosti ali i mogući tijek razvoja strojeva u šumarstvu Na temelju izabranih geometrijskih masenih i drugih veličina izražavaju se ovisnosti i donosi sud o valjanosti izbora stroja Rezultati provedenih analiza služe

bull šumarskim stručnjacima pri odabiru novih strojeva

bull najpovoljnijoj uporabi strojeva u raznim radnim uvjetima

bull određivanju parametara pri konstrukciji novih strojeva unutar poznatih obitelji

Bekker (1956) provodi jednu od prvih morfoloških analiza vozila za kretanje izvan puteva iznoseći mišljenje kako će objekt koji se kreće u nekom mediju poprimiti oblik koji pruža najmanji otpor kretanju S tog se stajališta morfološka analiza može učiniti ne samo za iskaz dostignute razine dimenzijskog razvoja vozila ili za traženje položaja nekoga vozila u skupu sličnih već i za procjenu budućeg razvoja On navodi kako odnos geometrijskih pokazatelja vozila a posebice tzv faktora noseće ploštine vozila određuje kretnost vozila na mekim tlima

Sever (1980) morfološkom analizom uspoređuje šumske zglobne traktore s vitlom s adaptiranim poljoprivrednim traktorima nedvojbeno utvrdivši kako se iako razvijeni iz poljoprivrednih traktora skideri mogu svrstati u poseban skupobitelj vozila koja ima svojstvene morfološke značajke Ovu analizu proširuje (1986) i na ostala šumarska vozila pa tako i na forvardere utvrdivši kako i obitelj forvardera također ima svojstvene morfološke značajke Sever i Horvat (1985) pri izradi studije skidera a za stvaranje projektnog zadatka za srednji skider upotrebljavaju rezultate morfološke analize Takvu analizu za proračun onih dimenzija skidera (ako nisu poznate) koje trebaju za proračun dinamičke preraspodjele opterećenja upotrebljava i Horvat (1989)

Sever i Knežević (1991) traže između ostalog razliku u morfološkim značajkama forvardera raznih formula pogona (4x6 6x6 i 8x8) U ovoj analizi kao i u ostalima gdje se slikovno iskazuju značajke obitelji vozila najčešće se kao osnovni pokazatelj upotrebljava tzv indeks oblika

Sever i Horvat (1992A) prikazuju banku podataka geometrijskih i drugih značajki skidera i forvardera Isti autori (1992B) analiziraju temeljne morfološke značajke raznih šumskih vozila Iznose mišljenje kako se ovakvim podacima mogu služiti konstruktori pri konstrukciji vozila i šumarski stručnjaci pri njihovu izboru Njihovu bazu podataka forvardera proširuje Poršinsky (1996) tražeći položaj jednog tipa forvardera u cijeloj obitelji

Istražujući i uspoređujući značajke srednjih skidera i APT-a Horvat i Sever (1995 1996) Horvat (1996C i D) Sever i Horvat (1997) te Horvat i dr (2002) upotrebljavaju morfološku analizu

Horvat i Kristić (1999) iznose prvu morfološku analizu prorednih traktorskih skupova (traktor s poluprikolicom i hidrauličkom dizalizom) kao polazište u traženju optimalnoga rješenja za nizinske šume

Na Šumarskom fakultetu u Zagrebu morfološka je analiza upotrebljavana i za istraživanje drugih šumskih strojeva pa je tako Košćak i dr (1995) rabe za šumske sitnilice a Šušnjar (1998) za šumske iverače

Horvat (2001) morfološkom analizom utvrđuje razlike između adaptiranih poljoprivrednih traktora s ugrađenim različitim izvedbama šumskih vitala

Horvat i Šušnjar (2001A i B) prikazuju razvoj morfoloških značajki poljoprivrednih traktora zaključujući da dostignuta raznovrsnost njihove konstrukcije omogućava izbor pogodne inačice traktora za prilagodbu za šumske radove Isti autori (2003) rabe morfološku raščlambu u dijelu analize pogodnosti opremanja uzgojnog traktora tzv farmi izvedbama vitla

Iz ovoga se kratkoga pregleda nekih dosadašnjih radova lako se da zapaziti kako je morfološka analiza značajna metoda u analizi pogodnosti šumskih vozila i drugih strojeva općenito

Cijela zamisao ove analize zasniva se na korelacijskoj ovisnosti između pojedinih parova morfoloških značajki skidera te usporedbi položaja ECOTRAC 120 V unutar cijele obitelji (skupine) skidera

48

33 Mjerenje mehaničkih veličina

U cilju određivanja dinamičkog opterećenja skidera pri privlačenju drva te njegove vučne značajke potrebno je izvršiti mjerenje nekih mehaničkih veličina U istraživanju su odabrane osnovne mehaničke veličine koje se mogu svesti u tri osnovne grupe

bull mjerenje sila

bull mjerenje zakretnih momenata

bull mjerenje pomaka

Osnovna metoda mjerenja mehaničkih veličina je tenzometrija Heidl i Husnjak (1992) tenzometriju opisuju kao metodu mehanike kojom se na konstrukciji ili modelu određuje duljinska deformacija da bi se odredila naprezanja na površini konstrukcije Pri tome se upotrebljavaju mjerni pretvornici na osnovi promjenjivog električnog otpora do kojeg dolazi promjenom njegove duljine (tzv elektrootporna mjerna traka ili strain gauge) Ovom metodom je omogućeno električno mjerenje neelektričnih veličina Krulc (1969) navodi da takva mjerenja imaju prednosti pred mehaničkim i drugim mjerenjima zbog

bull mogućnosti daljinskog prijenosa rezultata mjerenja

bull velike prilagodljivosti

bull velike točnosti i osjetljivosti

bull mogućnosti jednostavnog i velikog povećanja mjerene veličine

bull visoke frekvencije mjernih uređaja

bull mogućnosti višekratnog prikazivanja

bull zapisivanja i

bull spremanja rezultata mjerenja

Primjena tenzometrijske metode omogućuje mjerenja bez narušavanja konstrukcije vozila ali zahtijeva pretvorbu elemenata vozila u mjerila Za iskazivanje vrijednosti mjerene veličine u njenoj osnovnoj mjernoj jedinici potrebno je umjeravanje elemenata mjerila

Tenzometrijskom metodom koriste se Hassan i Gustafson (1983) s tvorničkim dinamometrima Sever (1980) također koristi ovu metodu pretvarajući tzv prepariranjem završne reduktore u kotačima skidera u mjerila momenata Istim načinom momente u završnim reduktorima skidera mjere i Sever (1987) i Horvat (1987) Hassan (1988) tvrdi da je takav način jedini zabilježen Horvat i dr (1991) ugrađuju u stražnje mostove adaptiranog poljoprivrednog traktora prstenasta mjerila zakretnog momenta s tenzometrima Horvat (1993A) također vrši pretvorbu dijelova forvardera za mjerenja zakretnih momenata na kotačima okretaja kotača i vratila tenzometrijskom metodom pomoću mjernih traka

Glavni nedostatak ove metode je smještaj mjernih pojačala te računala za prikupljanje i snimanje podataka te su navedeni autori za njihov smještaj koristili terensko laboratorijsko vozilo koje se kretalo uz ispitivano šumsko vozilo Na taj način su ograničeni uvjeti ispitivanja zbog potrebnog dovoljnog prostora za usporedno kretanje oba vozila kroz šumsku sastojinu

Tenzometrijsku metodu pri mjerenju zakretnih momenata u kotačima forvardera opisao je Marklund (1987) te Olsen i Waumlsterlund (1988) Umjesto klasičnog pojačanja mjernog signala u pojačalima oni koriste računala s AD pretvaračima u svakom kotaču forvardera koji prikupljaju podatke Povezani su s glavnim računalom u kabini forvardera koji u određenim vremenskim intervalima prikuplja i obrađuje podatke Kontrola mjernih rezultata i ispravnosti mjernih pretvornika je bila moguća tek nakon završetka mjerenja

Primjenom tenzometrijske metode prvenstveno u područjima konstrukcije aviona i čeličnih mostova došlo je do razvoja mjernog lanca u pravcu mogućnosti istovremenog snimanja velikog broja mjernih podataka i njihovog prijenosa daljinskim putem

Iz područja šumarstva primjenu daljinskog prijenosa podataka s mjernih pretvornika opisuje tek Pottie (1986) pri određivanju podizne sile hidrauličnih dizalica na kamionskim skupovima Zbog sličnosti s mjerenjima na šumskim vozilima napomenuti će se i primjena daljinskog prijenosa podataka na poljoprivrednim strojevima koju koriste Zajaczkowski (2000) pri mjerenju otpora kod

49

oranja tla poljoprivrednim traktorom i Laibe (2003) pri mjerenju naprezanja na radnim dijelovima stroja za baliranje sijena

Za izvođenje mjerenja tenzometrijskom metodom mehaničkih veličina skidera pri privlačenju drva korištena je mjerna oprema Laboratorija za mjerenje mehaničkih veličina šumarskih strojeva Šumarskog fakulteta u Zagrebu koja uključuje mjerne trake dinamometre pojačala računalni program proizvođača Hottinger Baldwin Messtechnik TELUB mjerne vage i opremu za daljinski prijenos podataka proizvođača ELPRO Technologies Pty

Teorijske osnove mjerenja mjernim traka postupak pripeme dijelova skidera u mjerne pretvornike kao i obrada mjernih rezultata će se detaljno prikazati u slijedećim poglavljima

331 Teorijske osnove mjerenja mehaničkih veličina električnim putem

Za razvoj metode mjerenja mehaničkih veličina električnim putem bitno je utjecalo poznavanje odnosa naprezanja u materijalu i njegove deformacije Robert Hooke je 1687 godine otkrio da kruto tijelo pod djelovanjem vlačne sile imaju tendenciju istezanja te ustanovio produljenje tijela uz točno određeni iznos sile Odnos između produljenja i duljine na kojoj je produljenje nastupilo naziva se relativno produljenje (ε)

L

L∆=ε (51)

Odnos između sile i presjeka na koji se ona raspoređuje naziva se naprezanjem i redovito označava oznakom σσσσ odnosno

A

F=σ (52)

Ovaj se pristup koristi kod određivanja čvrstoće materijala Obično se za tu svrhu izrađuju posebne epruvete određene površine presjeka (A) koje se u kidalici opterećuju silom F a smjerovi naprezanja epruveta mogu biti kako vlačni tako i tlačni Postupno povećavajući veličinu sile i istodobno mjereći odgovarajuće produljenje ili skraćenje ispitivane epruvete te računajući vrijednosti parova točaka σσσσ - εεεε odnos naprezanja i istezanja materijala prikazujemo dijagramom

Na dijagramu naprezanja materijala označene su točke najznačajnije za mjerenja mehaničkih veličina Oznake na slici 34 imaju sljedeća značenja

σσσσe - granica elastičnosti - prestankom naprezanja do ove granice materijal se vrati u prvobitne dimenzije a naprezanje veće od granice elastičnosti će uzrokovati trajnu deformaciju materijala

σσσσp - granica plastičnosti - iznad ove granice dolazi do naglog istezanja elementa koji se ispituje nakon čega dolazi do ponovnog očvrščenja materijala

σσσσm - čvrstoća materijala - najveće naprezanje koje materijal može izdržati do trenutka pojave prvih pukotina

σσσσl - prekidna čvrstoća - naprezanja u trenutku potpunog loma elementa koja su manje vrijednosti od same čvrstoće materijala jer se daljnje produljenje odvija pri manjim naprezanjima zbog smanjenja površine presjeka usljed sve većeg nastanka pukotina

Kako se vidi iz dijagrama na slici 34 do granice elastičnosti produljenje materijala odvija se po pravcu Nagib pravca prema apscisi određen je kutom φφφφ Prirast naprezanja po jedinici relativnog produljenja u stvari koeficijent nagiba pravca naziva se modulom elastičnosti ili Young-ovim modulom pa se može prikazati kao

E=φtg (53)

Slika 34 Dijagram naprezanja materijala

50

Stoga se u ovom području može napisati jednadžba pravca poznata i kao Hookov zakon oblika

σ εsdot= E (54)

Uslijed djelovanja vlačnih sila ne dolazi samo do produljenja opterećenog elementa već i do njegovog poprečnoga utezanja (kontrakcije) Isto tako djelovanjem tlačnih sila dolazi do istezanja (ekspanzije) širine elementa (slika 35) Poprečna se kontrakcija ili ekspanzija elementa označava obično sa εεεεt Mnoga su mjerenja pokazala da je do određene granice opterećenja promjena širine elementa srazmjerna uzdužnom istezanju te se taj odnos definira Poissonovim koeficijentom koeficijentom proporcionalnosti ν ili

ε t ε l = ν (55)

Njegova je vrijednost za većinu metala približno jednaka 03

Pojavu promjene otpora vodiča pod djelovanjem opterećenja je otkrio engleski fizičar Sir Charles Wheatstone 1843 godine te prikazao mogućnosti mjernog pretvornika na osnovi simetrično postavljena četiri otpornika Ovaj most po njemu i nosi naziv Wheatstoneov most mada ga je prvi odredio S H Chrislie još 1833 godine Opažanje koje je pred kraljevskim filozofskim društvom iznio lord Kelvin predstavlja prvi eksperiment s elektrootpornim mjernim trakama On je pomoću Wheatestoneovog mosta i galvanometra pokazao da se električni otpor bakarne i željezne žice mijenja njihovim produljenjem Thomson 1856 godine objavljuje prve radove o promjeni otpora vodiča pod djelovanjem opterećenja prema postavkama Wheatstone-a Tehnička primjenjivost njihovih istraživanja je krenula tek 30-ih godina prošlog stoljeća Razlog tome leži u činjenici da su zabilježene promjene otpora bile vrlo male Lord Kelvin i Thomson su koristili visoko osjetljive galvanometre koji su neprikladni za tehničku primjenu Razvoj elektronskih pojačala je ubrzao primjenu elektrootpornih mjernih traka

Godine 1938 Eduard Simons usavršava mjernu traku lijepljenjem žice od konstantana na papir Do istog rješenja dolazi iste godine i Arthur Claude Ruge s tom razlikom da je vrlo tanku žica postavio u zavojiti oblik te je zalijepio između dva papira Prednost njegove mjerne trake je što je bila vrlo tanka i lagana za postavljanje lijepljenjem na bilo koju površinu i omogućavala mjerenje na vrlo tankim i malim predmetima Oblik Ruge-ove mjerne trake se održao do današnjih dana ali s mnogim poboljšanjima kakvoće materijala i tehnologije izrade Masovnija proizvodnja mjernih traka počinje u Evropi poslije drugog svjetskoga rata

Osnovni dijelovi mjerne trake su nosiva podloga mjerna mreža i spojni vodovi a najvažnija značajka efektivna duljina mjerne mreže (slika 36) Mjerna traka mjeri aritmetičku sredinu naprezanja ispod mjerne mrežice Izbor efektivne duljine mjerne mrežice utjecat će na rezultate mjerenja Vrlo kratkom mjernom mrežicom mjere se vršne vrijednosti naprezanja u materijalu Dulja mjerna mrežica omogućit će mjerenje srednjih vrijednosti naprezanja u materijalu Promjeri žica od kojih se rade mjerne trake iznose od 002 do 004 mm Električni je otpor mjerne mreže standardiziran i iznosi 120 Ω ili 350 Ω kod mjernih traka za izradu dinamometara (Hoffmann 1989)

Slika 35 Prikaz odnosa utezanja i istezanja materijala

a - nosiva podloga b - mjerna mrežica c - priključni vodovi d - efektivna duljina mjerne mrežice

Slika 36 Dijelovi mjerne trake

51

Mjerne se trake proizvode u raznim oblicima koji su određeni područjem njihove primjene Najširu primjenu imaju metalne mjerne trake ali za potrebe preciznijih ili kompleksnijih mjerenja razvijene su poluvodičke piezoelektrične foto-elastične mjerne trake te mjerne trake za primjenu pri visokim temperaturama (gt 500 C) Mjerne trake mogu biti izrađene s jednom mrežicom dvije ili pak s tri mrežice Kod mjernih traka s dvije ili tri mrežice njihov se međusobni položaj nalazi pod kutem od 0deg 45deg 60deg 90deg ili 120deg Spajanjem više mjernih traka u liniju dobivamo mjerni lanac odnosno rozetu pri spajanju u kružni oblik Mjerni lanci i rozete su višenamjenske mjerne trake koje omogućavaju veću točnost izmjere naprezanja na većoj površini

Ranije je istaknuto svojstvo većine krutih materijala da u određenom području naprezanja pokazuju linearan odnos između sile i produljenja Pretpostavimo da smo na površinu tijela izrađenih od takvih materijala nalijepili elektrootpornu mjernu traku koja u potpunosti slijedi promjenu dimenzija uslijed naprezanja Neka je duljina vodiča na traci L a površina poprečnog presjeka CD2

gdje je C konstanta a D poprečna dimenzija Za okrugli presjek žice vrijedi C = π4 a D je promjer vodiča Kod pravokutnoga presjeka D je jedna stranica dok je C omjer druge i prve stranice Električni otpor takvoga vodiča može se pokazati relacijom

2DC

LR

sdot

sdot=

ρ (56)

gdje je ρ električni otpor materijala po jedinici duljine ili jednostavno jedinični otpor Prema ranije navedenom nakon opterećenja uzdužnom silom na svakoj će od gornjih veličina doći do promjene Derivira li se gornja jednadžba dobiva se slijedeći oblik

22

2 d2dd

)DC(

LLDC)LL(DCR

sdot

sdotsdotsdotsdotsdotminussdot+sdotsdotsdot=

ρρρ (57)

Podijeli li se jednadžba (57) s jednadžbom (56) dobiva se

LLLL

DD

LL

RR

d

d

d

d21

d

d ρρ+sdotminus= (58)

Lijeva strana jednadžbe (58) očito određuje relativnu promjenu otpora u ovisnosti o relativnom produljenju i u stvari predstavlja osjetljivost mjerne trake Ovaj se odnos uzima kao temeljna značajka mjernih traka Naziva se faktorom trake ili k - faktor Prvi član desne strane jednadžbe određuje ranije spomenuti Poissonov koeficijent ν Drugi član na desnoj strani jednadžbe je odnos relativne promjene jediničnog otpora i relativnog produljenja Ako se taj odnos prikaže oznakom m te uvrsti Poissonov koeficijent onda će jednadžba (58) poprimiti slijedeći oblik

mLL

RRk +sdot+== micro21

d

d (59)

Iz jednadžbe (59) proizlazi da je

R

R

k

∆sdot=

1ε (60)

Jednadžba (60) je temelj mjerenja pomoću elektrootpornih (tenzometrijskih) traka Pomoću nje je moguće izračunavanje produljenja vodiča na osnovi poznate vrijednosti k - faktora i izmjerene promjene električnoga otpora u odnosu na njegovu početnu vrijednost Ta se činjenica u jedinstvu s prethodno opisanim osobinama elastičnoga materijala zapravo koristi pri mjerenju mehaničkih veličina električnim putem

Većina kovina izloženih elastičnoj deformaciji ima približnu osjetljivost na deformaciju k=2 Međutim tek nekoliko njih ima stalnu vrijednost osjetljivosti u svom elastičnom i plastičnom području Danas se za izradu mjernih traka rabe razni materijali od kojih valja spomenuti

advance slitine (k=21)

karma slitine (k=21)

isoelastic slitine (k=36)

slitina No 479 (k=47) i druge

Izražene se vrijednosti k - faktora od strane proizvođača odnose na sobnu temperaturu okoline

52

Promjenom temperature mijenja se i k - faktor Kako je opće poznato zagrijavanjem materijala dolazi do njegovog termičkog istezanja Riječ je o relativnom temperaturnom istezanju materijala Stoga se uvodi tzv temperaturni koeficijent produljenja kao produljenje štapa jedinične duljine pri povišenju temperature za 1K odnosno

T

L

L ∆∆

sdot=1

α (61)

gdje je ∆T promjena temperature L duljina štapa a ∆L temperaturno produljenje

Na pouzdanost pri mjerenju značajno utječu i podloga na koju je mjerna traka nalijepljena ljepilo s kojim se zajedno s podlogom pričvršćuje na mjerno mjesto hrapavost podloge na koju se pričvršćuje i drugi utjecajni parametri Idealan materijal za izradu mrežica tenzometrijskih traka trebao bi posjedovati slijedeće karakteristike

što veću osjetljivost odnosno što veći k ndash faktor

veliki jedinični otpor

malu osjetljivost na temperaturne promjene

visoku granicu razvlačenja

visoku dinamičku izdržljivost

malu mehaničku histerezu

otpornost na koroziju i dr

Mjerenja pomoću elektrootpornih mjernih traka mogu se provoditi svim električnim mjernim mostovima koji se rabe i za mjerenje otpora Da bi se mjerenje provelo kvalitetno treba upotrijebiti mjerni most koji udovoljava slijedećim značajkama

valja postići linearnu karakteristiku između otpora R i signala na instrumentu

kada otpor R teži k nuli treba i odgovarajući odziv na pokaznom instrumentu težiti k nuli

valja postojati mogućnost pojačanja signala povećanjem napona napajanja mosta

mogućnost umjeravanja valja biti što jednostavnija

Gore navedenim zahtjevima najviše udovoljava Wheatestonov most Kako je ranije spomenuto i sasvim male promjene električnog otpora reda veličine tisućinke Ω koje se pojavljuju u mjernim trakama uslijed naprezanja te odgovarajućih istezanja moguće je pouzdano mjeriti pomoću Wheatestonovog mosta

Mjerni sustav se sastoji od mjernih traka povezanih u Wheatestoneov mjerni krug pojačala koji će predati ulazni napon mjernoj traci te primiti izlazni signal napona Postavljanjem mjerne trake na ispitni predmet naprezanja se u njemu prenose na mjernu traku što uzrokuje promjenu električnog otpora trake Promjenom otpora trake most gubi simetriju te dolazi do razlike između ulaznog i izlaznog napona

Osnovna izvedba Wheatestonovog mosta prikazana je na slici 37 na kojoj otpori prikazani u sva četiri mjerna kraka mosta mogu predstavljati elektrootpornu mjernu traku

Simboli koji će se rabiti u ovom poglavlju imaju slijedeća značenja

R - otpornik Ω

∆R - promjena otpora Ω

Uu - ulazni napon V

Ui - izlazni napon mosta V Slika 37 Shematski prikaz Wheatestonova mosta

53

Na početku ćemo pretpostaviti da su otpornici u svim krakovima mosta identični To znači da je most u ravnoteži (izbalansiran) Odatle slijedi da pad napona kroz otpornik R24 mora biti identičan padu napona kroz otpornik R23 Lako se može pokazati da je

13

23

14

24

R

R

R

R= (62)

Ovaj je odnos izuzetno bitan budući da upućuje na to da bilo koja promjena otpora na jednoj strani mosta može biti uravnotežena podešavanjem otpora na suprotnoj strani mosta Na osnovi gornje jednadžbe može se napisati

13

142324

R

RRR

sdot= (63)

Jednadžba ukazuje na to da se uz pouzdano poznavanje otpora R14 te uz pouzdano poznavanje odnosa dvaju otpora na drugoj strani mosta može isto tako pouzdano odrediti nepoznati otpor R24 Nadovezujući se na ovaj primjer može se pretpostaviti slučaj u kojem je nepoznati otpornik upravo naša mjerna traka pričvršćena na ispitivanom uzorku To znači da je most moguće umjeriti prije opterećivanja elementa Nakon uvođenja opterećenja most se može ponovno uravnotežiti podešavanjem odnosa dvaju otpornika R23R13 Ukoliko je poznata promjena odnosa moguće je odrediti razliku otpora mjerne trake prije i poslije opterećenja Ta je razlika bila izazvana relativnim produljenjem kao posljedicom djelovanja vanjskih sila Stoga se relativno produljenje može računati prema relaciji

kR

R

kR

R 1∆∆sdot=

sdot=ε (64)

Ranije je pokazano da je promjena otpora direktno srazmjerna relativnom istezanju tako da je odnos tih dviju veličina moguće veoma lako međusobno umjeriti Mnogo se pogodnija rješenja postižu onda kada se indikator izravno umjeri u vrijednostima relativnog istezanja To znači da se nakon uravnotežavanja mosta na početku mjerenja može očitavati svaku promjenu istezanja u mjerilu izravno na indikatoru

U slučajevima u kojima se pri mjerenjima koriste mjerna pojačala izravna su očitanja promjena naprezanja još mnogo jednostavnija Posebne pogodnosti imaju noviji sustavi za prikupljanje podataka koji preko analogno - digitalne konverzije mjernog signala omogućuju direktnu obradu rezultata mjerenja o čemu će kasnije biti više riječi

Za mjerenja se istodobno može koristiti jedna dvije ili četiri aktivne mjerne trake Ovisno o broju aktivnih mjernih traka razlika se potencijala određuje po slijedećim relacijama

Mjerni pretvornik sa samo jednom ugrađenom mjernom trakom u mjerni most još se naziva četvrt mosta Za četvrt most se može pokazati da vrijedi relacija

4

RR

E

V ∆= (65)

Uvrštavanjem vrijednosti iz relacije (59) u (65) te preuređenjem dobiva se izraz za relativno produljenje

kE

V

sdotsdot

=4

ε (66)

Shematski prikaz četvrt mosta vidi se na slici 38

Osnovna je značajka četvrt mosta samo jedna aktivna mjerna traka Preostala tri kraka mosta mogu činiti neaktivne ili fiktivne mjerne trake ili jednostavno obični otpornici Od posebnog je značaja relacija (66) koja pokazuje da postoji izravna veza između prisutnog relativnog istezanja i napona na dijagonali Ukoliko su poznati napon pobude mosta i k - faktor trake dovoljno je izmjeriti koliko iznosi napon dijagonale izvan

Slika 38 Izvedbe Wheatstoneovog mosta

54

ravnoteže da bi se odredila razina relativnog istezanja Prema nekim mišljenjima mjerni most sa samo jednom aktivnom mjernom trakom posjeduje samo približnu linearnost između promjene otpora i razlike potencijala na dijagonali Ta linearnost postoji samo pri relativno malim promjenama kao što je to slučaj kod žičanih mjernih traka

Mjerni pretvornik s dvije ugrađene mjerne trake naziva se polu most Za polu most je moguće lako dokazati slijedeće odnose

2

RR

E

V ∆= (67)

Mnoge se prednosti postižu uporabom dviju i više aktivnih mjernih traka koje su pod utjecajem promjena nakon što nastupi vanjsko opterećenje ispitivanog uzorka Budući da će kod uporabe dvije aktivne mjerne trake obje utjecati na promjenu električnoga otpora nakon pojave deformacije to će odmak od ravnoteže mosta biti veći To samo po sebi podrazumjeva znatno veću osjetljivost takvoga mosta Posebna je prednost takvih mjernih pretvornika i u tome što se utjecaj temperature pri kojoj se vrše mjerenja može potpuno zanemariti U mnogim će se slučajevima pored navedenog dobiti i značajno veća točnost pri mjerenjima

Mjerni pretvornik s četiri ugrađene mjerne trake naziva se puni most Kod punog mosta vrijedi slijedeći odnos

R

R

E

V ∆= (68)

Shematski se prikaz punog mosta vidi na slici 38 Upotrebom četiriju mjernih traka u mjernom pretvorniku još se više podiže njegova osjetljivost I kod punog mosta valja naglasiti da se utjecaj promijenjivih temperaturnih uvjeta na rezultate mjerenja u potpunosti može zanemariti U punom se mostu ravnoteža mora postići nekim dodatnim otpornicima Upotrebom punog mosta osjetljivost mjernog pretvornika u odnosu na četvrt mosta može se učetverostručiti

Poznavanjem osnovnih značajki mjerne trake s obzirom na objekt mjerenja uvjete mjerenja i potrebnu pouzdanost mjerenja vrši se odabir mjerne trake

Mjerne se trake obično učvršćuju lijepljenjem mada valja spomenuti da se u posebnim slučajevima i točkasto zavaruju Presudnim za uspjeh mjerenja smatra se izbor ljepila te način lijepljenja s obzirom na materijal i površinu mjernog mjesta U pripremi mjernog mjesta mora se obratiti pozornost na pravilno postavljanje i zaštitu mjerne trake kako bi odstranili moguće greške mjerenja Površina mjernog mjesta mora biti potpuno očišćena kako ostanak nečistoća ispod mjerne mrežice ne bi utjecao na točnost mjerenje i suha kako bi se onemogućila korozija trake Osim toga sama površina treba biti glatka bez najmanjih pukotina u materijalu koje bi utjecale na nepravilno prenošenje naprezanje s materijala na mjernu traku Zbog istog razloga sloj ljepila mora biti vrlo tanak ali dovoljan da omogući čvrsto prijanjanje mjerne trake na mjerno mjesto Odmah nakon pripreme mjernoga mjesta valja nalijepiti mjerne trake Postupak lijepljenja ilustriran je na slici 39

Pri povezivanju priključnih vodova mjernih traka lemljenjem pomoću vodiča također postoji opasnost oštećenja mjernih traka Na kraju mjerno mjesto je potrebno zaštiti od vanjskih utjecaja prvenstveno od vlage i mehaničkih oštećenja (slika 40)

Slika 39 Lijepljenje mjerne trake

Slika 40 Zaštita mjerne trake

55

332 Mjerila i mjerna oprema

Za mjerenje predviđenih značajki kretnosti skidera konstruirana su ili primjenjena mjerila za istovremeno određivanje 16 veličina Te veličine su

1 zakretni moment na prednjem desnom kotaču MPD (Nm)

2 zakretni moment na prednjem lijevom kotaču MPL (Nm)

3 zakretni moment na stražnjem desnom kotaču MSD (Nm)

4 zakretni moment na stražnjem lijevom kotaču MSL (Nm)

5 opterećenje na prednjem desnom kotaču GaPD (kN)

6 opterećenje na prednjem lijevom kotaču GaPL (kN)

7 opterećenje na stražnjem desnom kotaču GaSD (kN)

8 opterećenje na stražnjem lijevom kotaču GaSL (kN)

9 broj okretaja prednjeg desnog kotača nPD

10 broj okretaja prednjeg lijevog kotača nPL

11 broj okretaja stražnjeg desnog kotača nSD

12 broj okretaja stražnjeg lijevog kotača nSL

13 broj okretaja petog kotača n5K

14 horizontalna sastavnica sile u užetu H (kN)

15 vertikalna sastavnica sile u užetu V (kN)

16 vrijeme t (s)

Na osnovu podataka izmjere navedenih veličina može se izvršiti proračun potrebnih tehničkih značajki skidera pri privlačenju drva kao što su adhezijska težina skidera vučna i obodna sila faktori privlačenja bruto i neto vuče te kotrljanja dinamički polumjer kotača sila u užetu i kut nagiba užeta koeficijent raspodjele težine tovara brzina kretanja skidera klizanje kotača obodna i vučna snaga te snaga kotrljanja i korisnost kotača

Vertikalna opterećenja kotača predstavljaju masu odnosno težinu koju nose Mogu se odrediti na nekoliko načina proračunskim putem prilikom konstruiranja vozila vaganjem vozila (statički teret dobiven kao izvaga praznog i punog vozila) te kao stvarno opterećenje u radu - dinamička opterećenja (Sever i dr 1989)

Za mjerenje dinamičkih opterećenja na kotačima mjerne su trake postavljene odmah iza kotača na gornju stranu kućišta vratila koji izlazi iz diferencijala prema kotaču (završnom ili planetarnom reduktoru) Upotrebljene su mjerne trake oznake LY11-6120 što označava linearnu mjernu traku (L) nosive podloge od poliamida i mjerne mrežice od konstantana (Y) namijenjenom za postavljanje na čeličnim konstrukcijama (1) s jednom mjernom mrežicom duljine 6 mm i otpora 120 Ω Mjerne trake su kod svakog kotača postavljene u Wheatestone-ov polu-most pri čemu su dvije mjerne trake postavljene pod kutem od 90deg međusobno i s obzirom na uzdužnu i poprečnu os kućišta vratila (slika 42)

Mjerenje zakretnih momenata izvršeno je pomoću mjernih traka postavljenih na obodu kućišta završnih planetarnih reduktora Upotrebljene su mjerne trake oznake XY21-3120 što označava mjernu traku s nosivom podlogom od poliamida i mjerne mrežice od konstantana (Y) namijenjenom za postavljanje na čeličnim konstrukcijama (1) s dvije mjerne mrežice duljine 3 mm i otpora 120 Ω postavljene međusobno pod kutem od 90deg pri čemu je svaka mjerna mrežica otklonjena za 45deg od uzdužne osi mjerne trake (X) Za mjerenje su bile potrebne dvije mjerne trake koje su se postavile dijametralno suprotno na obodu kućišta završnog

Slika 41 Položaj mjernih traka pri mjerenju momenata

56

reduktora (slika 41) Točno postavljanje mjernih traka se izvršilo na osnovu mjerenja opsega oboda kućišta Mjerne trake su na svakom kotaču postavljene u Wheatestone-ov puni-most

Povezivanje je priključnih vodova mjernih traka izvršeno lemljenjem pomoću vodiča površine presjeka 015 mm2 do spojnog mjesta za svaki Wheatestoneov most Na spojnim mjestima su priključeni 4-žilni 15 pinski oklopljeni kablovi koje vode do pojačala

Zbog okretanja kotača bilo je potrebno postaviti klizni prijenosnik na svakom kotaču Nosači su kliznog prijenosnika učvršćeni na kućište završnog reduktora (slika 43) Klizni prijenosnik se sastoji od rotora kliznog prstena i kućišta Rotor je spojen s nosačem te se okreće zajedno s kotačem Na utičnicu rotora je doveden kabel sa spojnog mjesta Kućiste kliznog prijenosnika je učvršćeno elastičnim užetom na dodatnu konstrukciju koja je postavljenja iznad osovina skidera kako bi se omogućilo nesmetano okretanje kotača Signal se promjene otpora traka s utičnice na rotoru prenosi preko prstena i grafitnih četkica na utičnice na kućištu kliznog prijenosnika odakle kabel dalje vodi do pojačala

Dodatni prsten i grafitna četkica u kliznom prijenosniku su iskorišteni kao davači impulsa za određivanje broja okretaja kotača Ovaj postupak je opisao i primjenio Horvat (1993A) za istovremeno očitanje mjernog signala zakretnog momenta i broja okretaja vratila forvardera Od četiri klizna prijenosnika dva su imala prsten podijeljen na 10 segmenata tj za jedan puni okret kotača su bilježila 10 impulsa dok su ostala dva za jedan okret kotača bilježila jedan impuls Klizni prijenosnici s prstenom od 10 segmenata su postavljeni na prednji desni i stražnji lijevi kotač Raspon napona impulsa okreta kotača se kretao od 5 V do 9 V S druge utičnice na kućištu kliznog prijenosnika pomoću kabela se signal prenosio do pojačala S obzirom da je izlazni napon pojačala manji od raspona napona davača impulsa upotrebljeno je vanjsko napajanje pomoću 2 baterijska uloška napona 45 V

Stvarno prevaljeni put mjeren je pomoću slobodno kotrljajućeg petog kotača a njegova primjena je potrebna za određivanje brzine kretanja skidera i klizanja kotača usporedbom njegovog broja okretaja i broja okretaja pogonskih kotača Primjena petog kotača je dosta česta kod ispitivanja poljoprivrednih traktora a kod istraživanja specijalnih šumskih vozila koriste ga mnogi istraživači i može se smatrati najčešćim mjerilom puta (Hassan 1989) Isti autor (1988) opisuje optičko mjerilo puta razvijeno u NCSU za istraživanja skidera u eksploatacijskim uvjetima Sever (1980) kod istraživanja vučne značajke skidera te Horvat (1993A) kod istraživanja forvardera također koriste peti kotač

Peti kotač je zglobno učvršćen na prednju dasku skidera (slika 44) a duljina prevaljenog puta je određena na osnovu njegovog broja okretaja i izmjerenog opsega Na peti kotač je također bio postavljen klizni prijenosnik preko kojeg se na opisani način prenosio impuls promjene napona pomoću prstena s podjelom od 10 segmenata i grafitne četkice

Slika 42 Mjerno mjesto na kućištu osovine kotača

Slika 43 Prepariranje planetarnog reduktora

Slika 44 Peti kotač

57

Određivanje se horizontalne i vertikalne sastavnice sile u užetu pri privlačenju drva izvršilo pomoću dva vlačno-tlačna dinamometra HBM 50 kN i HBM 20 kN Dinamometri su međusobno spojeni pod kutem od 90deg stupnjeva te postavljeni na nosač zglobno učvršćen na mjestu vertikalnih valjaka vitla (slika 45) Sever (1980) navodi da je postavljanje dinamometara na nosač jedini mogući način da se istovremeno registriraju horizontalna i vertikalna sila u užetu u eksploatacijskim uvjetima Na spoju dinamometara je postavljen držač veznog užeta tovara Na taj način je omogućeno točno određivanje sastavnica sila te kuta nagiba užeta Dinamometri su se nalazili točno u horizontalnoj i vertikalnoj ravnini s obzirom na podlogu pri potpuno podignutoj zadnjoj prihvatno-zaštitno-sidrenoj dasci skidera upravo kakav je njen položaj pri privlačenju drva Nedostatak mjerenja vučnih sila dinamometrima pri privlačenju drva se ogleda u pojavi postranih bočnih sila uzrokovanih njihanjem tovara pri kretanju skidera koje vlačno-tlačni dinamometri ne mogu zabilježiti

Svi mjerni pretvornici (mjerne trake davači impulsa napona dinamometri) su spojeni s mjernim pojačalima HBM Spider 8 S obzirom na 15 mjerenih veličina upotrebljena su dva mjerna pojačala Spider 8 spojena u seriju od kojih svaki ima 8 ulaznih kanala SR55 (15-pinski kanali) Za napajanje pojačala je potreban napon od 12 V Prema mjernim pretvornicima šalju izlazni napon od 25 V te primaju povratni naponski signal s mjernih pretvornika i bilježe promjene napona do 2 mVV

Mjerna pojačala su smještena na postolje učvršćeno iza kabine skidera te zaštićeni od vlage i mehaničkih oštećenja

Daljinski prijenos podataka je omogućen primjenom radio modema ELPRO 805 U (ELPRO Technologies Pty Ltd) Radio modem je bio postavljen na samom skideru i spojen preko COM ulaza s mjernim pojačalom HBM Spider 8 primao analogno pojačane mjerne signale te ih odašiljao preko antene postavljene na krovu kabine skidera Drugi radio modem je primao mjerne signale te ih prenosio na terensko računalo

Računalnim programom Catman 40 (Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH) su bilježeni podaci mjerenja Navedeni računalni program je prvenstveno namijenjen mjerenju mehaničkih veličina električnim putem što se ogleda u nekim osnovnim karakteristikama

bull odabir različitih vrsta mjernih pojačala

bull provjera veze između mjernog pretvornika (mjerne trake dinamometra) i računala

bull unošenje mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull prikaz rezultata mjerenja mehaničkih veličina na osnovu primljenog signala i mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull određivanja tare i postavka mjernog pretvornika u nulto stanje

bull određivanje frekvencije očitanja signala s mjernog pretvornika

bull zapis proteklog vremena od pokretanja mjerenja do završetka prema frekvenciji očitanja

bull mogućnost istovremenog primanja mjernih podataka s 40 mjernih pretvornika (40 kanala)

bull snimanje do 10 000 mjernih rezultata po kanalu

bull grafičko i brojčano praćenje mjernih vrijednosti tijekom snimanja podataka

bull prenošenje snimljenih podataka u druge računalne programe (Microsoft Excell)

bull mogućnost matematičke obrade mjernih rezultata s jednog ili više kanala

bull mogućnost programiranja postupka mjerenja

Slika 45 Nosač s vlačno-tlačnim dinamometrima

58

U računalni program Catman 40 su po kanalima označeni mjerni pretvornici i unošene mjerne konstante dobivene umjeravanjem mjernih pretvornika Frekvencija očitanja ulaznog signala je podešena na 50 Hz po kanalu tj vrši se 50 očitanja mjernog rezultata u sekundi na svakom kanalu S obzirom na 15 korištenih kanala tijekom mjerenja te zapisa proteklog vremena mjerenja postignuto je 800 očitanja mjernih veličina u sekundi Rezulati mjerenja su spremani u datoteku Microsoft Excell gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjernja svake 150 sekunde

Programiranje je radio modema izvršeno programom Cfg_805UD Pomoću programa potrebno je odrediti slijedeće postavke na oba radio modema izbor komunikacijskog moda između uređaja adresiranje radio modema serijsku i radio frekvenciju prijenosa mjernog signala

Pri izbor komunikacijskog moda između uređaja odabran je transparentni mod koji omogućava komunikaciju u oba smjera Komunikacijom od skidera do računala omogućen je prijenos mjernih signala dok komunikacijom od računala prema skideru omogućena je provjera veze do mjernog pretvornika U slučaju oštećenja mjernog pretvornika spojnih kablova ili konektora te nepravilnosti električnog napajanja dijela mjernog lanca na skideru možemo odmah uočiti grešku pomoću računalnog programa Catman 40 Kontrolni mod omogućava jednosmjernu komunikaciju između radio modema i ne zadovoljava potrebe mjerenja

Adrese oba radio modema moraju biti postavljene na istu vrijednost jer samo uređaji s istim adresama mogu direktno međusobno komunicirati

Serijski se prijenos podataka ostvaruje između mjernog pojačala i radio modema te radio modema i računala

Radio frekvencija određuje frekvenciju prijenosa podataka između uređaja Zbog toga postavka radio frekvencije prijenosa podataka na oba uređaja mora biti istovjetna Od tri moguće postavke radio frekvencije (19 200 38 400 76 800 bits) izabrana je radio frekvencija od 38 400 bits

Slika 46 Shema mjernog lanca

Radio modemi su opremljeni spremišnim diskom (bufferom) od 2 KB Prijenos podataka počinje kad se napuni spremišni disk a isto tako veza između modema se prekida ukoliko se tijekom mjerenja spremišni disk potpuno isprazni sve do trenutka njegovog punjenja Zbog navedene značajke radio modema najpovoljnije je odabrati iste vrijednosti serijske i radio frekvencije u cilju kontinuiranog prijenosa podataka Pri tome je bilo potrebno uskladiti izlaznu frekvenciju mjernog

59

signala iz pojačala sa serijskom frekvencijom radio modema Mjerno pojačalo HBM Spider 8 se proizvodi s tvornički podešenom izlaznom frekvencijom mjernog signala od 9600 bits Ali pri tome dolazi do prekida veze između radio modema budući da je veća brzina slanja signala od brzine punjenja spremišnog diska od strane mjernog pojačala Povećanje izlazne frekvencije mjernog pojačala HBM Spider 8 izvršeno je direktnim povezivanjem s računalom unosom Hayes-ovih naredbi putem HyperTerminala

Veliki se dio mjerne opreme nalazi na skideru te je za napajanje električnom energijom mjernih pojačala i radio modema na krov kabine učvršćen prijenosni generator

Postavljanjem mjerne opreme nosača i pomoćnih konstrukcija i uređaja povećala se masa skidera (slika 47) Prije početka mjerenja bilo je potrebno odrediti masu opremljenog skidera i opterećenja na kotačima Rezultat mjerenja opterećenja na kotačima pri privlačenju drva je promjena težine na osnovu opterećenja praznog skidera na ravnoj podlozi Određivanje mase i opterećenja na kotačima praznog skidera je izvršeno s četiri vage švedskog proizvođača TELUB

U svakoj se vagi nalaze po četiri neovisna dinamometra namjenjena mjerenju tlačnih naprezanja Na svakom je dinamometru postavljeno po četiri aktivne mjerne trake što znači da je riječ o mjernim pretvornicima s mjernim trakama u punom mostu Mjerni su pretvornici spojeni tako da pojedinačno i zajednički registriraju svako vanjsko opterećenje Svaka je vaga granično opteretiva sa 90 kN Budući da se opterećenje ne mora simetrično rasporediti na sva četiri dinamometra u krajnosti je moguća i takva situacija u kojoj se svaki od tih tlačnih dinamometara može pojedinačno opteretiti s graničnom nosivošću čitave vage Sva četiri tlačna dinamometra na svakoj vagi pripremljena su kao puni mostovi Mjerni pretvornici kvadratnog presjeka postavljeni su u sva četiri kuta podnožja vaga a vijcima su pričvršćeni kako za podnožje vage tako i za njezin poklopac Shematski prikaz jednog od dinamometra dat je na slici 48

Sve su vage spojene s mjernim pojačalom HBM Spider 8 koji je direktno povezan s prijenosnim računalom te su pomoću računalnog programa Catman 40 naprijed opisanom metodom očitani rezultati mjerenja

Vagama su također izmjerene mase svih drvnih sortimenata koje smo koristili u vučnim pokusima

Otpor kotrljanja i nulto klizanje kotača na podlozi (šumskom tlu) na kojem se vrši ispitiavanje vučne značajke utvrđuje se prije početka testiranja povlačenjem traktora u praznom hodu i s položajem transmisije u neutralnom položaju te s dinamometrom pričvršćenim između traktora i vozila koje ga vuče (Hassan 1989) Pri tome je korišten vlačno-tlačni dinamometar HBM 100 kN direktno povezan preko mjernog pojačala HBM Spider 8 s računalom te sila vuče očitana računalnim programom Catman 40

Primjena opisane mjerne opreme kao i potrebitost mjerenja težine tovara i nagiba terena uvjetovala je ispitivanje u kontroliranim uvjetima Ispitivanje u stvarnim eksploatacijskim uvjetima je neizvedivo zbog pretvorbe dijelova skidera u mjerila Zbog postavljanja nosača dinamometara na valjke vitla onemogućen je rad vitla Vitlo je korišteno samo za pripremu i vezanje tovara a pri privlačenju tovar se držao na nosaču Također mjerna oprema je osjetljiva na vlagu (opasnost kondenzacije vlage u mjernim pojačalima konektorima opasnost od kratkog spoja u prijenosu električne struje vrlo malih napona u mjernom lancu) te se u pravilu ispitivanja ne vrše u uvjetima kišnih ili sniježnih oborina

Slika 47 Skider s postavljenom mjernom opremom

Slika 48 Shematski prikaz jednog od četiriju

dinamometara svake vage

60

333 Umjeravanje mjernih pretvornika

Umjeravanje mjernih pretvornika je postupak određivanja mjernih konstanti za točno očitanje rezultata mjerenja Mjerno pojačalo HBM Spider 8 bilježi promjene napona do 2mvV Na osnovu promjene napona u navedenom rasponu pomoću mjernih konstanti unesenih u računalni program Catman 40 za svaki mjerni pretvornik odredit će se točno očitanje signala

Postupak umjeravanja se sastoji od usporedbe ostvarene poznate veličine na mjernom pretvorniku i rezultat očitanja veličine preko mjernog lanca Promjenom mjerne konstante utječemo na rezultat očitanja sve dok se odnos ostvarene i mjerene vrijednosti ne izjednači

Umjeravanja su mjernih pretvornika na skideru obavljena na poligonu za ispitivanje poljoprivredne mehanizacije Poljoprivrednoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu Umjeravanje mjernih traka za mjerenje zakretnih momenta na kotačima postavljenih na završnim reduktorima skidera izvršeno je djelovanjem poznate sile na kraku od 1 m Poluga za opterećivanje je vijcima pričvršćena na vanjsku stranu naplatka kotača dignutoga u zrak Poluga je libelom postavljena u vodoravan položaj te je točno određen krak od 1 m od središta osovine kotača Na tom mjestu je vršeno vertikalno opterećivanje poluge silom koja se mjerila pomoću dinamometra HBM 50 kN (slika 49)

Podaci umjeravanja obrađeni su statističkim metodama s ciljem da se utvrdi ovisnost između ostvarenih i izmjerenih vrijednosti Za svaki kotač su izračunavane linearne regresije podataka umjeravanja kao i vrijednosti koeficijenata korelacije Linearno izjednačenje podataka umjeravanja pokazuju slike od 50 do 53 Na slikama su unesene određene mjerne konstante Sva umjeravanja imaju visoke koeficijente korelacije što znači da je korelacijska veza vrlo čvrsta

Umjeravanje mjernih traka za mjerenje opterećenja na kotačima obavljeno je na način da su kotači postupno opterećivani s utezima sve veće mase Primjenjeni su utezi s certifikatom umjerene masene vrijednosti dobiveni od strane Državnog zavoda za normizaciju i mjeriteljstvo Istodobno su očitavane vrijednosti pomoću TELUB vaga koje su postavljene ispod kotača skidera Podaci o umjeravanju regresijske jednadžbe izjednačavanja podataka s koeficijentima korelacije te mjerne konstante su prikazane na slikama od 54 do 57

Slika 50 Umjeravanje zakretnog momenta na prednjem

lijevom kotaču Slika 51 Umjeravanje zakretnog momenta na

prednjem desnom kotaču

Slika 49 Umjeravanje zakretnog momenta

61

Slika 52 Umjeravanje zakretnog momenta na stražnjem

lijevom kotaču Slika 53 Umjeravanje zakretnog momenta na

stražnjem desnom kotaču

Slika 54 Umjeravanje opterećenja na prednjem lijevom

kotaču Slika 55 Umjeravanje opterećenja na prednjem

desnom kotaču

Slika 56 Umjeravanje opterećenja na stražnjem lijevom

kotaču Slika 57 Umjeravanje opterećenja na stražnjem

desnom kotaču

62

TELUB vage su umjeravane ranije za potrebe istraživanja u okviru rada Laboratorija za mjerenje mehaničkih veličina šumarskih strojeva Šumarskog fakulteta u Zagrebu Mjerne konstante TELUB vaga su prikazane u tablici 10 Korišteni HBM dinamometri su imali tvorničke podatke o umjeravanju i mjernim konstantama koje su provjerene istim opisanim postupkom

Tablica 8 Mjerne konstante TELUB vaga i HBM dinamometara

Mjerna vrijednost

Promjena napona

Vaga 1 Vaga 2 Vaga 3 Vaga 4 Dinamometar 20 kN

Dinamometar 50 kN

Dinamometar 100 kN

mVV t t t t kN kN kN

0 0 0 0 0 0 0 0

2 13143 13268 13305 13118 20 50 100

334 Obrada podataka

Rezultati mjerenja svakog prolaska skidera šumskom vlakom su pohranjivani u datoteke Microsoft Excell-a gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjerenja svake 150 sekunde Isti postupak je izvršen pri mjerenju sile vuče praznog skidera drugim vozilom opterećenja na kotačima opremljenog skidera na ravnoj podlozi i vaganja drvnih sortimenata

Početak snimanja svakog turnusa je počinjao prije kretanja skidera vlakom kako bi se provjerila veza i uspostavio daljinski prijenos podataka Isto tako snimanje podataka se završavalo u trenutka zaustavljanja skidera na kraju vlake Zbog navedenog načina snimanja mjernih podataka u snimljenim datotekama je potrebno ustanoviti samo niz podataka za svaku veličinu koja se odnosi na kretanje skidera Ovaj postupak je izvršen na osnovu grafičkog prikaza mjernih podataka koji se uočljivo razlikuju od trenutka pokretanja do zaustavljanja skidera na osnovu računalnog zapisa vremena Za svaki turnus je određeno vremensko trajanje kretanja skidera s točnošću 002 sekunde i u tom vremenskom intervalu su određene mjere središnje tendencije rasipanja podataka metodama deskriptivne statistike broj opažanja aritmetička sredina i standardna devijacija

Rezultati mjerenja broja okretaja pogonskih kotača i petog kotača predstavljaju niz promjena napona između vrijednosti 5 V i 9 V te su obrađeni pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i Datoteka navedenog računalnog programa je podešena da unosom niza promjena napona zabilježenog na kotaču i frekvencije očitanja mjernih podataka (50 Hz) broj impulsa po jednom okretu kotača prikaže kao ukupan broj okretaja kotača (n) i frekvenciju vrtnje kotača u vremenskim intervalima (slika 58) Ova analiza je izvršena za sve kotače i turnuse u vučnim pokusima

Slika 58 Prikaz obrade podataka pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i

63

34 Mjerenja na tlu

Istraživanja na tlu obuhvatila su kopanje pedoloških profila uzimanje uzoraka tla u narušenom i nenarušenom (prirodnom) stanju mjerenje prodirne značajke tla mjerenje otpora tla na smicanje te mjerenja dubine kolotraga

Informacije o osnovnim značajkama šumskog tla na mjestu istraživanja prikupljene su otvaranjem pedološkog profila i uzimanjem uzoraka tla u narušenom stanju

Mjerenjem prodirne značajke tla i otpora tla na smicanje te uzimanjem uzoraka tla na neizgaženom tlu i tlu na vlakama ovisno o broju prolazaka skidera utvrdila bi se razina oštećenosti šumskoga tla uslijed privlačenja drva

Uzimanje bi se uzoraka tla u nenarušenom stanju također provelo na neizgaženom tlu u tlu vlake a rezultati vodno-fizičkih svojstva tla dobiveni laboratorijskom analizom uzoraka tla također bi bili upotrebljeni za procjenu utjecaja prolaska skidera na oštećenja tla

Istim metodama oštećenja tla prolaskom skidera su utvrđivali Vranković i Pernar (1993) Meek (1996) i Mathies i dr (2003) Seixas i dr (2003)

341 Vrsta tla i sklop horizonata

Analizom pedoloških profila (pedoloških jama) utvrđuju se vrsta i tip tla te sklop njegovih horizonata

Sklop profila čine horizonti njihov broj izraženost debljina te prijelaz jednog horizonta u drugi Horizont je sloj tla sa značajkama koje su rezultat pedogenetskih čimbenika Osim utvđivanja vrste i tipa tla te dubine rasprostiranja pojedinih horizonata na pedološkom profilu vađeni su i Kopeckijevi valjci radi dobivanja spoznaja o gustoći tla i strukturi poroziteta svakog pojedinog horizonta

Pedološki profil je otvoren (kopan) prema dimenzijama na slici 59 Prilikom određivanja njegovoga položaja smještan je ispod vanjskih dijelova krošanja dubećih stabala te su izbjegavana mjesta gdje su u prošlosti prolazile stare vlake s ciljem dobivanja što reprezentativnijeg podatka

342 Uzorci tla u narušenom stanju

Iz uzoraka tla u narušenom (prirodno poremećenom) stanju laboratorijskim analizama mjere se i izračunavaju vodno-fizička svojstva tla zasnovana na masi uzorka Svrha uzimanja ove vrste uzoraka na terenu je određivanje granulometrijskoga sastava tla

Laboratorijske (direktne) metode određivanje granulometrijskoga sastava tla obuhvaćaju sušenje uzorka odvajanje skeleta usitnjavanje i prosijavanje tla preko sita s rupicama promjera 2 mm kako bi se odvojilo sitno tlo (sitnica) Nakon prve faze rada slijedi priprema sitnice za mehaničku analizu prema jednoj od propisanih metoda čija je svrha odvajanje povezanih čestica pijeska praha i gline te spriječavanje njihove ponovne koagulacije uslijed dijelovanja čestica gline U šumarskoj i poljoprivrednoj pedologiji ova faza rada najčešće se izvodi kuhanjem uzorka tla nakon čega se on prebacuje u valjke za sedimentaciju a zatim se vrši određivanje postotnoga sadržaja pojedinih frakcija pipet metodom (Škorić 1986) Pipet metoda se zasniva na poznatoj brzini padanja pojedinih čestica u suspenziji Na osnovi toga se pipetiranjem s određene dubine u valjku nakon točno određenoga vremena odpipetiraju čestice gline čestice praha i gline a krupni i sitni pijesak dobiju se računskim putem

Slika 59 Položaj i dimenzije pedološkog profila

64

Kemijske analize uzoraka tla provedene su po ovim postupcima

minus reakcija tla izmjerena je elektrometrijski kombiniranom elektrodom u suspenziji tla u vodi odnosno u 001 M CaCl2 u odnosu 125 Za mjerenje je korišten laboratorijski mikroprocesorski pH metar oznake MA 5736 točnosti plusmn 001 pH tvrtke Metrel

minus sadržaj humusa određen je bikromatnom metodom po Tjurinu

minus sadržaj ukupnog dušika određen je spaljivanjem po postupku Kjeldahla i destilacijom po Bremneru

343 Uzorci tla u nenarušenom stanju

Svrha uzimanja uzoraka tla u prirodnom stanju je utvrđivanje vodno-fizičkih svojstava tla zasnovanih na volumenu uzorka

Uzorak tla u nenarušenom stanju uziman je pomoću Kopeckijevog valjka zapremine 100 cm3 (visina 44 cm promjer 55 cm) Sam valjak sastoji se od tijela valjka koje je na jednom kraju zabrušen radi lakšeg utiskivanja u tlo metalne mrežice te dva poklopca Valjci moraju biti označeni s istim oznakama na tijelu valjka i poklopcima Prije izlaska na teren pomičnim je mjerilom provjereno odstupaju li dimenzije valjaka od normiranih vrijednosti Da bi se valjak lakše utisnuo u tlo koristi se metalni nastavak za valjke te drveni ili gumeni bat Nakon utiskivanja valjka u tlo skida se nastavak i lopatom se isijeca tlo oko valjka kako bi se on lakše oslobodio od okolnoga tla

Ovako izvađen valjak najčešće ima višak tla s gornje i donje strane koje je potrebno obrezati oštrim nožem da površina tla bude u visini rubova valjka Nakon stavljanja metalne mrežice i oba poklopca valjak je zamatan u najlon te odlagan u putni hladnjak radi sprečavanja isušivanja uzorka tla tijekom transporta do laboratorija Oznake s tijela valjka i podaci o mjestu vađenja (neizgaženo tlo lijevi ili desni kolotrag broj prolaska skidera broj vlake) upisuju se u terenski manual Prilikom uzimanja uzoraka valjci su utiskivani usporedno s površinom tla na dubini od 15 cm Nakon prolaska skidera vađeno je nekoliko valjaka iz lijevog i desnog kolotraga skidera Pri svakom turnusu je također vađeno nekoliko valjaka na neizgaženom tlu u cilju utvrđivanja dnevnih promjena vodno-fizičkih svojstava tla

S obzirom na veliku neujednačenost tla važno je uzeti veći broj uzoraka a kao minimalna količina repeticija preporuča se vađenje pet valjaka u istim uvjetima (Anon1971) S druge strane u ovom istraživanju je vrlo teško ostvariti dovoljan broj uzoraka jer bi se navedenim brojem uzimanja valjaka kopanjem narušila struktura tla šumskih vlaka što bi utjecalo na pogrešno utvrđivanje odnosa kotača i tla

Analize uzoraka tla provedene su u Pedološkom laboratoriju Zavoda za uzgajanje šuma Šumarskoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu u skladu sa Priručnikom za pedološka istraživanja (Škorić 1982) Iz uzoraka tla u nenarušenom stanju laboratorijskim su analizama utvrđena sljedeća vodno-fizička svojstava

Prirodna gustoća tla ρb = (mS V) gcm3

(69)

Određivanje prirodne gustoće tla vrši se tako da se masa suhoga tla podijeli s volumenom koje tlo ima u prirodnom stanju tj tlo iz Kopeckijevoga valjka stavlja se u sušionik te se suši na 105˚C do konstantne mase Masa osušenoga tla (mS) stavlja se u omjer s volumenom valjka (V)

Gustoća čvrste faze tla ρp gcm3

(70)

Ova gustoća određuje se na način da se masa potpuno suhoga tla podijeli s volumenom koji zaprema neporozna masa čvrstih čestica tla koja se određuje na principu tekućine koju istisnu čvrste čestice tla iz napunjene baždarene posude (piknometra) Poznavanje vrijednosti prirodne gustoće tla i gustoće čvrste faze tla omogućuje izračunavanje poroziteta tla

Porozitet tla Φ = [1 ndash (ρb ρp)] vol (71)

Porozitet tla je suma svih šupljina tla ispunjenih vodom i zrakom a izračunava se pomoću prirodne gustoće tla (ρb) i gustoće čvrste faze tla (ρp) Tla mogu biti vrlo malo porozna (lt30 ) malo porozna (30 - 45 ) porozna (45 - 60 ) i vrlo porozna (gt 60 )

65

Trenutna vlaga tla θV0 = [(mW ndash mS) V)] 100 vol (72)

Trenutna vlaga tla predstavlja razliku u masi prirodno vlažnog tla (mW) i osušenoga tla na 105˚C do konstantne mase (mS) koja je svedena na obujam uzorka ndash valjka (V)

Retencijski kapacitet tla za vodu θVS = [(∆mW + mW ndash mS) V] 100 vol (73)

Predstavlja sposobnost tla da drži vodu molekularnom adhezijom hidratacijskim i kapilarnim silama i površinskom napetošću Određivanje retencijskog kapaciteta se vrši na način da se Kopeckijev valjak postavi u posudu na stalak pokriven filter papirom čiji rubovi poniru u vodu Na taj način uzorak tla u valjku upija vodu preko filtar papira Kada se tlo na površini valjka orosi znači da se zasitilo s vodom do retencijskoga kapaciteta Valjak se skida sa stalka ostavlja desetak minuta na filtar papiru da se suvišna vlaga odstrani te se nakon toga obriše i važe Potom se valjak stavlja u sušionik i suši na 105˚C do konstantne mase Retencijski kapacitet tla za vodu izračunava se iz razlike mase navlaženoga tla do retencijskoga kapaciteta (∆mW + mW) i mase suhoga tla (mS) svedene na volumen valjka (V) S obzirom na rezultat retencijski kapacitet tla za vodu može biti vrlo malen (lt 25 ) malen (25 - 35 ) srednji (35 -45 ) velik (45 - 60 ) i vrlo velik (gt 60 )

Kapacitet tla za zrak Φa = Φ ndash θVS vol (74)

Kapacitet tla za zrak je udjel pora tla koje ispunjava zrak u trenutku zasićenja tla do njegovog retencijskog kapaciteta za vodu a izračunava se iz razlike poroziteta tla i retencijskoga kapaciteta tla za vodu Kapacitet tla za vodu se izražava kao vrlo malen (lt 5 ) malen (5 - 10 ) srednji (10 -15 ) velik (15 - 20 ) i vrlo velik (gt 20 )

344 Prodirna značajka tla

Za mjerenje prodirne značajke tla rabljen je digitalni penetrometar Eijkelkamp čije osnovne sastavnice prikazuje slika 60 penetrologger- mjerni uređaj (1) dinamometar (2) čelični nastavci (3) konus (4) referentna ploča (5) te PC konektor (6) Načelo rada ovog penetrometra zasniva se na dinamometarskoj izmjeri primjenjene sile na rukohvatu uređaja kojim se konus poznatih dimenzija utiskuje u tlo Tijekom utiskivanja konusa u tlo ultrazvučni senzor penetrologgera mjeri dubinu prodiranja na osnovi odbijenih valova od referentne ploče (predstavlja površinu tla) s preciznošću od 1 cm Mjerni raspon dinamometra iznosi od 0 do 1 kN s preciznošću izmjere od 1 N Pri samom mjerenju računalo penetrometra zapisuje u njegovu internu memoriju parove izmjerenih podataka tj vrijednosti sile (tlak) i pomaka (dubina prodiranja) pomoću računalnog programa (data acquisition) u ASCII kodu Set penetrometra opremljen je s deset mjernih konusa različitih površina i vršnog kuta (30deg i 60deg) čime je omogućen širok raspon primjene ovog uređaja

Pomoću računalne aplikacije Eijkelkamp PenetroViewer (slika 62) ostvaruje se veza između digitalnog penetrometra i osobnog računala (COM port) kojom je omogućeno programiranje plana istraživanja (odabir veličine i vršnog kuta konusa brzine prodiranja konusa u tlo kao i broj repeticija mjerenja) odnosno vrši prijenos izmjerenih podataka Navedena aplikacija omugućuje i grafički pregled izmjerenih podataka te njihov prijenos iz ASCII koda u format koji koriste standardni tablični kalkulatori (txt csv xls) i statistički paketi Tijekom terenskih istraživanja korišten je konus s površinom presjeka 2 cm2 i vršnim kutem 30deg koji se utiskivao u tlo brzinom 1 cmsec U turnusu je izvođeno po 10 utiskivanja konusa u lijevom desnom kolotragu i na neizgaženom tlu (slika 61)

Slika 60 Eijkelkamp penetrometar

66

Slika 61 Mjerenje penetrometrom Eijkelkamp Slika 62 Aplikacija PenetroViewer ver 424

Uslijed nehomogenosti strukture tla Ronai (1983) i Horvat(1993A 1994A) primjećuju veliko rasipanje podataka između repeticija izmjere prodirnih značajki

Horvat (1994B 1995 1996A 1996B) navodi da se istraživanje ovisnosti otpora tla prodiranju konusa o dubini prodiranja regresijskom analizom može raditi sa srednjim vrijednostima otpora za pojedinu dubinu prodiranja iz ponovljenih mjerenja jednako dobro kao i sa svim podacima Isti autor u citiranim radovima za izjednačavanje podataka koristi eksponencijalni korelacijski oblik p = A sdot (BZ ndash 1) + C za koji navodi da karakteristična točka u kojoj se sijeku vodoravna asimptota i tangenta krivulje iz vrijednosti C može poslužiti za brojčano određenje i ocjenu prodirne značajke tla (slika 63)

345 Posmična čvrstoća tla

Krilna sonda je uređaj koji se sastoji od mjernog krila pričvršćenog na šipku na kojoj se nalazi moment metar naprava kojom se mjeri moment potreban da se okrene krilo u trenutku savladavanja čvrstoće na smicanje uzduž plašta valjka opisanog oko krila (Nonveiller 1979)

Mjerna krila predstavljaju dvije metalne ploče visine (H) i širine (B) međusobno poprečno pričvršćene na metalnu šipku (slika 64)

Krila sonde utiskuju se u tlo do željene dubine mjerenja Okretanjem krila tlo se lomi po plaštu valjka kojemu je promjer jednak širini krila Iz jednakosti momenta torzije (MT) i momenta otpora tla na smicanje na plaštu i bazi valjka kojeg stvaraju krila pri okretanju dobiva se čvrstoća smicanja tla

rArrsdotsdotsdotsdotsdot+sdotsdotsdotsdot= 23

2

22

2

2

TBBB

HBM πτπτ (75)

+sdotsdotπ

sdot=τ

3

2

2

T

BHB

M (76)

Otpor tla na smicanje (posmična čvrstoća) mjeren je krilnom sondom (Eijkelkamp ndash Field inspection Vane tester) Dimenzije krila sonde su 16 mm x 32 mm a mjerno područje ovog instrumenta je u rasponu od 0 do 260 kPa s točnošću očitanja mjernog rezultata od 4 kPa

Slika 63 Izjednačenje podataka prodirne značajke tla

Slika 64 Krilna sonda

67

Mjerni rezultat ovog instrumenta odnosi se na otpor pri smicanju tla u trenutku njegovog sloma Krilnom sondom su izvršena mjerenja u površinskom sloju tla i na dubini od 15 cm i to po 10 mjerenja u lijevom i desnom kolotragu te na nezgaženom tlu u svakom vučnom pokusu

346 Širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga

Za deformacije tla koje nastaju uslijed kretanja vozila po šumskom bespuću ne postoje standardizirane metode izmjere već se u literaturi opisuju kroz širinu gaženog traga dubinu kolotraga ili površinu presjeka gaženog profila tla

Kolotrag kotača vozila Saarilahti (2002A) definira kao površinsku deformaciju tla (ulegnuće) dublje od 10 cm i dulje od 05 m koje je nastalo uslijed sloma i sabijanja tla kretanjem vozila Pod razinom površine tla podrazumijeva dno sloja šumskog listinca ili mahovine Isti autor za prikupljanje podataka o dubini kolotraga na terenu preporuča uzimanje sistematskog uzorka na osnovi kvadratne mreže čija gustoća čvorova (grid) ovisi o željenom intenzitetu izmjereZa izmjeru na terenu koristi se tzv nultom točkom uzorka koja predstavlja čvor položene zamišljene mreže a samu izmjeru vrši na kolotragu koji mu je najbliži Pri tome od nulte točke kolotraga u uzdužnom smjeru vlake sa svake strane na duljini od 15 m mjeri dubinu deformacije tla Samu dubinu kolotraga raščlanjuje u dva razreda prihvatljivu (lt 10 cm) i neprihvatljivu (gt 10 cm) Zadano ograničenje dubine kolotraga (10 cm) zasniva se na procjeni kakvoće izvođenja radova ali i preporukama istraživača (Owende i dr 2002)

Za operativnu procjenu kakvoće izvođenja privlačenja drva Saarilahti (2002I) preporučuje prihvatljivu prosječnu dubinu kolotraga kao onu koja ne prelazi dubinu od 10 cm na više od 10 ukupne duljine cjelokupnoga gaženja tla sječne jedinice

Meek (1996) te Nugent i dr (2001) mjere značajke kolotraga (dubina širina gaženja) prema metodici prikazanoj na slici 65 Košir (2002) navodi da širina gaženja tla pri privlačenju drva ovisi o širini primjenjenoga vozila Usljed višekratnog prolaska vozila isti autor utvrđuje povećanje širine gaženja tla za 05 m sa svake strane vozila

Tijekom istraživanja širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga mjerili su se pomoću geodetske letve duljine 5 m položene na usidrene oslonce nakon svakog prolaska skidera (slika 66) Na svakoj vlaci su određena dva mjesta izmjere dubine kolotraga

Slika 65 Postupak izmjere kolotraga

Slika 66 Mjerenje dubine kolotraga na terenu

68

35 Statistička obrada podataka mjerenja

Terenski podaci mjerenja na tlu prenijeti su iz snimačkih listova u računalne datoteke radi lakše dostupnosti pri obradi podataka Obradom snimljenih podataka obuhvaćeni su kontrola i odabir podataka njihovo razvrstavanje kao i izračunavanje traženih parametara

Obrada podataka provedena je po sljedećem redoslijedu

rArr unošenje snimljenih podataka u računalo i stvaranje datoteka podataka za daljnju obradu

rArr određivanje zahtjeva s obzirom na cilj i razinu pojedinih obrada

rArr izbor metoda analize ili funkcija izjednačenja

rArr izračunavanje traženih parametara

rArr testiranje i analiza rezultata

rArr oblikovanje izlaza

Za opis temeljnih značajki skupova promatranih podataka (neovisne varijable) korištene su metode deskriptivne statistike gdje su izračunate različite mjere središnje tendencije rasipanja mjernih podataka a kao najpovoljnije odabrane su medijan i aritmetička sredina sa standardnom devijacijom kao mjerom rasipanja te vrijednosti Za aritmetičku sredinu kao srednju vrijednosti opažanih podataka postavljen je uvjet da preciznost smije biti maksimalno plusmn005 uz 95 vjerovatnosti Međutim Hitrec (1996) navodi teškoće u pridržavanju takvog uvjeta zbog jako velikog potrebnog uzorka kako bi se dobila potrebna preciznost i zadovoljavajuća pouzdanost što dovodi do predugog trajanja vremena pokusa i njegovog poskupljivanja

Pomoću testa razlike (Studentov t ndash test) provedeno je zaključivanje o značajnosti razlika među izračunatim srednjim vrijednostima opažanja (aritmetičkim sredinama) Na osnovi nulhipoteze pretpostavljeno je da su razlike između dviju sredina opažanja rezultat slučajne varijabilnosti vrijednosti u uzorcima te da između odgovarajućih sredina takve razlike nema Razlike između sredina dijeljene su sa standardnom pogreškom a zatim je kvocijent uspoređen s iznosom od 196 standardne pogreške Tamo gdje je kvocijent veći odbacujemo nulhipotezu a ako je manji smatramo da razlika između sredina nije značajna na 5 -tnoj razini signifikatnosti (Pavlić 1985)

Za testiranje značajnosti razlika prosječnih vrijednosti više skupova podataka (više od dva) istog mjernog parametra korištena je jednostruka analiza varijance (ANOVA) koja predstavlja postupak kojim se ukupna varijabilnost rastavlja na varijabilnost između prosječnih vrijednosti grupa opažanja i na varijabilnost unutar grupa opažanja (Serdar i Šošić 1981) Tim postupkom ova metoda odgovara na pitanje je li značajnija varijabilnost između srednjih vrijednosti grupa ili varijabilnost unutar pojedinih grupa podataka (Vasilj 2000)

Metode statističke analize vremenskih nizova korištene su za opis promjena fizičko-mehaničkih i vodno-fizičkih značajki šumskog tla koje su posljedica višekratnog prolaska forvardera Pri tome su korištena dva individualna indeksa kojima se iskazala dinamika sabijanja tla Indeks sa stalnom bazom iskazuje razinu promjene u odnosu na neku odabranu vrijednost (neizgaženo tlo) Lančani (verižni) indeks korišten je za prikaz promjene praćenih parametara tla u odnosu na svaki ponovni prolazak vozila po šumskom tlu

Za istraživanje mogućih stohastičkih ovisnosti između zadovoljavajuće koreliranih varijabli korištena je regresijska analiza Odabir krivulje izjednačenja vršen je na osnovi slijedećih parametara koeficijenta (determinacije) korelacije (R) standardne devijacije zavisne varijable oko linije izjednačenja (sYX) te t-varijable (tStat) i vjerovatnosti greške prve vrste (P-value) regresijskih koeficjenata (Serdar i Šošić 1981 Kachigan 1991) Za utvrđivanje jakosti veze između izjednačenih nezavisnih i zavisnih varijabli korištena je Roumlmer-Orphal-ova skala (Kump i dr 1970)

Slika 67 Roumlmer-Orphal-ova raspodjela

Matematičko ndash statistička obrada podataka obavljena je uz pomoć osobnog računala primjenom programskih paketa Microsoft Excel 97 i Sta Soft Statistica 50

69

Za izjednačavanje ovisnosti parova podataka koji porastom nezavisne varijable pokazuju da podaci zavisne varijable imaju asimptotski trend porasta korišten je eksponencijalni regresijski računalni program REGEXE primarno razvijen za istraživanja krivulja klizanja kotača vozila (Hitrec i Horvat 1987) Navedeni računalni program čvrstoću veza odabranih regresijskih modela prikazuje pomoću tri parametra r ndash koeficijenta korelacije R ndash indeksa korelacije i R gt ndash testiranja indeksa korelacije temeljem broja opažanja

Utvrđivanje razlika u stupnju sabijenosti tla višekratnim prolaskom skidera je izvršeno usporedbom površina ispod krivulja izjednačenja prodirnih značajki Poznavajući oblik i koeficijente jednadžbi izjednačenja metodom određenih integrala izračunate su površina ispod krivulja

47

32 Morfološka analiza

Morfološkom analizom utvrđuje se trenutačno stanje svojstva i zakonitosti ali i mogući tijek razvoja strojeva u šumarstvu Na temelju izabranih geometrijskih masenih i drugih veličina izražavaju se ovisnosti i donosi sud o valjanosti izbora stroja Rezultati provedenih analiza služe

bull šumarskim stručnjacima pri odabiru novih strojeva

bull najpovoljnijoj uporabi strojeva u raznim radnim uvjetima

bull određivanju parametara pri konstrukciji novih strojeva unutar poznatih obitelji

Bekker (1956) provodi jednu od prvih morfoloških analiza vozila za kretanje izvan puteva iznoseći mišljenje kako će objekt koji se kreće u nekom mediju poprimiti oblik koji pruža najmanji otpor kretanju S tog se stajališta morfološka analiza može učiniti ne samo za iskaz dostignute razine dimenzijskog razvoja vozila ili za traženje položaja nekoga vozila u skupu sličnih već i za procjenu budućeg razvoja On navodi kako odnos geometrijskih pokazatelja vozila a posebice tzv faktora noseće ploštine vozila određuje kretnost vozila na mekim tlima

Sever (1980) morfološkom analizom uspoređuje šumske zglobne traktore s vitlom s adaptiranim poljoprivrednim traktorima nedvojbeno utvrdivši kako se iako razvijeni iz poljoprivrednih traktora skideri mogu svrstati u poseban skupobitelj vozila koja ima svojstvene morfološke značajke Ovu analizu proširuje (1986) i na ostala šumarska vozila pa tako i na forvardere utvrdivši kako i obitelj forvardera također ima svojstvene morfološke značajke Sever i Horvat (1985) pri izradi studije skidera a za stvaranje projektnog zadatka za srednji skider upotrebljavaju rezultate morfološke analize Takvu analizu za proračun onih dimenzija skidera (ako nisu poznate) koje trebaju za proračun dinamičke preraspodjele opterećenja upotrebljava i Horvat (1989)

Sever i Knežević (1991) traže između ostalog razliku u morfološkim značajkama forvardera raznih formula pogona (4x6 6x6 i 8x8) U ovoj analizi kao i u ostalima gdje se slikovno iskazuju značajke obitelji vozila najčešće se kao osnovni pokazatelj upotrebljava tzv indeks oblika

Sever i Horvat (1992A) prikazuju banku podataka geometrijskih i drugih značajki skidera i forvardera Isti autori (1992B) analiziraju temeljne morfološke značajke raznih šumskih vozila Iznose mišljenje kako se ovakvim podacima mogu služiti konstruktori pri konstrukciji vozila i šumarski stručnjaci pri njihovu izboru Njihovu bazu podataka forvardera proširuje Poršinsky (1996) tražeći položaj jednog tipa forvardera u cijeloj obitelji

Istražujući i uspoređujući značajke srednjih skidera i APT-a Horvat i Sever (1995 1996) Horvat (1996C i D) Sever i Horvat (1997) te Horvat i dr (2002) upotrebljavaju morfološku analizu

Horvat i Kristić (1999) iznose prvu morfološku analizu prorednih traktorskih skupova (traktor s poluprikolicom i hidrauličkom dizalizom) kao polazište u traženju optimalnoga rješenja za nizinske šume

Na Šumarskom fakultetu u Zagrebu morfološka je analiza upotrebljavana i za istraživanje drugih šumskih strojeva pa je tako Košćak i dr (1995) rabe za šumske sitnilice a Šušnjar (1998) za šumske iverače

Horvat (2001) morfološkom analizom utvrđuje razlike između adaptiranih poljoprivrednih traktora s ugrađenim različitim izvedbama šumskih vitala

Horvat i Šušnjar (2001A i B) prikazuju razvoj morfoloških značajki poljoprivrednih traktora zaključujući da dostignuta raznovrsnost njihove konstrukcije omogućava izbor pogodne inačice traktora za prilagodbu za šumske radove Isti autori (2003) rabe morfološku raščlambu u dijelu analize pogodnosti opremanja uzgojnog traktora tzv farmi izvedbama vitla

Iz ovoga se kratkoga pregleda nekih dosadašnjih radova lako se da zapaziti kako je morfološka analiza značajna metoda u analizi pogodnosti šumskih vozila i drugih strojeva općenito

Cijela zamisao ove analize zasniva se na korelacijskoj ovisnosti između pojedinih parova morfoloških značajki skidera te usporedbi položaja ECOTRAC 120 V unutar cijele obitelji (skupine) skidera

48

33 Mjerenje mehaničkih veličina

U cilju određivanja dinamičkog opterećenja skidera pri privlačenju drva te njegove vučne značajke potrebno je izvršiti mjerenje nekih mehaničkih veličina U istraživanju su odabrane osnovne mehaničke veličine koje se mogu svesti u tri osnovne grupe

bull mjerenje sila

bull mjerenje zakretnih momenata

bull mjerenje pomaka

Osnovna metoda mjerenja mehaničkih veličina je tenzometrija Heidl i Husnjak (1992) tenzometriju opisuju kao metodu mehanike kojom se na konstrukciji ili modelu određuje duljinska deformacija da bi se odredila naprezanja na površini konstrukcije Pri tome se upotrebljavaju mjerni pretvornici na osnovi promjenjivog električnog otpora do kojeg dolazi promjenom njegove duljine (tzv elektrootporna mjerna traka ili strain gauge) Ovom metodom je omogućeno električno mjerenje neelektričnih veličina Krulc (1969) navodi da takva mjerenja imaju prednosti pred mehaničkim i drugim mjerenjima zbog

bull mogućnosti daljinskog prijenosa rezultata mjerenja

bull velike prilagodljivosti

bull velike točnosti i osjetljivosti

bull mogućnosti jednostavnog i velikog povećanja mjerene veličine

bull visoke frekvencije mjernih uređaja

bull mogućnosti višekratnog prikazivanja

bull zapisivanja i

bull spremanja rezultata mjerenja

Primjena tenzometrijske metode omogućuje mjerenja bez narušavanja konstrukcije vozila ali zahtijeva pretvorbu elemenata vozila u mjerila Za iskazivanje vrijednosti mjerene veličine u njenoj osnovnoj mjernoj jedinici potrebno je umjeravanje elemenata mjerila

Tenzometrijskom metodom koriste se Hassan i Gustafson (1983) s tvorničkim dinamometrima Sever (1980) također koristi ovu metodu pretvarajući tzv prepariranjem završne reduktore u kotačima skidera u mjerila momenata Istim načinom momente u završnim reduktorima skidera mjere i Sever (1987) i Horvat (1987) Hassan (1988) tvrdi da je takav način jedini zabilježen Horvat i dr (1991) ugrađuju u stražnje mostove adaptiranog poljoprivrednog traktora prstenasta mjerila zakretnog momenta s tenzometrima Horvat (1993A) također vrši pretvorbu dijelova forvardera za mjerenja zakretnih momenata na kotačima okretaja kotača i vratila tenzometrijskom metodom pomoću mjernih traka

Glavni nedostatak ove metode je smještaj mjernih pojačala te računala za prikupljanje i snimanje podataka te su navedeni autori za njihov smještaj koristili terensko laboratorijsko vozilo koje se kretalo uz ispitivano šumsko vozilo Na taj način su ograničeni uvjeti ispitivanja zbog potrebnog dovoljnog prostora za usporedno kretanje oba vozila kroz šumsku sastojinu

Tenzometrijsku metodu pri mjerenju zakretnih momenata u kotačima forvardera opisao je Marklund (1987) te Olsen i Waumlsterlund (1988) Umjesto klasičnog pojačanja mjernog signala u pojačalima oni koriste računala s AD pretvaračima u svakom kotaču forvardera koji prikupljaju podatke Povezani su s glavnim računalom u kabini forvardera koji u određenim vremenskim intervalima prikuplja i obrađuje podatke Kontrola mjernih rezultata i ispravnosti mjernih pretvornika je bila moguća tek nakon završetka mjerenja

Primjenom tenzometrijske metode prvenstveno u područjima konstrukcije aviona i čeličnih mostova došlo je do razvoja mjernog lanca u pravcu mogućnosti istovremenog snimanja velikog broja mjernih podataka i njihovog prijenosa daljinskim putem

Iz područja šumarstva primjenu daljinskog prijenosa podataka s mjernih pretvornika opisuje tek Pottie (1986) pri određivanju podizne sile hidrauličnih dizalica na kamionskim skupovima Zbog sličnosti s mjerenjima na šumskim vozilima napomenuti će se i primjena daljinskog prijenosa podataka na poljoprivrednim strojevima koju koriste Zajaczkowski (2000) pri mjerenju otpora kod

49

oranja tla poljoprivrednim traktorom i Laibe (2003) pri mjerenju naprezanja na radnim dijelovima stroja za baliranje sijena

Za izvođenje mjerenja tenzometrijskom metodom mehaničkih veličina skidera pri privlačenju drva korištena je mjerna oprema Laboratorija za mjerenje mehaničkih veličina šumarskih strojeva Šumarskog fakulteta u Zagrebu koja uključuje mjerne trake dinamometre pojačala računalni program proizvođača Hottinger Baldwin Messtechnik TELUB mjerne vage i opremu za daljinski prijenos podataka proizvođača ELPRO Technologies Pty

Teorijske osnove mjerenja mjernim traka postupak pripeme dijelova skidera u mjerne pretvornike kao i obrada mjernih rezultata će se detaljno prikazati u slijedećim poglavljima

331 Teorijske osnove mjerenja mehaničkih veličina električnim putem

Za razvoj metode mjerenja mehaničkih veličina električnim putem bitno je utjecalo poznavanje odnosa naprezanja u materijalu i njegove deformacije Robert Hooke je 1687 godine otkrio da kruto tijelo pod djelovanjem vlačne sile imaju tendenciju istezanja te ustanovio produljenje tijela uz točno određeni iznos sile Odnos između produljenja i duljine na kojoj je produljenje nastupilo naziva se relativno produljenje (ε)

L

L∆=ε (51)

Odnos između sile i presjeka na koji se ona raspoređuje naziva se naprezanjem i redovito označava oznakom σσσσ odnosno

A

F=σ (52)

Ovaj se pristup koristi kod određivanja čvrstoće materijala Obično se za tu svrhu izrađuju posebne epruvete određene površine presjeka (A) koje se u kidalici opterećuju silom F a smjerovi naprezanja epruveta mogu biti kako vlačni tako i tlačni Postupno povećavajući veličinu sile i istodobno mjereći odgovarajuće produljenje ili skraćenje ispitivane epruvete te računajući vrijednosti parova točaka σσσσ - εεεε odnos naprezanja i istezanja materijala prikazujemo dijagramom

Na dijagramu naprezanja materijala označene su točke najznačajnije za mjerenja mehaničkih veličina Oznake na slici 34 imaju sljedeća značenja

σσσσe - granica elastičnosti - prestankom naprezanja do ove granice materijal se vrati u prvobitne dimenzije a naprezanje veće od granice elastičnosti će uzrokovati trajnu deformaciju materijala

σσσσp - granica plastičnosti - iznad ove granice dolazi do naglog istezanja elementa koji se ispituje nakon čega dolazi do ponovnog očvrščenja materijala

σσσσm - čvrstoća materijala - najveće naprezanje koje materijal može izdržati do trenutka pojave prvih pukotina

σσσσl - prekidna čvrstoća - naprezanja u trenutku potpunog loma elementa koja su manje vrijednosti od same čvrstoće materijala jer se daljnje produljenje odvija pri manjim naprezanjima zbog smanjenja površine presjeka usljed sve većeg nastanka pukotina

Kako se vidi iz dijagrama na slici 34 do granice elastičnosti produljenje materijala odvija se po pravcu Nagib pravca prema apscisi određen je kutom φφφφ Prirast naprezanja po jedinici relativnog produljenja u stvari koeficijent nagiba pravca naziva se modulom elastičnosti ili Young-ovim modulom pa se može prikazati kao

E=φtg (53)

Slika 34 Dijagram naprezanja materijala

50

Stoga se u ovom području može napisati jednadžba pravca poznata i kao Hookov zakon oblika

σ εsdot= E (54)

Uslijed djelovanja vlačnih sila ne dolazi samo do produljenja opterećenog elementa već i do njegovog poprečnoga utezanja (kontrakcije) Isto tako djelovanjem tlačnih sila dolazi do istezanja (ekspanzije) širine elementa (slika 35) Poprečna se kontrakcija ili ekspanzija elementa označava obično sa εεεεt Mnoga su mjerenja pokazala da je do određene granice opterećenja promjena širine elementa srazmjerna uzdužnom istezanju te se taj odnos definira Poissonovim koeficijentom koeficijentom proporcionalnosti ν ili

ε t ε l = ν (55)

Njegova je vrijednost za većinu metala približno jednaka 03

Pojavu promjene otpora vodiča pod djelovanjem opterećenja je otkrio engleski fizičar Sir Charles Wheatstone 1843 godine te prikazao mogućnosti mjernog pretvornika na osnovi simetrično postavljena četiri otpornika Ovaj most po njemu i nosi naziv Wheatstoneov most mada ga je prvi odredio S H Chrislie još 1833 godine Opažanje koje je pred kraljevskim filozofskim društvom iznio lord Kelvin predstavlja prvi eksperiment s elektrootpornim mjernim trakama On je pomoću Wheatestoneovog mosta i galvanometra pokazao da se električni otpor bakarne i željezne žice mijenja njihovim produljenjem Thomson 1856 godine objavljuje prve radove o promjeni otpora vodiča pod djelovanjem opterećenja prema postavkama Wheatstone-a Tehnička primjenjivost njihovih istraživanja je krenula tek 30-ih godina prošlog stoljeća Razlog tome leži u činjenici da su zabilježene promjene otpora bile vrlo male Lord Kelvin i Thomson su koristili visoko osjetljive galvanometre koji su neprikladni za tehničku primjenu Razvoj elektronskih pojačala je ubrzao primjenu elektrootpornih mjernih traka

Godine 1938 Eduard Simons usavršava mjernu traku lijepljenjem žice od konstantana na papir Do istog rješenja dolazi iste godine i Arthur Claude Ruge s tom razlikom da je vrlo tanku žica postavio u zavojiti oblik te je zalijepio između dva papira Prednost njegove mjerne trake je što je bila vrlo tanka i lagana za postavljanje lijepljenjem na bilo koju površinu i omogućavala mjerenje na vrlo tankim i malim predmetima Oblik Ruge-ove mjerne trake se održao do današnjih dana ali s mnogim poboljšanjima kakvoće materijala i tehnologije izrade Masovnija proizvodnja mjernih traka počinje u Evropi poslije drugog svjetskoga rata

Osnovni dijelovi mjerne trake su nosiva podloga mjerna mreža i spojni vodovi a najvažnija značajka efektivna duljina mjerne mreže (slika 36) Mjerna traka mjeri aritmetičku sredinu naprezanja ispod mjerne mrežice Izbor efektivne duljine mjerne mrežice utjecat će na rezultate mjerenja Vrlo kratkom mjernom mrežicom mjere se vršne vrijednosti naprezanja u materijalu Dulja mjerna mrežica omogućit će mjerenje srednjih vrijednosti naprezanja u materijalu Promjeri žica od kojih se rade mjerne trake iznose od 002 do 004 mm Električni je otpor mjerne mreže standardiziran i iznosi 120 Ω ili 350 Ω kod mjernih traka za izradu dinamometara (Hoffmann 1989)

Slika 35 Prikaz odnosa utezanja i istezanja materijala

a - nosiva podloga b - mjerna mrežica c - priključni vodovi d - efektivna duljina mjerne mrežice

Slika 36 Dijelovi mjerne trake

51

Mjerne se trake proizvode u raznim oblicima koji su određeni područjem njihove primjene Najširu primjenu imaju metalne mjerne trake ali za potrebe preciznijih ili kompleksnijih mjerenja razvijene su poluvodičke piezoelektrične foto-elastične mjerne trake te mjerne trake za primjenu pri visokim temperaturama (gt 500 C) Mjerne trake mogu biti izrađene s jednom mrežicom dvije ili pak s tri mrežice Kod mjernih traka s dvije ili tri mrežice njihov se međusobni položaj nalazi pod kutem od 0deg 45deg 60deg 90deg ili 120deg Spajanjem više mjernih traka u liniju dobivamo mjerni lanac odnosno rozetu pri spajanju u kružni oblik Mjerni lanci i rozete su višenamjenske mjerne trake koje omogućavaju veću točnost izmjere naprezanja na većoj površini

Ranije je istaknuto svojstvo većine krutih materijala da u određenom području naprezanja pokazuju linearan odnos između sile i produljenja Pretpostavimo da smo na površinu tijela izrađenih od takvih materijala nalijepili elektrootpornu mjernu traku koja u potpunosti slijedi promjenu dimenzija uslijed naprezanja Neka je duljina vodiča na traci L a površina poprečnog presjeka CD2

gdje je C konstanta a D poprečna dimenzija Za okrugli presjek žice vrijedi C = π4 a D je promjer vodiča Kod pravokutnoga presjeka D je jedna stranica dok je C omjer druge i prve stranice Električni otpor takvoga vodiča može se pokazati relacijom

2DC

LR

sdot

sdot=

ρ (56)

gdje je ρ električni otpor materijala po jedinici duljine ili jednostavno jedinični otpor Prema ranije navedenom nakon opterećenja uzdužnom silom na svakoj će od gornjih veličina doći do promjene Derivira li se gornja jednadžba dobiva se slijedeći oblik

22

2 d2dd

)DC(

LLDC)LL(DCR

sdot

sdotsdotsdotsdotsdotminussdot+sdotsdotsdot=

ρρρ (57)

Podijeli li se jednadžba (57) s jednadžbom (56) dobiva se

LLLL

DD

LL

RR

d

d

d

d21

d

d ρρ+sdotminus= (58)

Lijeva strana jednadžbe (58) očito određuje relativnu promjenu otpora u ovisnosti o relativnom produljenju i u stvari predstavlja osjetljivost mjerne trake Ovaj se odnos uzima kao temeljna značajka mjernih traka Naziva se faktorom trake ili k - faktor Prvi član desne strane jednadžbe određuje ranije spomenuti Poissonov koeficijent ν Drugi član na desnoj strani jednadžbe je odnos relativne promjene jediničnog otpora i relativnog produljenja Ako se taj odnos prikaže oznakom m te uvrsti Poissonov koeficijent onda će jednadžba (58) poprimiti slijedeći oblik

mLL

RRk +sdot+== micro21

d

d (59)

Iz jednadžbe (59) proizlazi da je

R

R

k

∆sdot=

1ε (60)

Jednadžba (60) je temelj mjerenja pomoću elektrootpornih (tenzometrijskih) traka Pomoću nje je moguće izračunavanje produljenja vodiča na osnovi poznate vrijednosti k - faktora i izmjerene promjene električnoga otpora u odnosu na njegovu početnu vrijednost Ta se činjenica u jedinstvu s prethodno opisanim osobinama elastičnoga materijala zapravo koristi pri mjerenju mehaničkih veličina električnim putem

Većina kovina izloženih elastičnoj deformaciji ima približnu osjetljivost na deformaciju k=2 Međutim tek nekoliko njih ima stalnu vrijednost osjetljivosti u svom elastičnom i plastičnom području Danas se za izradu mjernih traka rabe razni materijali od kojih valja spomenuti

advance slitine (k=21)

karma slitine (k=21)

isoelastic slitine (k=36)

slitina No 479 (k=47) i druge

Izražene se vrijednosti k - faktora od strane proizvođača odnose na sobnu temperaturu okoline

52

Promjenom temperature mijenja se i k - faktor Kako je opće poznato zagrijavanjem materijala dolazi do njegovog termičkog istezanja Riječ je o relativnom temperaturnom istezanju materijala Stoga se uvodi tzv temperaturni koeficijent produljenja kao produljenje štapa jedinične duljine pri povišenju temperature za 1K odnosno

T

L

L ∆∆

sdot=1

α (61)

gdje je ∆T promjena temperature L duljina štapa a ∆L temperaturno produljenje

Na pouzdanost pri mjerenju značajno utječu i podloga na koju je mjerna traka nalijepljena ljepilo s kojim se zajedno s podlogom pričvršćuje na mjerno mjesto hrapavost podloge na koju se pričvršćuje i drugi utjecajni parametri Idealan materijal za izradu mrežica tenzometrijskih traka trebao bi posjedovati slijedeće karakteristike

što veću osjetljivost odnosno što veći k ndash faktor

veliki jedinični otpor

malu osjetljivost na temperaturne promjene

visoku granicu razvlačenja

visoku dinamičku izdržljivost

malu mehaničku histerezu

otpornost na koroziju i dr

Mjerenja pomoću elektrootpornih mjernih traka mogu se provoditi svim električnim mjernim mostovima koji se rabe i za mjerenje otpora Da bi se mjerenje provelo kvalitetno treba upotrijebiti mjerni most koji udovoljava slijedećim značajkama

valja postići linearnu karakteristiku između otpora R i signala na instrumentu

kada otpor R teži k nuli treba i odgovarajući odziv na pokaznom instrumentu težiti k nuli

valja postojati mogućnost pojačanja signala povećanjem napona napajanja mosta

mogućnost umjeravanja valja biti što jednostavnija

Gore navedenim zahtjevima najviše udovoljava Wheatestonov most Kako je ranije spomenuto i sasvim male promjene električnog otpora reda veličine tisućinke Ω koje se pojavljuju u mjernim trakama uslijed naprezanja te odgovarajućih istezanja moguće je pouzdano mjeriti pomoću Wheatestonovog mosta

Mjerni sustav se sastoji od mjernih traka povezanih u Wheatestoneov mjerni krug pojačala koji će predati ulazni napon mjernoj traci te primiti izlazni signal napona Postavljanjem mjerne trake na ispitni predmet naprezanja se u njemu prenose na mjernu traku što uzrokuje promjenu električnog otpora trake Promjenom otpora trake most gubi simetriju te dolazi do razlike između ulaznog i izlaznog napona

Osnovna izvedba Wheatestonovog mosta prikazana je na slici 37 na kojoj otpori prikazani u sva četiri mjerna kraka mosta mogu predstavljati elektrootpornu mjernu traku

Simboli koji će se rabiti u ovom poglavlju imaju slijedeća značenja

R - otpornik Ω

∆R - promjena otpora Ω

Uu - ulazni napon V

Ui - izlazni napon mosta V Slika 37 Shematski prikaz Wheatestonova mosta

53

Na početku ćemo pretpostaviti da su otpornici u svim krakovima mosta identični To znači da je most u ravnoteži (izbalansiran) Odatle slijedi da pad napona kroz otpornik R24 mora biti identičan padu napona kroz otpornik R23 Lako se može pokazati da je

13

23

14

24

R

R

R

R= (62)

Ovaj je odnos izuzetno bitan budući da upućuje na to da bilo koja promjena otpora na jednoj strani mosta može biti uravnotežena podešavanjem otpora na suprotnoj strani mosta Na osnovi gornje jednadžbe može se napisati

13

142324

R

RRR

sdot= (63)

Jednadžba ukazuje na to da se uz pouzdano poznavanje otpora R14 te uz pouzdano poznavanje odnosa dvaju otpora na drugoj strani mosta može isto tako pouzdano odrediti nepoznati otpor R24 Nadovezujući se na ovaj primjer može se pretpostaviti slučaj u kojem je nepoznati otpornik upravo naša mjerna traka pričvršćena na ispitivanom uzorku To znači da je most moguće umjeriti prije opterećivanja elementa Nakon uvođenja opterećenja most se može ponovno uravnotežiti podešavanjem odnosa dvaju otpornika R23R13 Ukoliko je poznata promjena odnosa moguće je odrediti razliku otpora mjerne trake prije i poslije opterećenja Ta je razlika bila izazvana relativnim produljenjem kao posljedicom djelovanja vanjskih sila Stoga se relativno produljenje može računati prema relaciji

kR

R

kR

R 1∆∆sdot=

sdot=ε (64)

Ranije je pokazano da je promjena otpora direktno srazmjerna relativnom istezanju tako da je odnos tih dviju veličina moguće veoma lako međusobno umjeriti Mnogo se pogodnija rješenja postižu onda kada se indikator izravno umjeri u vrijednostima relativnog istezanja To znači da se nakon uravnotežavanja mosta na početku mjerenja može očitavati svaku promjenu istezanja u mjerilu izravno na indikatoru

U slučajevima u kojima se pri mjerenjima koriste mjerna pojačala izravna su očitanja promjena naprezanja još mnogo jednostavnija Posebne pogodnosti imaju noviji sustavi za prikupljanje podataka koji preko analogno - digitalne konverzije mjernog signala omogućuju direktnu obradu rezultata mjerenja o čemu će kasnije biti više riječi

Za mjerenja se istodobno može koristiti jedna dvije ili četiri aktivne mjerne trake Ovisno o broju aktivnih mjernih traka razlika se potencijala određuje po slijedećim relacijama

Mjerni pretvornik sa samo jednom ugrađenom mjernom trakom u mjerni most još se naziva četvrt mosta Za četvrt most se može pokazati da vrijedi relacija

4

RR

E

V ∆= (65)

Uvrštavanjem vrijednosti iz relacije (59) u (65) te preuređenjem dobiva se izraz za relativno produljenje

kE

V

sdotsdot

=4

ε (66)

Shematski prikaz četvrt mosta vidi se na slici 38

Osnovna je značajka četvrt mosta samo jedna aktivna mjerna traka Preostala tri kraka mosta mogu činiti neaktivne ili fiktivne mjerne trake ili jednostavno obični otpornici Od posebnog je značaja relacija (66) koja pokazuje da postoji izravna veza između prisutnog relativnog istezanja i napona na dijagonali Ukoliko su poznati napon pobude mosta i k - faktor trake dovoljno je izmjeriti koliko iznosi napon dijagonale izvan

Slika 38 Izvedbe Wheatstoneovog mosta

54

ravnoteže da bi se odredila razina relativnog istezanja Prema nekim mišljenjima mjerni most sa samo jednom aktivnom mjernom trakom posjeduje samo približnu linearnost između promjene otpora i razlike potencijala na dijagonali Ta linearnost postoji samo pri relativno malim promjenama kao što je to slučaj kod žičanih mjernih traka

Mjerni pretvornik s dvije ugrađene mjerne trake naziva se polu most Za polu most je moguće lako dokazati slijedeće odnose

2

RR

E

V ∆= (67)

Mnoge se prednosti postižu uporabom dviju i više aktivnih mjernih traka koje su pod utjecajem promjena nakon što nastupi vanjsko opterećenje ispitivanog uzorka Budući da će kod uporabe dvije aktivne mjerne trake obje utjecati na promjenu električnoga otpora nakon pojave deformacije to će odmak od ravnoteže mosta biti veći To samo po sebi podrazumjeva znatno veću osjetljivost takvoga mosta Posebna je prednost takvih mjernih pretvornika i u tome što se utjecaj temperature pri kojoj se vrše mjerenja može potpuno zanemariti U mnogim će se slučajevima pored navedenog dobiti i značajno veća točnost pri mjerenjima

Mjerni pretvornik s četiri ugrađene mjerne trake naziva se puni most Kod punog mosta vrijedi slijedeći odnos

R

R

E

V ∆= (68)

Shematski se prikaz punog mosta vidi na slici 38 Upotrebom četiriju mjernih traka u mjernom pretvorniku još se više podiže njegova osjetljivost I kod punog mosta valja naglasiti da se utjecaj promijenjivih temperaturnih uvjeta na rezultate mjerenja u potpunosti može zanemariti U punom se mostu ravnoteža mora postići nekim dodatnim otpornicima Upotrebom punog mosta osjetljivost mjernog pretvornika u odnosu na četvrt mosta može se učetverostručiti

Poznavanjem osnovnih značajki mjerne trake s obzirom na objekt mjerenja uvjete mjerenja i potrebnu pouzdanost mjerenja vrši se odabir mjerne trake

Mjerne se trake obično učvršćuju lijepljenjem mada valja spomenuti da se u posebnim slučajevima i točkasto zavaruju Presudnim za uspjeh mjerenja smatra se izbor ljepila te način lijepljenja s obzirom na materijal i površinu mjernog mjesta U pripremi mjernog mjesta mora se obratiti pozornost na pravilno postavljanje i zaštitu mjerne trake kako bi odstranili moguće greške mjerenja Površina mjernog mjesta mora biti potpuno očišćena kako ostanak nečistoća ispod mjerne mrežice ne bi utjecao na točnost mjerenje i suha kako bi se onemogućila korozija trake Osim toga sama površina treba biti glatka bez najmanjih pukotina u materijalu koje bi utjecale na nepravilno prenošenje naprezanje s materijala na mjernu traku Zbog istog razloga sloj ljepila mora biti vrlo tanak ali dovoljan da omogući čvrsto prijanjanje mjerne trake na mjerno mjesto Odmah nakon pripreme mjernoga mjesta valja nalijepiti mjerne trake Postupak lijepljenja ilustriran je na slici 39

Pri povezivanju priključnih vodova mjernih traka lemljenjem pomoću vodiča također postoji opasnost oštećenja mjernih traka Na kraju mjerno mjesto je potrebno zaštiti od vanjskih utjecaja prvenstveno od vlage i mehaničkih oštećenja (slika 40)

Slika 39 Lijepljenje mjerne trake

Slika 40 Zaštita mjerne trake

55

332 Mjerila i mjerna oprema

Za mjerenje predviđenih značajki kretnosti skidera konstruirana su ili primjenjena mjerila za istovremeno određivanje 16 veličina Te veličine su

1 zakretni moment na prednjem desnom kotaču MPD (Nm)

2 zakretni moment na prednjem lijevom kotaču MPL (Nm)

3 zakretni moment na stražnjem desnom kotaču MSD (Nm)

4 zakretni moment na stražnjem lijevom kotaču MSL (Nm)

5 opterećenje na prednjem desnom kotaču GaPD (kN)

6 opterećenje na prednjem lijevom kotaču GaPL (kN)

7 opterećenje na stražnjem desnom kotaču GaSD (kN)

8 opterećenje na stražnjem lijevom kotaču GaSL (kN)

9 broj okretaja prednjeg desnog kotača nPD

10 broj okretaja prednjeg lijevog kotača nPL

11 broj okretaja stražnjeg desnog kotača nSD

12 broj okretaja stražnjeg lijevog kotača nSL

13 broj okretaja petog kotača n5K

14 horizontalna sastavnica sile u užetu H (kN)

15 vertikalna sastavnica sile u užetu V (kN)

16 vrijeme t (s)

Na osnovu podataka izmjere navedenih veličina može se izvršiti proračun potrebnih tehničkih značajki skidera pri privlačenju drva kao što su adhezijska težina skidera vučna i obodna sila faktori privlačenja bruto i neto vuče te kotrljanja dinamički polumjer kotača sila u užetu i kut nagiba užeta koeficijent raspodjele težine tovara brzina kretanja skidera klizanje kotača obodna i vučna snaga te snaga kotrljanja i korisnost kotača

Vertikalna opterećenja kotača predstavljaju masu odnosno težinu koju nose Mogu se odrediti na nekoliko načina proračunskim putem prilikom konstruiranja vozila vaganjem vozila (statički teret dobiven kao izvaga praznog i punog vozila) te kao stvarno opterećenje u radu - dinamička opterećenja (Sever i dr 1989)

Za mjerenje dinamičkih opterećenja na kotačima mjerne su trake postavljene odmah iza kotača na gornju stranu kućišta vratila koji izlazi iz diferencijala prema kotaču (završnom ili planetarnom reduktoru) Upotrebljene su mjerne trake oznake LY11-6120 što označava linearnu mjernu traku (L) nosive podloge od poliamida i mjerne mrežice od konstantana (Y) namijenjenom za postavljanje na čeličnim konstrukcijama (1) s jednom mjernom mrežicom duljine 6 mm i otpora 120 Ω Mjerne trake su kod svakog kotača postavljene u Wheatestone-ov polu-most pri čemu su dvije mjerne trake postavljene pod kutem od 90deg međusobno i s obzirom na uzdužnu i poprečnu os kućišta vratila (slika 42)

Mjerenje zakretnih momenata izvršeno je pomoću mjernih traka postavljenih na obodu kućišta završnih planetarnih reduktora Upotrebljene su mjerne trake oznake XY21-3120 što označava mjernu traku s nosivom podlogom od poliamida i mjerne mrežice od konstantana (Y) namijenjenom za postavljanje na čeličnim konstrukcijama (1) s dvije mjerne mrežice duljine 3 mm i otpora 120 Ω postavljene međusobno pod kutem od 90deg pri čemu je svaka mjerna mrežica otklonjena za 45deg od uzdužne osi mjerne trake (X) Za mjerenje su bile potrebne dvije mjerne trake koje su se postavile dijametralno suprotno na obodu kućišta završnog

Slika 41 Položaj mjernih traka pri mjerenju momenata

56

reduktora (slika 41) Točno postavljanje mjernih traka se izvršilo na osnovu mjerenja opsega oboda kućišta Mjerne trake su na svakom kotaču postavljene u Wheatestone-ov puni-most

Povezivanje je priključnih vodova mjernih traka izvršeno lemljenjem pomoću vodiča površine presjeka 015 mm2 do spojnog mjesta za svaki Wheatestoneov most Na spojnim mjestima su priključeni 4-žilni 15 pinski oklopljeni kablovi koje vode do pojačala

Zbog okretanja kotača bilo je potrebno postaviti klizni prijenosnik na svakom kotaču Nosači su kliznog prijenosnika učvršćeni na kućište završnog reduktora (slika 43) Klizni prijenosnik se sastoji od rotora kliznog prstena i kućišta Rotor je spojen s nosačem te se okreće zajedno s kotačem Na utičnicu rotora je doveden kabel sa spojnog mjesta Kućiste kliznog prijenosnika je učvršćeno elastičnim užetom na dodatnu konstrukciju koja je postavljenja iznad osovina skidera kako bi se omogućilo nesmetano okretanje kotača Signal se promjene otpora traka s utičnice na rotoru prenosi preko prstena i grafitnih četkica na utičnice na kućištu kliznog prijenosnika odakle kabel dalje vodi do pojačala

Dodatni prsten i grafitna četkica u kliznom prijenosniku su iskorišteni kao davači impulsa za određivanje broja okretaja kotača Ovaj postupak je opisao i primjenio Horvat (1993A) za istovremeno očitanje mjernog signala zakretnog momenta i broja okretaja vratila forvardera Od četiri klizna prijenosnika dva su imala prsten podijeljen na 10 segmenata tj za jedan puni okret kotača su bilježila 10 impulsa dok su ostala dva za jedan okret kotača bilježila jedan impuls Klizni prijenosnici s prstenom od 10 segmenata su postavljeni na prednji desni i stražnji lijevi kotač Raspon napona impulsa okreta kotača se kretao od 5 V do 9 V S druge utičnice na kućištu kliznog prijenosnika pomoću kabela se signal prenosio do pojačala S obzirom da je izlazni napon pojačala manji od raspona napona davača impulsa upotrebljeno je vanjsko napajanje pomoću 2 baterijska uloška napona 45 V

Stvarno prevaljeni put mjeren je pomoću slobodno kotrljajućeg petog kotača a njegova primjena je potrebna za određivanje brzine kretanja skidera i klizanja kotača usporedbom njegovog broja okretaja i broja okretaja pogonskih kotača Primjena petog kotača je dosta česta kod ispitivanja poljoprivrednih traktora a kod istraživanja specijalnih šumskih vozila koriste ga mnogi istraživači i može se smatrati najčešćim mjerilom puta (Hassan 1989) Isti autor (1988) opisuje optičko mjerilo puta razvijeno u NCSU za istraživanja skidera u eksploatacijskim uvjetima Sever (1980) kod istraživanja vučne značajke skidera te Horvat (1993A) kod istraživanja forvardera također koriste peti kotač

Peti kotač je zglobno učvršćen na prednju dasku skidera (slika 44) a duljina prevaljenog puta je određena na osnovu njegovog broja okretaja i izmjerenog opsega Na peti kotač je također bio postavljen klizni prijenosnik preko kojeg se na opisani način prenosio impuls promjene napona pomoću prstena s podjelom od 10 segmenata i grafitne četkice

Slika 42 Mjerno mjesto na kućištu osovine kotača

Slika 43 Prepariranje planetarnog reduktora

Slika 44 Peti kotač

57

Određivanje se horizontalne i vertikalne sastavnice sile u užetu pri privlačenju drva izvršilo pomoću dva vlačno-tlačna dinamometra HBM 50 kN i HBM 20 kN Dinamometri su međusobno spojeni pod kutem od 90deg stupnjeva te postavljeni na nosač zglobno učvršćen na mjestu vertikalnih valjaka vitla (slika 45) Sever (1980) navodi da je postavljanje dinamometara na nosač jedini mogući način da se istovremeno registriraju horizontalna i vertikalna sila u užetu u eksploatacijskim uvjetima Na spoju dinamometara je postavljen držač veznog užeta tovara Na taj način je omogućeno točno određivanje sastavnica sila te kuta nagiba užeta Dinamometri su se nalazili točno u horizontalnoj i vertikalnoj ravnini s obzirom na podlogu pri potpuno podignutoj zadnjoj prihvatno-zaštitno-sidrenoj dasci skidera upravo kakav je njen položaj pri privlačenju drva Nedostatak mjerenja vučnih sila dinamometrima pri privlačenju drva se ogleda u pojavi postranih bočnih sila uzrokovanih njihanjem tovara pri kretanju skidera koje vlačno-tlačni dinamometri ne mogu zabilježiti

Svi mjerni pretvornici (mjerne trake davači impulsa napona dinamometri) su spojeni s mjernim pojačalima HBM Spider 8 S obzirom na 15 mjerenih veličina upotrebljena su dva mjerna pojačala Spider 8 spojena u seriju od kojih svaki ima 8 ulaznih kanala SR55 (15-pinski kanali) Za napajanje pojačala je potreban napon od 12 V Prema mjernim pretvornicima šalju izlazni napon od 25 V te primaju povratni naponski signal s mjernih pretvornika i bilježe promjene napona do 2 mVV

Mjerna pojačala su smještena na postolje učvršćeno iza kabine skidera te zaštićeni od vlage i mehaničkih oštećenja

Daljinski prijenos podataka je omogućen primjenom radio modema ELPRO 805 U (ELPRO Technologies Pty Ltd) Radio modem je bio postavljen na samom skideru i spojen preko COM ulaza s mjernim pojačalom HBM Spider 8 primao analogno pojačane mjerne signale te ih odašiljao preko antene postavljene na krovu kabine skidera Drugi radio modem je primao mjerne signale te ih prenosio na terensko računalo

Računalnim programom Catman 40 (Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH) su bilježeni podaci mjerenja Navedeni računalni program je prvenstveno namijenjen mjerenju mehaničkih veličina električnim putem što se ogleda u nekim osnovnim karakteristikama

bull odabir različitih vrsta mjernih pojačala

bull provjera veze između mjernog pretvornika (mjerne trake dinamometra) i računala

bull unošenje mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull prikaz rezultata mjerenja mehaničkih veličina na osnovu primljenog signala i mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull određivanja tare i postavka mjernog pretvornika u nulto stanje

bull određivanje frekvencije očitanja signala s mjernog pretvornika

bull zapis proteklog vremena od pokretanja mjerenja do završetka prema frekvenciji očitanja

bull mogućnost istovremenog primanja mjernih podataka s 40 mjernih pretvornika (40 kanala)

bull snimanje do 10 000 mjernih rezultata po kanalu

bull grafičko i brojčano praćenje mjernih vrijednosti tijekom snimanja podataka

bull prenošenje snimljenih podataka u druge računalne programe (Microsoft Excell)

bull mogućnost matematičke obrade mjernih rezultata s jednog ili više kanala

bull mogućnost programiranja postupka mjerenja

Slika 45 Nosač s vlačno-tlačnim dinamometrima

58

U računalni program Catman 40 su po kanalima označeni mjerni pretvornici i unošene mjerne konstante dobivene umjeravanjem mjernih pretvornika Frekvencija očitanja ulaznog signala je podešena na 50 Hz po kanalu tj vrši se 50 očitanja mjernog rezultata u sekundi na svakom kanalu S obzirom na 15 korištenih kanala tijekom mjerenja te zapisa proteklog vremena mjerenja postignuto je 800 očitanja mjernih veličina u sekundi Rezulati mjerenja su spremani u datoteku Microsoft Excell gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjernja svake 150 sekunde

Programiranje je radio modema izvršeno programom Cfg_805UD Pomoću programa potrebno je odrediti slijedeće postavke na oba radio modema izbor komunikacijskog moda između uređaja adresiranje radio modema serijsku i radio frekvenciju prijenosa mjernog signala

Pri izbor komunikacijskog moda između uređaja odabran je transparentni mod koji omogućava komunikaciju u oba smjera Komunikacijom od skidera do računala omogućen je prijenos mjernih signala dok komunikacijom od računala prema skideru omogućena je provjera veze do mjernog pretvornika U slučaju oštećenja mjernog pretvornika spojnih kablova ili konektora te nepravilnosti električnog napajanja dijela mjernog lanca na skideru možemo odmah uočiti grešku pomoću računalnog programa Catman 40 Kontrolni mod omogućava jednosmjernu komunikaciju između radio modema i ne zadovoljava potrebe mjerenja

Adrese oba radio modema moraju biti postavljene na istu vrijednost jer samo uređaji s istim adresama mogu direktno međusobno komunicirati

Serijski se prijenos podataka ostvaruje između mjernog pojačala i radio modema te radio modema i računala

Radio frekvencija određuje frekvenciju prijenosa podataka između uređaja Zbog toga postavka radio frekvencije prijenosa podataka na oba uređaja mora biti istovjetna Od tri moguće postavke radio frekvencije (19 200 38 400 76 800 bits) izabrana je radio frekvencija od 38 400 bits

Slika 46 Shema mjernog lanca

Radio modemi su opremljeni spremišnim diskom (bufferom) od 2 KB Prijenos podataka počinje kad se napuni spremišni disk a isto tako veza između modema se prekida ukoliko se tijekom mjerenja spremišni disk potpuno isprazni sve do trenutka njegovog punjenja Zbog navedene značajke radio modema najpovoljnije je odabrati iste vrijednosti serijske i radio frekvencije u cilju kontinuiranog prijenosa podataka Pri tome je bilo potrebno uskladiti izlaznu frekvenciju mjernog

59

signala iz pojačala sa serijskom frekvencijom radio modema Mjerno pojačalo HBM Spider 8 se proizvodi s tvornički podešenom izlaznom frekvencijom mjernog signala od 9600 bits Ali pri tome dolazi do prekida veze između radio modema budući da je veća brzina slanja signala od brzine punjenja spremišnog diska od strane mjernog pojačala Povećanje izlazne frekvencije mjernog pojačala HBM Spider 8 izvršeno je direktnim povezivanjem s računalom unosom Hayes-ovih naredbi putem HyperTerminala

Veliki se dio mjerne opreme nalazi na skideru te je za napajanje električnom energijom mjernih pojačala i radio modema na krov kabine učvršćen prijenosni generator

Postavljanjem mjerne opreme nosača i pomoćnih konstrukcija i uređaja povećala se masa skidera (slika 47) Prije početka mjerenja bilo je potrebno odrediti masu opremljenog skidera i opterećenja na kotačima Rezultat mjerenja opterećenja na kotačima pri privlačenju drva je promjena težine na osnovu opterećenja praznog skidera na ravnoj podlozi Određivanje mase i opterećenja na kotačima praznog skidera je izvršeno s četiri vage švedskog proizvođača TELUB

U svakoj se vagi nalaze po četiri neovisna dinamometra namjenjena mjerenju tlačnih naprezanja Na svakom je dinamometru postavljeno po četiri aktivne mjerne trake što znači da je riječ o mjernim pretvornicima s mjernim trakama u punom mostu Mjerni su pretvornici spojeni tako da pojedinačno i zajednički registriraju svako vanjsko opterećenje Svaka je vaga granično opteretiva sa 90 kN Budući da se opterećenje ne mora simetrično rasporediti na sva četiri dinamometra u krajnosti je moguća i takva situacija u kojoj se svaki od tih tlačnih dinamometara može pojedinačno opteretiti s graničnom nosivošću čitave vage Sva četiri tlačna dinamometra na svakoj vagi pripremljena su kao puni mostovi Mjerni pretvornici kvadratnog presjeka postavljeni su u sva četiri kuta podnožja vaga a vijcima su pričvršćeni kako za podnožje vage tako i za njezin poklopac Shematski prikaz jednog od dinamometra dat je na slici 48

Sve su vage spojene s mjernim pojačalom HBM Spider 8 koji je direktno povezan s prijenosnim računalom te su pomoću računalnog programa Catman 40 naprijed opisanom metodom očitani rezultati mjerenja

Vagama su također izmjerene mase svih drvnih sortimenata koje smo koristili u vučnim pokusima

Otpor kotrljanja i nulto klizanje kotača na podlozi (šumskom tlu) na kojem se vrši ispitiavanje vučne značajke utvrđuje se prije početka testiranja povlačenjem traktora u praznom hodu i s položajem transmisije u neutralnom položaju te s dinamometrom pričvršćenim između traktora i vozila koje ga vuče (Hassan 1989) Pri tome je korišten vlačno-tlačni dinamometar HBM 100 kN direktno povezan preko mjernog pojačala HBM Spider 8 s računalom te sila vuče očitana računalnim programom Catman 40

Primjena opisane mjerne opreme kao i potrebitost mjerenja težine tovara i nagiba terena uvjetovala je ispitivanje u kontroliranim uvjetima Ispitivanje u stvarnim eksploatacijskim uvjetima je neizvedivo zbog pretvorbe dijelova skidera u mjerila Zbog postavljanja nosača dinamometara na valjke vitla onemogućen je rad vitla Vitlo je korišteno samo za pripremu i vezanje tovara a pri privlačenju tovar se držao na nosaču Također mjerna oprema je osjetljiva na vlagu (opasnost kondenzacije vlage u mjernim pojačalima konektorima opasnost od kratkog spoja u prijenosu električne struje vrlo malih napona u mjernom lancu) te se u pravilu ispitivanja ne vrše u uvjetima kišnih ili sniježnih oborina

Slika 47 Skider s postavljenom mjernom opremom

Slika 48 Shematski prikaz jednog od četiriju

dinamometara svake vage

60

333 Umjeravanje mjernih pretvornika

Umjeravanje mjernih pretvornika je postupak određivanja mjernih konstanti za točno očitanje rezultata mjerenja Mjerno pojačalo HBM Spider 8 bilježi promjene napona do 2mvV Na osnovu promjene napona u navedenom rasponu pomoću mjernih konstanti unesenih u računalni program Catman 40 za svaki mjerni pretvornik odredit će se točno očitanje signala

Postupak umjeravanja se sastoji od usporedbe ostvarene poznate veličine na mjernom pretvorniku i rezultat očitanja veličine preko mjernog lanca Promjenom mjerne konstante utječemo na rezultat očitanja sve dok se odnos ostvarene i mjerene vrijednosti ne izjednači

Umjeravanja su mjernih pretvornika na skideru obavljena na poligonu za ispitivanje poljoprivredne mehanizacije Poljoprivrednoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu Umjeravanje mjernih traka za mjerenje zakretnih momenta na kotačima postavljenih na završnim reduktorima skidera izvršeno je djelovanjem poznate sile na kraku od 1 m Poluga za opterećivanje je vijcima pričvršćena na vanjsku stranu naplatka kotača dignutoga u zrak Poluga je libelom postavljena u vodoravan položaj te je točno određen krak od 1 m od središta osovine kotača Na tom mjestu je vršeno vertikalno opterećivanje poluge silom koja se mjerila pomoću dinamometra HBM 50 kN (slika 49)

Podaci umjeravanja obrađeni su statističkim metodama s ciljem da se utvrdi ovisnost između ostvarenih i izmjerenih vrijednosti Za svaki kotač su izračunavane linearne regresije podataka umjeravanja kao i vrijednosti koeficijenata korelacije Linearno izjednačenje podataka umjeravanja pokazuju slike od 50 do 53 Na slikama su unesene određene mjerne konstante Sva umjeravanja imaju visoke koeficijente korelacije što znači da je korelacijska veza vrlo čvrsta

Umjeravanje mjernih traka za mjerenje opterećenja na kotačima obavljeno je na način da su kotači postupno opterećivani s utezima sve veće mase Primjenjeni su utezi s certifikatom umjerene masene vrijednosti dobiveni od strane Državnog zavoda za normizaciju i mjeriteljstvo Istodobno su očitavane vrijednosti pomoću TELUB vaga koje su postavljene ispod kotača skidera Podaci o umjeravanju regresijske jednadžbe izjednačavanja podataka s koeficijentima korelacije te mjerne konstante su prikazane na slikama od 54 do 57

Slika 50 Umjeravanje zakretnog momenta na prednjem

lijevom kotaču Slika 51 Umjeravanje zakretnog momenta na

prednjem desnom kotaču

Slika 49 Umjeravanje zakretnog momenta

61

Slika 52 Umjeravanje zakretnog momenta na stražnjem

lijevom kotaču Slika 53 Umjeravanje zakretnog momenta na

stražnjem desnom kotaču

Slika 54 Umjeravanje opterećenja na prednjem lijevom

kotaču Slika 55 Umjeravanje opterećenja na prednjem

desnom kotaču

Slika 56 Umjeravanje opterećenja na stražnjem lijevom

kotaču Slika 57 Umjeravanje opterećenja na stražnjem

desnom kotaču

62

TELUB vage su umjeravane ranije za potrebe istraživanja u okviru rada Laboratorija za mjerenje mehaničkih veličina šumarskih strojeva Šumarskog fakulteta u Zagrebu Mjerne konstante TELUB vaga su prikazane u tablici 10 Korišteni HBM dinamometri su imali tvorničke podatke o umjeravanju i mjernim konstantama koje su provjerene istim opisanim postupkom

Tablica 8 Mjerne konstante TELUB vaga i HBM dinamometara

Mjerna vrijednost

Promjena napona

Vaga 1 Vaga 2 Vaga 3 Vaga 4 Dinamometar 20 kN

Dinamometar 50 kN

Dinamometar 100 kN

mVV t t t t kN kN kN

0 0 0 0 0 0 0 0

2 13143 13268 13305 13118 20 50 100

334 Obrada podataka

Rezultati mjerenja svakog prolaska skidera šumskom vlakom su pohranjivani u datoteke Microsoft Excell-a gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjerenja svake 150 sekunde Isti postupak je izvršen pri mjerenju sile vuče praznog skidera drugim vozilom opterećenja na kotačima opremljenog skidera na ravnoj podlozi i vaganja drvnih sortimenata

Početak snimanja svakog turnusa je počinjao prije kretanja skidera vlakom kako bi se provjerila veza i uspostavio daljinski prijenos podataka Isto tako snimanje podataka se završavalo u trenutka zaustavljanja skidera na kraju vlake Zbog navedenog načina snimanja mjernih podataka u snimljenim datotekama je potrebno ustanoviti samo niz podataka za svaku veličinu koja se odnosi na kretanje skidera Ovaj postupak je izvršen na osnovu grafičkog prikaza mjernih podataka koji se uočljivo razlikuju od trenutka pokretanja do zaustavljanja skidera na osnovu računalnog zapisa vremena Za svaki turnus je određeno vremensko trajanje kretanja skidera s točnošću 002 sekunde i u tom vremenskom intervalu su određene mjere središnje tendencije rasipanja podataka metodama deskriptivne statistike broj opažanja aritmetička sredina i standardna devijacija

Rezultati mjerenja broja okretaja pogonskih kotača i petog kotača predstavljaju niz promjena napona između vrijednosti 5 V i 9 V te su obrađeni pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i Datoteka navedenog računalnog programa je podešena da unosom niza promjena napona zabilježenog na kotaču i frekvencije očitanja mjernih podataka (50 Hz) broj impulsa po jednom okretu kotača prikaže kao ukupan broj okretaja kotača (n) i frekvenciju vrtnje kotača u vremenskim intervalima (slika 58) Ova analiza je izvršena za sve kotače i turnuse u vučnim pokusima

Slika 58 Prikaz obrade podataka pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i

63

34 Mjerenja na tlu

Istraživanja na tlu obuhvatila su kopanje pedoloških profila uzimanje uzoraka tla u narušenom i nenarušenom (prirodnom) stanju mjerenje prodirne značajke tla mjerenje otpora tla na smicanje te mjerenja dubine kolotraga

Informacije o osnovnim značajkama šumskog tla na mjestu istraživanja prikupljene su otvaranjem pedološkog profila i uzimanjem uzoraka tla u narušenom stanju

Mjerenjem prodirne značajke tla i otpora tla na smicanje te uzimanjem uzoraka tla na neizgaženom tlu i tlu na vlakama ovisno o broju prolazaka skidera utvrdila bi se razina oštećenosti šumskoga tla uslijed privlačenja drva

Uzimanje bi se uzoraka tla u nenarušenom stanju također provelo na neizgaženom tlu u tlu vlake a rezultati vodno-fizičkih svojstva tla dobiveni laboratorijskom analizom uzoraka tla također bi bili upotrebljeni za procjenu utjecaja prolaska skidera na oštećenja tla

Istim metodama oštećenja tla prolaskom skidera su utvrđivali Vranković i Pernar (1993) Meek (1996) i Mathies i dr (2003) Seixas i dr (2003)

341 Vrsta tla i sklop horizonata

Analizom pedoloških profila (pedoloških jama) utvrđuju se vrsta i tip tla te sklop njegovih horizonata

Sklop profila čine horizonti njihov broj izraženost debljina te prijelaz jednog horizonta u drugi Horizont je sloj tla sa značajkama koje su rezultat pedogenetskih čimbenika Osim utvđivanja vrste i tipa tla te dubine rasprostiranja pojedinih horizonata na pedološkom profilu vađeni su i Kopeckijevi valjci radi dobivanja spoznaja o gustoći tla i strukturi poroziteta svakog pojedinog horizonta

Pedološki profil je otvoren (kopan) prema dimenzijama na slici 59 Prilikom određivanja njegovoga položaja smještan je ispod vanjskih dijelova krošanja dubećih stabala te su izbjegavana mjesta gdje su u prošlosti prolazile stare vlake s ciljem dobivanja što reprezentativnijeg podatka

342 Uzorci tla u narušenom stanju

Iz uzoraka tla u narušenom (prirodno poremećenom) stanju laboratorijskim analizama mjere se i izračunavaju vodno-fizička svojstva tla zasnovana na masi uzorka Svrha uzimanja ove vrste uzoraka na terenu je određivanje granulometrijskoga sastava tla

Laboratorijske (direktne) metode određivanje granulometrijskoga sastava tla obuhvaćaju sušenje uzorka odvajanje skeleta usitnjavanje i prosijavanje tla preko sita s rupicama promjera 2 mm kako bi se odvojilo sitno tlo (sitnica) Nakon prve faze rada slijedi priprema sitnice za mehaničku analizu prema jednoj od propisanih metoda čija je svrha odvajanje povezanih čestica pijeska praha i gline te spriječavanje njihove ponovne koagulacije uslijed dijelovanja čestica gline U šumarskoj i poljoprivrednoj pedologiji ova faza rada najčešće se izvodi kuhanjem uzorka tla nakon čega se on prebacuje u valjke za sedimentaciju a zatim se vrši određivanje postotnoga sadržaja pojedinih frakcija pipet metodom (Škorić 1986) Pipet metoda se zasniva na poznatoj brzini padanja pojedinih čestica u suspenziji Na osnovi toga se pipetiranjem s određene dubine u valjku nakon točno određenoga vremena odpipetiraju čestice gline čestice praha i gline a krupni i sitni pijesak dobiju se računskim putem

Slika 59 Položaj i dimenzije pedološkog profila

64

Kemijske analize uzoraka tla provedene su po ovim postupcima

minus reakcija tla izmjerena je elektrometrijski kombiniranom elektrodom u suspenziji tla u vodi odnosno u 001 M CaCl2 u odnosu 125 Za mjerenje je korišten laboratorijski mikroprocesorski pH metar oznake MA 5736 točnosti plusmn 001 pH tvrtke Metrel

minus sadržaj humusa određen je bikromatnom metodom po Tjurinu

minus sadržaj ukupnog dušika određen je spaljivanjem po postupku Kjeldahla i destilacijom po Bremneru

343 Uzorci tla u nenarušenom stanju

Svrha uzimanja uzoraka tla u prirodnom stanju je utvrđivanje vodno-fizičkih svojstava tla zasnovanih na volumenu uzorka

Uzorak tla u nenarušenom stanju uziman je pomoću Kopeckijevog valjka zapremine 100 cm3 (visina 44 cm promjer 55 cm) Sam valjak sastoji se od tijela valjka koje je na jednom kraju zabrušen radi lakšeg utiskivanja u tlo metalne mrežice te dva poklopca Valjci moraju biti označeni s istim oznakama na tijelu valjka i poklopcima Prije izlaska na teren pomičnim je mjerilom provjereno odstupaju li dimenzije valjaka od normiranih vrijednosti Da bi se valjak lakše utisnuo u tlo koristi se metalni nastavak za valjke te drveni ili gumeni bat Nakon utiskivanja valjka u tlo skida se nastavak i lopatom se isijeca tlo oko valjka kako bi se on lakše oslobodio od okolnoga tla

Ovako izvađen valjak najčešće ima višak tla s gornje i donje strane koje je potrebno obrezati oštrim nožem da površina tla bude u visini rubova valjka Nakon stavljanja metalne mrežice i oba poklopca valjak je zamatan u najlon te odlagan u putni hladnjak radi sprečavanja isušivanja uzorka tla tijekom transporta do laboratorija Oznake s tijela valjka i podaci o mjestu vađenja (neizgaženo tlo lijevi ili desni kolotrag broj prolaska skidera broj vlake) upisuju se u terenski manual Prilikom uzimanja uzoraka valjci su utiskivani usporedno s površinom tla na dubini od 15 cm Nakon prolaska skidera vađeno je nekoliko valjaka iz lijevog i desnog kolotraga skidera Pri svakom turnusu je također vađeno nekoliko valjaka na neizgaženom tlu u cilju utvrđivanja dnevnih promjena vodno-fizičkih svojstava tla

S obzirom na veliku neujednačenost tla važno je uzeti veći broj uzoraka a kao minimalna količina repeticija preporuča se vađenje pet valjaka u istim uvjetima (Anon1971) S druge strane u ovom istraživanju je vrlo teško ostvariti dovoljan broj uzoraka jer bi se navedenim brojem uzimanja valjaka kopanjem narušila struktura tla šumskih vlaka što bi utjecalo na pogrešno utvrđivanje odnosa kotača i tla

Analize uzoraka tla provedene su u Pedološkom laboratoriju Zavoda za uzgajanje šuma Šumarskoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu u skladu sa Priručnikom za pedološka istraživanja (Škorić 1982) Iz uzoraka tla u nenarušenom stanju laboratorijskim su analizama utvrđena sljedeća vodno-fizička svojstava

Prirodna gustoća tla ρb = (mS V) gcm3

(69)

Određivanje prirodne gustoće tla vrši se tako da se masa suhoga tla podijeli s volumenom koje tlo ima u prirodnom stanju tj tlo iz Kopeckijevoga valjka stavlja se u sušionik te se suši na 105˚C do konstantne mase Masa osušenoga tla (mS) stavlja se u omjer s volumenom valjka (V)

Gustoća čvrste faze tla ρp gcm3

(70)

Ova gustoća određuje se na način da se masa potpuno suhoga tla podijeli s volumenom koji zaprema neporozna masa čvrstih čestica tla koja se određuje na principu tekućine koju istisnu čvrste čestice tla iz napunjene baždarene posude (piknometra) Poznavanje vrijednosti prirodne gustoće tla i gustoće čvrste faze tla omogućuje izračunavanje poroziteta tla

Porozitet tla Φ = [1 ndash (ρb ρp)] vol (71)

Porozitet tla je suma svih šupljina tla ispunjenih vodom i zrakom a izračunava se pomoću prirodne gustoće tla (ρb) i gustoće čvrste faze tla (ρp) Tla mogu biti vrlo malo porozna (lt30 ) malo porozna (30 - 45 ) porozna (45 - 60 ) i vrlo porozna (gt 60 )

65

Trenutna vlaga tla θV0 = [(mW ndash mS) V)] 100 vol (72)

Trenutna vlaga tla predstavlja razliku u masi prirodno vlažnog tla (mW) i osušenoga tla na 105˚C do konstantne mase (mS) koja je svedena na obujam uzorka ndash valjka (V)

Retencijski kapacitet tla za vodu θVS = [(∆mW + mW ndash mS) V] 100 vol (73)

Predstavlja sposobnost tla da drži vodu molekularnom adhezijom hidratacijskim i kapilarnim silama i površinskom napetošću Određivanje retencijskog kapaciteta se vrši na način da se Kopeckijev valjak postavi u posudu na stalak pokriven filter papirom čiji rubovi poniru u vodu Na taj način uzorak tla u valjku upija vodu preko filtar papira Kada se tlo na površini valjka orosi znači da se zasitilo s vodom do retencijskoga kapaciteta Valjak se skida sa stalka ostavlja desetak minuta na filtar papiru da se suvišna vlaga odstrani te se nakon toga obriše i važe Potom se valjak stavlja u sušionik i suši na 105˚C do konstantne mase Retencijski kapacitet tla za vodu izračunava se iz razlike mase navlaženoga tla do retencijskoga kapaciteta (∆mW + mW) i mase suhoga tla (mS) svedene na volumen valjka (V) S obzirom na rezultat retencijski kapacitet tla za vodu može biti vrlo malen (lt 25 ) malen (25 - 35 ) srednji (35 -45 ) velik (45 - 60 ) i vrlo velik (gt 60 )

Kapacitet tla za zrak Φa = Φ ndash θVS vol (74)

Kapacitet tla za zrak je udjel pora tla koje ispunjava zrak u trenutku zasićenja tla do njegovog retencijskog kapaciteta za vodu a izračunava se iz razlike poroziteta tla i retencijskoga kapaciteta tla za vodu Kapacitet tla za vodu se izražava kao vrlo malen (lt 5 ) malen (5 - 10 ) srednji (10 -15 ) velik (15 - 20 ) i vrlo velik (gt 20 )

344 Prodirna značajka tla

Za mjerenje prodirne značajke tla rabljen je digitalni penetrometar Eijkelkamp čije osnovne sastavnice prikazuje slika 60 penetrologger- mjerni uređaj (1) dinamometar (2) čelični nastavci (3) konus (4) referentna ploča (5) te PC konektor (6) Načelo rada ovog penetrometra zasniva se na dinamometarskoj izmjeri primjenjene sile na rukohvatu uređaja kojim se konus poznatih dimenzija utiskuje u tlo Tijekom utiskivanja konusa u tlo ultrazvučni senzor penetrologgera mjeri dubinu prodiranja na osnovi odbijenih valova od referentne ploče (predstavlja površinu tla) s preciznošću od 1 cm Mjerni raspon dinamometra iznosi od 0 do 1 kN s preciznošću izmjere od 1 N Pri samom mjerenju računalo penetrometra zapisuje u njegovu internu memoriju parove izmjerenih podataka tj vrijednosti sile (tlak) i pomaka (dubina prodiranja) pomoću računalnog programa (data acquisition) u ASCII kodu Set penetrometra opremljen je s deset mjernih konusa različitih površina i vršnog kuta (30deg i 60deg) čime je omogućen širok raspon primjene ovog uređaja

Pomoću računalne aplikacije Eijkelkamp PenetroViewer (slika 62) ostvaruje se veza između digitalnog penetrometra i osobnog računala (COM port) kojom je omogućeno programiranje plana istraživanja (odabir veličine i vršnog kuta konusa brzine prodiranja konusa u tlo kao i broj repeticija mjerenja) odnosno vrši prijenos izmjerenih podataka Navedena aplikacija omugućuje i grafički pregled izmjerenih podataka te njihov prijenos iz ASCII koda u format koji koriste standardni tablični kalkulatori (txt csv xls) i statistički paketi Tijekom terenskih istraživanja korišten je konus s površinom presjeka 2 cm2 i vršnim kutem 30deg koji se utiskivao u tlo brzinom 1 cmsec U turnusu je izvođeno po 10 utiskivanja konusa u lijevom desnom kolotragu i na neizgaženom tlu (slika 61)

Slika 60 Eijkelkamp penetrometar

66

Slika 61 Mjerenje penetrometrom Eijkelkamp Slika 62 Aplikacija PenetroViewer ver 424

Uslijed nehomogenosti strukture tla Ronai (1983) i Horvat(1993A 1994A) primjećuju veliko rasipanje podataka između repeticija izmjere prodirnih značajki

Horvat (1994B 1995 1996A 1996B) navodi da se istraživanje ovisnosti otpora tla prodiranju konusa o dubini prodiranja regresijskom analizom može raditi sa srednjim vrijednostima otpora za pojedinu dubinu prodiranja iz ponovljenih mjerenja jednako dobro kao i sa svim podacima Isti autor u citiranim radovima za izjednačavanje podataka koristi eksponencijalni korelacijski oblik p = A sdot (BZ ndash 1) + C za koji navodi da karakteristična točka u kojoj se sijeku vodoravna asimptota i tangenta krivulje iz vrijednosti C može poslužiti za brojčano određenje i ocjenu prodirne značajke tla (slika 63)

345 Posmična čvrstoća tla

Krilna sonda je uređaj koji se sastoji od mjernog krila pričvršćenog na šipku na kojoj se nalazi moment metar naprava kojom se mjeri moment potreban da se okrene krilo u trenutku savladavanja čvrstoće na smicanje uzduž plašta valjka opisanog oko krila (Nonveiller 1979)

Mjerna krila predstavljaju dvije metalne ploče visine (H) i širine (B) međusobno poprečno pričvršćene na metalnu šipku (slika 64)

Krila sonde utiskuju se u tlo do željene dubine mjerenja Okretanjem krila tlo se lomi po plaštu valjka kojemu je promjer jednak širini krila Iz jednakosti momenta torzije (MT) i momenta otpora tla na smicanje na plaštu i bazi valjka kojeg stvaraju krila pri okretanju dobiva se čvrstoća smicanja tla

rArrsdotsdotsdotsdotsdot+sdotsdotsdotsdot= 23

2

22

2

2

TBBB

HBM πτπτ (75)

+sdotsdotπ

sdot=τ

3

2

2

T

BHB

M (76)

Otpor tla na smicanje (posmična čvrstoća) mjeren je krilnom sondom (Eijkelkamp ndash Field inspection Vane tester) Dimenzije krila sonde su 16 mm x 32 mm a mjerno područje ovog instrumenta je u rasponu od 0 do 260 kPa s točnošću očitanja mjernog rezultata od 4 kPa

Slika 63 Izjednačenje podataka prodirne značajke tla

Slika 64 Krilna sonda

67

Mjerni rezultat ovog instrumenta odnosi se na otpor pri smicanju tla u trenutku njegovog sloma Krilnom sondom su izvršena mjerenja u površinskom sloju tla i na dubini od 15 cm i to po 10 mjerenja u lijevom i desnom kolotragu te na nezgaženom tlu u svakom vučnom pokusu

346 Širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga

Za deformacije tla koje nastaju uslijed kretanja vozila po šumskom bespuću ne postoje standardizirane metode izmjere već se u literaturi opisuju kroz širinu gaženog traga dubinu kolotraga ili površinu presjeka gaženog profila tla

Kolotrag kotača vozila Saarilahti (2002A) definira kao površinsku deformaciju tla (ulegnuće) dublje od 10 cm i dulje od 05 m koje je nastalo uslijed sloma i sabijanja tla kretanjem vozila Pod razinom površine tla podrazumijeva dno sloja šumskog listinca ili mahovine Isti autor za prikupljanje podataka o dubini kolotraga na terenu preporuča uzimanje sistematskog uzorka na osnovi kvadratne mreže čija gustoća čvorova (grid) ovisi o željenom intenzitetu izmjereZa izmjeru na terenu koristi se tzv nultom točkom uzorka koja predstavlja čvor položene zamišljene mreže a samu izmjeru vrši na kolotragu koji mu je najbliži Pri tome od nulte točke kolotraga u uzdužnom smjeru vlake sa svake strane na duljini od 15 m mjeri dubinu deformacije tla Samu dubinu kolotraga raščlanjuje u dva razreda prihvatljivu (lt 10 cm) i neprihvatljivu (gt 10 cm) Zadano ograničenje dubine kolotraga (10 cm) zasniva se na procjeni kakvoće izvođenja radova ali i preporukama istraživača (Owende i dr 2002)

Za operativnu procjenu kakvoće izvođenja privlačenja drva Saarilahti (2002I) preporučuje prihvatljivu prosječnu dubinu kolotraga kao onu koja ne prelazi dubinu od 10 cm na više od 10 ukupne duljine cjelokupnoga gaženja tla sječne jedinice

Meek (1996) te Nugent i dr (2001) mjere značajke kolotraga (dubina širina gaženja) prema metodici prikazanoj na slici 65 Košir (2002) navodi da širina gaženja tla pri privlačenju drva ovisi o širini primjenjenoga vozila Usljed višekratnog prolaska vozila isti autor utvrđuje povećanje širine gaženja tla za 05 m sa svake strane vozila

Tijekom istraživanja širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga mjerili su se pomoću geodetske letve duljine 5 m položene na usidrene oslonce nakon svakog prolaska skidera (slika 66) Na svakoj vlaci su određena dva mjesta izmjere dubine kolotraga

Slika 65 Postupak izmjere kolotraga

Slika 66 Mjerenje dubine kolotraga na terenu

68

35 Statistička obrada podataka mjerenja

Terenski podaci mjerenja na tlu prenijeti su iz snimačkih listova u računalne datoteke radi lakše dostupnosti pri obradi podataka Obradom snimljenih podataka obuhvaćeni su kontrola i odabir podataka njihovo razvrstavanje kao i izračunavanje traženih parametara

Obrada podataka provedena je po sljedećem redoslijedu

rArr unošenje snimljenih podataka u računalo i stvaranje datoteka podataka za daljnju obradu

rArr određivanje zahtjeva s obzirom na cilj i razinu pojedinih obrada

rArr izbor metoda analize ili funkcija izjednačenja

rArr izračunavanje traženih parametara

rArr testiranje i analiza rezultata

rArr oblikovanje izlaza

Za opis temeljnih značajki skupova promatranih podataka (neovisne varijable) korištene su metode deskriptivne statistike gdje su izračunate različite mjere središnje tendencije rasipanja mjernih podataka a kao najpovoljnije odabrane su medijan i aritmetička sredina sa standardnom devijacijom kao mjerom rasipanja te vrijednosti Za aritmetičku sredinu kao srednju vrijednosti opažanih podataka postavljen je uvjet da preciznost smije biti maksimalno plusmn005 uz 95 vjerovatnosti Međutim Hitrec (1996) navodi teškoće u pridržavanju takvog uvjeta zbog jako velikog potrebnog uzorka kako bi se dobila potrebna preciznost i zadovoljavajuća pouzdanost što dovodi do predugog trajanja vremena pokusa i njegovog poskupljivanja

Pomoću testa razlike (Studentov t ndash test) provedeno je zaključivanje o značajnosti razlika među izračunatim srednjim vrijednostima opažanja (aritmetičkim sredinama) Na osnovi nulhipoteze pretpostavljeno je da su razlike između dviju sredina opažanja rezultat slučajne varijabilnosti vrijednosti u uzorcima te da između odgovarajućih sredina takve razlike nema Razlike između sredina dijeljene su sa standardnom pogreškom a zatim je kvocijent uspoređen s iznosom od 196 standardne pogreške Tamo gdje je kvocijent veći odbacujemo nulhipotezu a ako je manji smatramo da razlika između sredina nije značajna na 5 -tnoj razini signifikatnosti (Pavlić 1985)

Za testiranje značajnosti razlika prosječnih vrijednosti više skupova podataka (više od dva) istog mjernog parametra korištena je jednostruka analiza varijance (ANOVA) koja predstavlja postupak kojim se ukupna varijabilnost rastavlja na varijabilnost između prosječnih vrijednosti grupa opažanja i na varijabilnost unutar grupa opažanja (Serdar i Šošić 1981) Tim postupkom ova metoda odgovara na pitanje je li značajnija varijabilnost između srednjih vrijednosti grupa ili varijabilnost unutar pojedinih grupa podataka (Vasilj 2000)

Metode statističke analize vremenskih nizova korištene su za opis promjena fizičko-mehaničkih i vodno-fizičkih značajki šumskog tla koje su posljedica višekratnog prolaska forvardera Pri tome su korištena dva individualna indeksa kojima se iskazala dinamika sabijanja tla Indeks sa stalnom bazom iskazuje razinu promjene u odnosu na neku odabranu vrijednost (neizgaženo tlo) Lančani (verižni) indeks korišten je za prikaz promjene praćenih parametara tla u odnosu na svaki ponovni prolazak vozila po šumskom tlu

Za istraživanje mogućih stohastičkih ovisnosti između zadovoljavajuće koreliranih varijabli korištena je regresijska analiza Odabir krivulje izjednačenja vršen je na osnovi slijedećih parametara koeficijenta (determinacije) korelacije (R) standardne devijacije zavisne varijable oko linije izjednačenja (sYX) te t-varijable (tStat) i vjerovatnosti greške prve vrste (P-value) regresijskih koeficjenata (Serdar i Šošić 1981 Kachigan 1991) Za utvrđivanje jakosti veze između izjednačenih nezavisnih i zavisnih varijabli korištena je Roumlmer-Orphal-ova skala (Kump i dr 1970)

Slika 67 Roumlmer-Orphal-ova raspodjela

Matematičko ndash statistička obrada podataka obavljena je uz pomoć osobnog računala primjenom programskih paketa Microsoft Excel 97 i Sta Soft Statistica 50

69

Za izjednačavanje ovisnosti parova podataka koji porastom nezavisne varijable pokazuju da podaci zavisne varijable imaju asimptotski trend porasta korišten je eksponencijalni regresijski računalni program REGEXE primarno razvijen za istraživanja krivulja klizanja kotača vozila (Hitrec i Horvat 1987) Navedeni računalni program čvrstoću veza odabranih regresijskih modela prikazuje pomoću tri parametra r ndash koeficijenta korelacije R ndash indeksa korelacije i R gt ndash testiranja indeksa korelacije temeljem broja opažanja

Utvrđivanje razlika u stupnju sabijenosti tla višekratnim prolaskom skidera je izvršeno usporedbom površina ispod krivulja izjednačenja prodirnih značajki Poznavajući oblik i koeficijente jednadžbi izjednačenja metodom određenih integrala izračunate su površina ispod krivulja

48

33 Mjerenje mehaničkih veličina

U cilju određivanja dinamičkog opterećenja skidera pri privlačenju drva te njegove vučne značajke potrebno je izvršiti mjerenje nekih mehaničkih veličina U istraživanju su odabrane osnovne mehaničke veličine koje se mogu svesti u tri osnovne grupe

bull mjerenje sila

bull mjerenje zakretnih momenata

bull mjerenje pomaka

Osnovna metoda mjerenja mehaničkih veličina je tenzometrija Heidl i Husnjak (1992) tenzometriju opisuju kao metodu mehanike kojom se na konstrukciji ili modelu određuje duljinska deformacija da bi se odredila naprezanja na površini konstrukcije Pri tome se upotrebljavaju mjerni pretvornici na osnovi promjenjivog električnog otpora do kojeg dolazi promjenom njegove duljine (tzv elektrootporna mjerna traka ili strain gauge) Ovom metodom je omogućeno električno mjerenje neelektričnih veličina Krulc (1969) navodi da takva mjerenja imaju prednosti pred mehaničkim i drugim mjerenjima zbog

bull mogućnosti daljinskog prijenosa rezultata mjerenja

bull velike prilagodljivosti

bull velike točnosti i osjetljivosti

bull mogućnosti jednostavnog i velikog povećanja mjerene veličine

bull visoke frekvencije mjernih uređaja

bull mogućnosti višekratnog prikazivanja

bull zapisivanja i

bull spremanja rezultata mjerenja

Primjena tenzometrijske metode omogućuje mjerenja bez narušavanja konstrukcije vozila ali zahtijeva pretvorbu elemenata vozila u mjerila Za iskazivanje vrijednosti mjerene veličine u njenoj osnovnoj mjernoj jedinici potrebno je umjeravanje elemenata mjerila

Tenzometrijskom metodom koriste se Hassan i Gustafson (1983) s tvorničkim dinamometrima Sever (1980) također koristi ovu metodu pretvarajući tzv prepariranjem završne reduktore u kotačima skidera u mjerila momenata Istim načinom momente u završnim reduktorima skidera mjere i Sever (1987) i Horvat (1987) Hassan (1988) tvrdi da je takav način jedini zabilježen Horvat i dr (1991) ugrađuju u stražnje mostove adaptiranog poljoprivrednog traktora prstenasta mjerila zakretnog momenta s tenzometrima Horvat (1993A) također vrši pretvorbu dijelova forvardera za mjerenja zakretnih momenata na kotačima okretaja kotača i vratila tenzometrijskom metodom pomoću mjernih traka

Glavni nedostatak ove metode je smještaj mjernih pojačala te računala za prikupljanje i snimanje podataka te su navedeni autori za njihov smještaj koristili terensko laboratorijsko vozilo koje se kretalo uz ispitivano šumsko vozilo Na taj način su ograničeni uvjeti ispitivanja zbog potrebnog dovoljnog prostora za usporedno kretanje oba vozila kroz šumsku sastojinu

Tenzometrijsku metodu pri mjerenju zakretnih momenata u kotačima forvardera opisao je Marklund (1987) te Olsen i Waumlsterlund (1988) Umjesto klasičnog pojačanja mjernog signala u pojačalima oni koriste računala s AD pretvaračima u svakom kotaču forvardera koji prikupljaju podatke Povezani su s glavnim računalom u kabini forvardera koji u određenim vremenskim intervalima prikuplja i obrađuje podatke Kontrola mjernih rezultata i ispravnosti mjernih pretvornika je bila moguća tek nakon završetka mjerenja

Primjenom tenzometrijske metode prvenstveno u područjima konstrukcije aviona i čeličnih mostova došlo je do razvoja mjernog lanca u pravcu mogućnosti istovremenog snimanja velikog broja mjernih podataka i njihovog prijenosa daljinskim putem

Iz područja šumarstva primjenu daljinskog prijenosa podataka s mjernih pretvornika opisuje tek Pottie (1986) pri određivanju podizne sile hidrauličnih dizalica na kamionskim skupovima Zbog sličnosti s mjerenjima na šumskim vozilima napomenuti će se i primjena daljinskog prijenosa podataka na poljoprivrednim strojevima koju koriste Zajaczkowski (2000) pri mjerenju otpora kod

49

oranja tla poljoprivrednim traktorom i Laibe (2003) pri mjerenju naprezanja na radnim dijelovima stroja za baliranje sijena

Za izvođenje mjerenja tenzometrijskom metodom mehaničkih veličina skidera pri privlačenju drva korištena je mjerna oprema Laboratorija za mjerenje mehaničkih veličina šumarskih strojeva Šumarskog fakulteta u Zagrebu koja uključuje mjerne trake dinamometre pojačala računalni program proizvođača Hottinger Baldwin Messtechnik TELUB mjerne vage i opremu za daljinski prijenos podataka proizvođača ELPRO Technologies Pty

Teorijske osnove mjerenja mjernim traka postupak pripeme dijelova skidera u mjerne pretvornike kao i obrada mjernih rezultata će se detaljno prikazati u slijedećim poglavljima

331 Teorijske osnove mjerenja mehaničkih veličina električnim putem

Za razvoj metode mjerenja mehaničkih veličina električnim putem bitno je utjecalo poznavanje odnosa naprezanja u materijalu i njegove deformacije Robert Hooke je 1687 godine otkrio da kruto tijelo pod djelovanjem vlačne sile imaju tendenciju istezanja te ustanovio produljenje tijela uz točno određeni iznos sile Odnos između produljenja i duljine na kojoj je produljenje nastupilo naziva se relativno produljenje (ε)

L

L∆=ε (51)

Odnos između sile i presjeka na koji se ona raspoređuje naziva se naprezanjem i redovito označava oznakom σσσσ odnosno

A

F=σ (52)

Ovaj se pristup koristi kod određivanja čvrstoće materijala Obično se za tu svrhu izrađuju posebne epruvete određene površine presjeka (A) koje se u kidalici opterećuju silom F a smjerovi naprezanja epruveta mogu biti kako vlačni tako i tlačni Postupno povećavajući veličinu sile i istodobno mjereći odgovarajuće produljenje ili skraćenje ispitivane epruvete te računajući vrijednosti parova točaka σσσσ - εεεε odnos naprezanja i istezanja materijala prikazujemo dijagramom

Na dijagramu naprezanja materijala označene su točke najznačajnije za mjerenja mehaničkih veličina Oznake na slici 34 imaju sljedeća značenja

σσσσe - granica elastičnosti - prestankom naprezanja do ove granice materijal se vrati u prvobitne dimenzije a naprezanje veće od granice elastičnosti će uzrokovati trajnu deformaciju materijala

σσσσp - granica plastičnosti - iznad ove granice dolazi do naglog istezanja elementa koji se ispituje nakon čega dolazi do ponovnog očvrščenja materijala

σσσσm - čvrstoća materijala - najveće naprezanje koje materijal može izdržati do trenutka pojave prvih pukotina

σσσσl - prekidna čvrstoća - naprezanja u trenutku potpunog loma elementa koja su manje vrijednosti od same čvrstoće materijala jer se daljnje produljenje odvija pri manjim naprezanjima zbog smanjenja površine presjeka usljed sve većeg nastanka pukotina

Kako se vidi iz dijagrama na slici 34 do granice elastičnosti produljenje materijala odvija se po pravcu Nagib pravca prema apscisi određen je kutom φφφφ Prirast naprezanja po jedinici relativnog produljenja u stvari koeficijent nagiba pravca naziva se modulom elastičnosti ili Young-ovim modulom pa se može prikazati kao

E=φtg (53)

Slika 34 Dijagram naprezanja materijala

50

Stoga se u ovom području može napisati jednadžba pravca poznata i kao Hookov zakon oblika

σ εsdot= E (54)

Uslijed djelovanja vlačnih sila ne dolazi samo do produljenja opterećenog elementa već i do njegovog poprečnoga utezanja (kontrakcije) Isto tako djelovanjem tlačnih sila dolazi do istezanja (ekspanzije) širine elementa (slika 35) Poprečna se kontrakcija ili ekspanzija elementa označava obično sa εεεεt Mnoga su mjerenja pokazala da je do određene granice opterećenja promjena širine elementa srazmjerna uzdužnom istezanju te se taj odnos definira Poissonovim koeficijentom koeficijentom proporcionalnosti ν ili

ε t ε l = ν (55)

Njegova je vrijednost za većinu metala približno jednaka 03

Pojavu promjene otpora vodiča pod djelovanjem opterećenja je otkrio engleski fizičar Sir Charles Wheatstone 1843 godine te prikazao mogućnosti mjernog pretvornika na osnovi simetrično postavljena četiri otpornika Ovaj most po njemu i nosi naziv Wheatstoneov most mada ga je prvi odredio S H Chrislie još 1833 godine Opažanje koje je pred kraljevskim filozofskim društvom iznio lord Kelvin predstavlja prvi eksperiment s elektrootpornim mjernim trakama On je pomoću Wheatestoneovog mosta i galvanometra pokazao da se električni otpor bakarne i željezne žice mijenja njihovim produljenjem Thomson 1856 godine objavljuje prve radove o promjeni otpora vodiča pod djelovanjem opterećenja prema postavkama Wheatstone-a Tehnička primjenjivost njihovih istraživanja je krenula tek 30-ih godina prošlog stoljeća Razlog tome leži u činjenici da su zabilježene promjene otpora bile vrlo male Lord Kelvin i Thomson su koristili visoko osjetljive galvanometre koji su neprikladni za tehničku primjenu Razvoj elektronskih pojačala je ubrzao primjenu elektrootpornih mjernih traka

Godine 1938 Eduard Simons usavršava mjernu traku lijepljenjem žice od konstantana na papir Do istog rješenja dolazi iste godine i Arthur Claude Ruge s tom razlikom da je vrlo tanku žica postavio u zavojiti oblik te je zalijepio između dva papira Prednost njegove mjerne trake je što je bila vrlo tanka i lagana za postavljanje lijepljenjem na bilo koju površinu i omogućavala mjerenje na vrlo tankim i malim predmetima Oblik Ruge-ove mjerne trake se održao do današnjih dana ali s mnogim poboljšanjima kakvoće materijala i tehnologije izrade Masovnija proizvodnja mjernih traka počinje u Evropi poslije drugog svjetskoga rata

Osnovni dijelovi mjerne trake su nosiva podloga mjerna mreža i spojni vodovi a najvažnija značajka efektivna duljina mjerne mreže (slika 36) Mjerna traka mjeri aritmetičku sredinu naprezanja ispod mjerne mrežice Izbor efektivne duljine mjerne mrežice utjecat će na rezultate mjerenja Vrlo kratkom mjernom mrežicom mjere se vršne vrijednosti naprezanja u materijalu Dulja mjerna mrežica omogućit će mjerenje srednjih vrijednosti naprezanja u materijalu Promjeri žica od kojih se rade mjerne trake iznose od 002 do 004 mm Električni je otpor mjerne mreže standardiziran i iznosi 120 Ω ili 350 Ω kod mjernih traka za izradu dinamometara (Hoffmann 1989)

Slika 35 Prikaz odnosa utezanja i istezanja materijala

a - nosiva podloga b - mjerna mrežica c - priključni vodovi d - efektivna duljina mjerne mrežice

Slika 36 Dijelovi mjerne trake

51

Mjerne se trake proizvode u raznim oblicima koji su određeni područjem njihove primjene Najširu primjenu imaju metalne mjerne trake ali za potrebe preciznijih ili kompleksnijih mjerenja razvijene su poluvodičke piezoelektrične foto-elastične mjerne trake te mjerne trake za primjenu pri visokim temperaturama (gt 500 C) Mjerne trake mogu biti izrađene s jednom mrežicom dvije ili pak s tri mrežice Kod mjernih traka s dvije ili tri mrežice njihov se međusobni položaj nalazi pod kutem od 0deg 45deg 60deg 90deg ili 120deg Spajanjem više mjernih traka u liniju dobivamo mjerni lanac odnosno rozetu pri spajanju u kružni oblik Mjerni lanci i rozete su višenamjenske mjerne trake koje omogućavaju veću točnost izmjere naprezanja na većoj površini

Ranije je istaknuto svojstvo većine krutih materijala da u određenom području naprezanja pokazuju linearan odnos između sile i produljenja Pretpostavimo da smo na površinu tijela izrađenih od takvih materijala nalijepili elektrootpornu mjernu traku koja u potpunosti slijedi promjenu dimenzija uslijed naprezanja Neka je duljina vodiča na traci L a površina poprečnog presjeka CD2

gdje je C konstanta a D poprečna dimenzija Za okrugli presjek žice vrijedi C = π4 a D je promjer vodiča Kod pravokutnoga presjeka D je jedna stranica dok je C omjer druge i prve stranice Električni otpor takvoga vodiča može se pokazati relacijom

2DC

LR

sdot

sdot=

ρ (56)

gdje je ρ električni otpor materijala po jedinici duljine ili jednostavno jedinični otpor Prema ranije navedenom nakon opterećenja uzdužnom silom na svakoj će od gornjih veličina doći do promjene Derivira li se gornja jednadžba dobiva se slijedeći oblik

22

2 d2dd

)DC(

LLDC)LL(DCR

sdot

sdotsdotsdotsdotsdotminussdot+sdotsdotsdot=

ρρρ (57)

Podijeli li se jednadžba (57) s jednadžbom (56) dobiva se

LLLL

DD

LL

RR

d

d

d

d21

d

d ρρ+sdotminus= (58)

Lijeva strana jednadžbe (58) očito određuje relativnu promjenu otpora u ovisnosti o relativnom produljenju i u stvari predstavlja osjetljivost mjerne trake Ovaj se odnos uzima kao temeljna značajka mjernih traka Naziva se faktorom trake ili k - faktor Prvi član desne strane jednadžbe određuje ranije spomenuti Poissonov koeficijent ν Drugi član na desnoj strani jednadžbe je odnos relativne promjene jediničnog otpora i relativnog produljenja Ako se taj odnos prikaže oznakom m te uvrsti Poissonov koeficijent onda će jednadžba (58) poprimiti slijedeći oblik

mLL

RRk +sdot+== micro21

d

d (59)

Iz jednadžbe (59) proizlazi da je

R

R

k

∆sdot=

1ε (60)

Jednadžba (60) je temelj mjerenja pomoću elektrootpornih (tenzometrijskih) traka Pomoću nje je moguće izračunavanje produljenja vodiča na osnovi poznate vrijednosti k - faktora i izmjerene promjene električnoga otpora u odnosu na njegovu početnu vrijednost Ta se činjenica u jedinstvu s prethodno opisanim osobinama elastičnoga materijala zapravo koristi pri mjerenju mehaničkih veličina električnim putem

Većina kovina izloženih elastičnoj deformaciji ima približnu osjetljivost na deformaciju k=2 Međutim tek nekoliko njih ima stalnu vrijednost osjetljivosti u svom elastičnom i plastičnom području Danas se za izradu mjernih traka rabe razni materijali od kojih valja spomenuti

advance slitine (k=21)

karma slitine (k=21)

isoelastic slitine (k=36)

slitina No 479 (k=47) i druge

Izražene se vrijednosti k - faktora od strane proizvođača odnose na sobnu temperaturu okoline

52

Promjenom temperature mijenja se i k - faktor Kako je opće poznato zagrijavanjem materijala dolazi do njegovog termičkog istezanja Riječ je o relativnom temperaturnom istezanju materijala Stoga se uvodi tzv temperaturni koeficijent produljenja kao produljenje štapa jedinične duljine pri povišenju temperature za 1K odnosno

T

L

L ∆∆

sdot=1

α (61)

gdje je ∆T promjena temperature L duljina štapa a ∆L temperaturno produljenje

Na pouzdanost pri mjerenju značajno utječu i podloga na koju je mjerna traka nalijepljena ljepilo s kojim se zajedno s podlogom pričvršćuje na mjerno mjesto hrapavost podloge na koju se pričvršćuje i drugi utjecajni parametri Idealan materijal za izradu mrežica tenzometrijskih traka trebao bi posjedovati slijedeće karakteristike

što veću osjetljivost odnosno što veći k ndash faktor

veliki jedinični otpor

malu osjetljivost na temperaturne promjene

visoku granicu razvlačenja

visoku dinamičku izdržljivost

malu mehaničku histerezu

otpornost na koroziju i dr

Mjerenja pomoću elektrootpornih mjernih traka mogu se provoditi svim električnim mjernim mostovima koji se rabe i za mjerenje otpora Da bi se mjerenje provelo kvalitetno treba upotrijebiti mjerni most koji udovoljava slijedećim značajkama

valja postići linearnu karakteristiku između otpora R i signala na instrumentu

kada otpor R teži k nuli treba i odgovarajući odziv na pokaznom instrumentu težiti k nuli

valja postojati mogućnost pojačanja signala povećanjem napona napajanja mosta

mogućnost umjeravanja valja biti što jednostavnija

Gore navedenim zahtjevima najviše udovoljava Wheatestonov most Kako je ranije spomenuto i sasvim male promjene električnog otpora reda veličine tisućinke Ω koje se pojavljuju u mjernim trakama uslijed naprezanja te odgovarajućih istezanja moguće je pouzdano mjeriti pomoću Wheatestonovog mosta

Mjerni sustav se sastoji od mjernih traka povezanih u Wheatestoneov mjerni krug pojačala koji će predati ulazni napon mjernoj traci te primiti izlazni signal napona Postavljanjem mjerne trake na ispitni predmet naprezanja se u njemu prenose na mjernu traku što uzrokuje promjenu električnog otpora trake Promjenom otpora trake most gubi simetriju te dolazi do razlike između ulaznog i izlaznog napona

Osnovna izvedba Wheatestonovog mosta prikazana je na slici 37 na kojoj otpori prikazani u sva četiri mjerna kraka mosta mogu predstavljati elektrootpornu mjernu traku

Simboli koji će se rabiti u ovom poglavlju imaju slijedeća značenja

R - otpornik Ω

∆R - promjena otpora Ω

Uu - ulazni napon V

Ui - izlazni napon mosta V Slika 37 Shematski prikaz Wheatestonova mosta

53

Na početku ćemo pretpostaviti da su otpornici u svim krakovima mosta identični To znači da je most u ravnoteži (izbalansiran) Odatle slijedi da pad napona kroz otpornik R24 mora biti identičan padu napona kroz otpornik R23 Lako se može pokazati da je

13

23

14

24

R

R

R

R= (62)

Ovaj je odnos izuzetno bitan budući da upućuje na to da bilo koja promjena otpora na jednoj strani mosta može biti uravnotežena podešavanjem otpora na suprotnoj strani mosta Na osnovi gornje jednadžbe može se napisati

13

142324

R

RRR

sdot= (63)

Jednadžba ukazuje na to da se uz pouzdano poznavanje otpora R14 te uz pouzdano poznavanje odnosa dvaju otpora na drugoj strani mosta može isto tako pouzdano odrediti nepoznati otpor R24 Nadovezujući se na ovaj primjer može se pretpostaviti slučaj u kojem je nepoznati otpornik upravo naša mjerna traka pričvršćena na ispitivanom uzorku To znači da je most moguće umjeriti prije opterećivanja elementa Nakon uvođenja opterećenja most se može ponovno uravnotežiti podešavanjem odnosa dvaju otpornika R23R13 Ukoliko je poznata promjena odnosa moguće je odrediti razliku otpora mjerne trake prije i poslije opterećenja Ta je razlika bila izazvana relativnim produljenjem kao posljedicom djelovanja vanjskih sila Stoga se relativno produljenje može računati prema relaciji

kR

R

kR

R 1∆∆sdot=

sdot=ε (64)

Ranije je pokazano da je promjena otpora direktno srazmjerna relativnom istezanju tako da je odnos tih dviju veličina moguće veoma lako međusobno umjeriti Mnogo se pogodnija rješenja postižu onda kada se indikator izravno umjeri u vrijednostima relativnog istezanja To znači da se nakon uravnotežavanja mosta na početku mjerenja može očitavati svaku promjenu istezanja u mjerilu izravno na indikatoru

U slučajevima u kojima se pri mjerenjima koriste mjerna pojačala izravna su očitanja promjena naprezanja još mnogo jednostavnija Posebne pogodnosti imaju noviji sustavi za prikupljanje podataka koji preko analogno - digitalne konverzije mjernog signala omogućuju direktnu obradu rezultata mjerenja o čemu će kasnije biti više riječi

Za mjerenja se istodobno može koristiti jedna dvije ili četiri aktivne mjerne trake Ovisno o broju aktivnih mjernih traka razlika se potencijala određuje po slijedećim relacijama

Mjerni pretvornik sa samo jednom ugrađenom mjernom trakom u mjerni most još se naziva četvrt mosta Za četvrt most se može pokazati da vrijedi relacija

4

RR

E

V ∆= (65)

Uvrštavanjem vrijednosti iz relacije (59) u (65) te preuređenjem dobiva se izraz za relativno produljenje

kE

V

sdotsdot

=4

ε (66)

Shematski prikaz četvrt mosta vidi se na slici 38

Osnovna je značajka četvrt mosta samo jedna aktivna mjerna traka Preostala tri kraka mosta mogu činiti neaktivne ili fiktivne mjerne trake ili jednostavno obični otpornici Od posebnog je značaja relacija (66) koja pokazuje da postoji izravna veza između prisutnog relativnog istezanja i napona na dijagonali Ukoliko su poznati napon pobude mosta i k - faktor trake dovoljno je izmjeriti koliko iznosi napon dijagonale izvan

Slika 38 Izvedbe Wheatstoneovog mosta

54

ravnoteže da bi se odredila razina relativnog istezanja Prema nekim mišljenjima mjerni most sa samo jednom aktivnom mjernom trakom posjeduje samo približnu linearnost između promjene otpora i razlike potencijala na dijagonali Ta linearnost postoji samo pri relativno malim promjenama kao što je to slučaj kod žičanih mjernih traka

Mjerni pretvornik s dvije ugrađene mjerne trake naziva se polu most Za polu most je moguće lako dokazati slijedeće odnose

2

RR

E

V ∆= (67)

Mnoge se prednosti postižu uporabom dviju i više aktivnih mjernih traka koje su pod utjecajem promjena nakon što nastupi vanjsko opterećenje ispitivanog uzorka Budući da će kod uporabe dvije aktivne mjerne trake obje utjecati na promjenu električnoga otpora nakon pojave deformacije to će odmak od ravnoteže mosta biti veći To samo po sebi podrazumjeva znatno veću osjetljivost takvoga mosta Posebna je prednost takvih mjernih pretvornika i u tome što se utjecaj temperature pri kojoj se vrše mjerenja može potpuno zanemariti U mnogim će se slučajevima pored navedenog dobiti i značajno veća točnost pri mjerenjima

Mjerni pretvornik s četiri ugrađene mjerne trake naziva se puni most Kod punog mosta vrijedi slijedeći odnos

R

R

E

V ∆= (68)

Shematski se prikaz punog mosta vidi na slici 38 Upotrebom četiriju mjernih traka u mjernom pretvorniku još se više podiže njegova osjetljivost I kod punog mosta valja naglasiti da se utjecaj promijenjivih temperaturnih uvjeta na rezultate mjerenja u potpunosti može zanemariti U punom se mostu ravnoteža mora postići nekim dodatnim otpornicima Upotrebom punog mosta osjetljivost mjernog pretvornika u odnosu na četvrt mosta može se učetverostručiti

Poznavanjem osnovnih značajki mjerne trake s obzirom na objekt mjerenja uvjete mjerenja i potrebnu pouzdanost mjerenja vrši se odabir mjerne trake

Mjerne se trake obično učvršćuju lijepljenjem mada valja spomenuti da se u posebnim slučajevima i točkasto zavaruju Presudnim za uspjeh mjerenja smatra se izbor ljepila te način lijepljenja s obzirom na materijal i površinu mjernog mjesta U pripremi mjernog mjesta mora se obratiti pozornost na pravilno postavljanje i zaštitu mjerne trake kako bi odstranili moguće greške mjerenja Površina mjernog mjesta mora biti potpuno očišćena kako ostanak nečistoća ispod mjerne mrežice ne bi utjecao na točnost mjerenje i suha kako bi se onemogućila korozija trake Osim toga sama površina treba biti glatka bez najmanjih pukotina u materijalu koje bi utjecale na nepravilno prenošenje naprezanje s materijala na mjernu traku Zbog istog razloga sloj ljepila mora biti vrlo tanak ali dovoljan da omogući čvrsto prijanjanje mjerne trake na mjerno mjesto Odmah nakon pripreme mjernoga mjesta valja nalijepiti mjerne trake Postupak lijepljenja ilustriran je na slici 39

Pri povezivanju priključnih vodova mjernih traka lemljenjem pomoću vodiča također postoji opasnost oštećenja mjernih traka Na kraju mjerno mjesto je potrebno zaštiti od vanjskih utjecaja prvenstveno od vlage i mehaničkih oštećenja (slika 40)

Slika 39 Lijepljenje mjerne trake

Slika 40 Zaštita mjerne trake

55

332 Mjerila i mjerna oprema

Za mjerenje predviđenih značajki kretnosti skidera konstruirana su ili primjenjena mjerila za istovremeno određivanje 16 veličina Te veličine su

1 zakretni moment na prednjem desnom kotaču MPD (Nm)

2 zakretni moment na prednjem lijevom kotaču MPL (Nm)

3 zakretni moment na stražnjem desnom kotaču MSD (Nm)

4 zakretni moment na stražnjem lijevom kotaču MSL (Nm)

5 opterećenje na prednjem desnom kotaču GaPD (kN)

6 opterećenje na prednjem lijevom kotaču GaPL (kN)

7 opterećenje na stražnjem desnom kotaču GaSD (kN)

8 opterećenje na stražnjem lijevom kotaču GaSL (kN)

9 broj okretaja prednjeg desnog kotača nPD

10 broj okretaja prednjeg lijevog kotača nPL

11 broj okretaja stražnjeg desnog kotača nSD

12 broj okretaja stražnjeg lijevog kotača nSL

13 broj okretaja petog kotača n5K

14 horizontalna sastavnica sile u užetu H (kN)

15 vertikalna sastavnica sile u užetu V (kN)

16 vrijeme t (s)

Na osnovu podataka izmjere navedenih veličina može se izvršiti proračun potrebnih tehničkih značajki skidera pri privlačenju drva kao što su adhezijska težina skidera vučna i obodna sila faktori privlačenja bruto i neto vuče te kotrljanja dinamički polumjer kotača sila u užetu i kut nagiba užeta koeficijent raspodjele težine tovara brzina kretanja skidera klizanje kotača obodna i vučna snaga te snaga kotrljanja i korisnost kotača

Vertikalna opterećenja kotača predstavljaju masu odnosno težinu koju nose Mogu se odrediti na nekoliko načina proračunskim putem prilikom konstruiranja vozila vaganjem vozila (statički teret dobiven kao izvaga praznog i punog vozila) te kao stvarno opterećenje u radu - dinamička opterećenja (Sever i dr 1989)

Za mjerenje dinamičkih opterećenja na kotačima mjerne su trake postavljene odmah iza kotača na gornju stranu kućišta vratila koji izlazi iz diferencijala prema kotaču (završnom ili planetarnom reduktoru) Upotrebljene su mjerne trake oznake LY11-6120 što označava linearnu mjernu traku (L) nosive podloge od poliamida i mjerne mrežice od konstantana (Y) namijenjenom za postavljanje na čeličnim konstrukcijama (1) s jednom mjernom mrežicom duljine 6 mm i otpora 120 Ω Mjerne trake su kod svakog kotača postavljene u Wheatestone-ov polu-most pri čemu su dvije mjerne trake postavljene pod kutem od 90deg međusobno i s obzirom na uzdužnu i poprečnu os kućišta vratila (slika 42)

Mjerenje zakretnih momenata izvršeno je pomoću mjernih traka postavljenih na obodu kućišta završnih planetarnih reduktora Upotrebljene su mjerne trake oznake XY21-3120 što označava mjernu traku s nosivom podlogom od poliamida i mjerne mrežice od konstantana (Y) namijenjenom za postavljanje na čeličnim konstrukcijama (1) s dvije mjerne mrežice duljine 3 mm i otpora 120 Ω postavljene međusobno pod kutem od 90deg pri čemu je svaka mjerna mrežica otklonjena za 45deg od uzdužne osi mjerne trake (X) Za mjerenje su bile potrebne dvije mjerne trake koje su se postavile dijametralno suprotno na obodu kućišta završnog

Slika 41 Položaj mjernih traka pri mjerenju momenata

56

reduktora (slika 41) Točno postavljanje mjernih traka se izvršilo na osnovu mjerenja opsega oboda kućišta Mjerne trake su na svakom kotaču postavljene u Wheatestone-ov puni-most

Povezivanje je priključnih vodova mjernih traka izvršeno lemljenjem pomoću vodiča površine presjeka 015 mm2 do spojnog mjesta za svaki Wheatestoneov most Na spojnim mjestima su priključeni 4-žilni 15 pinski oklopljeni kablovi koje vode do pojačala

Zbog okretanja kotača bilo je potrebno postaviti klizni prijenosnik na svakom kotaču Nosači su kliznog prijenosnika učvršćeni na kućište završnog reduktora (slika 43) Klizni prijenosnik se sastoji od rotora kliznog prstena i kućišta Rotor je spojen s nosačem te se okreće zajedno s kotačem Na utičnicu rotora je doveden kabel sa spojnog mjesta Kućiste kliznog prijenosnika je učvršćeno elastičnim užetom na dodatnu konstrukciju koja je postavljenja iznad osovina skidera kako bi se omogućilo nesmetano okretanje kotača Signal se promjene otpora traka s utičnice na rotoru prenosi preko prstena i grafitnih četkica na utičnice na kućištu kliznog prijenosnika odakle kabel dalje vodi do pojačala

Dodatni prsten i grafitna četkica u kliznom prijenosniku su iskorišteni kao davači impulsa za određivanje broja okretaja kotača Ovaj postupak je opisao i primjenio Horvat (1993A) za istovremeno očitanje mjernog signala zakretnog momenta i broja okretaja vratila forvardera Od četiri klizna prijenosnika dva su imala prsten podijeljen na 10 segmenata tj za jedan puni okret kotača su bilježila 10 impulsa dok su ostala dva za jedan okret kotača bilježila jedan impuls Klizni prijenosnici s prstenom od 10 segmenata su postavljeni na prednji desni i stražnji lijevi kotač Raspon napona impulsa okreta kotača se kretao od 5 V do 9 V S druge utičnice na kućištu kliznog prijenosnika pomoću kabela se signal prenosio do pojačala S obzirom da je izlazni napon pojačala manji od raspona napona davača impulsa upotrebljeno je vanjsko napajanje pomoću 2 baterijska uloška napona 45 V

Stvarno prevaljeni put mjeren je pomoću slobodno kotrljajućeg petog kotača a njegova primjena je potrebna za određivanje brzine kretanja skidera i klizanja kotača usporedbom njegovog broja okretaja i broja okretaja pogonskih kotača Primjena petog kotača je dosta česta kod ispitivanja poljoprivrednih traktora a kod istraživanja specijalnih šumskih vozila koriste ga mnogi istraživači i može se smatrati najčešćim mjerilom puta (Hassan 1989) Isti autor (1988) opisuje optičko mjerilo puta razvijeno u NCSU za istraživanja skidera u eksploatacijskim uvjetima Sever (1980) kod istraživanja vučne značajke skidera te Horvat (1993A) kod istraživanja forvardera također koriste peti kotač

Peti kotač je zglobno učvršćen na prednju dasku skidera (slika 44) a duljina prevaljenog puta je određena na osnovu njegovog broja okretaja i izmjerenog opsega Na peti kotač je također bio postavljen klizni prijenosnik preko kojeg se na opisani način prenosio impuls promjene napona pomoću prstena s podjelom od 10 segmenata i grafitne četkice

Slika 42 Mjerno mjesto na kućištu osovine kotača

Slika 43 Prepariranje planetarnog reduktora

Slika 44 Peti kotač

57

Određivanje se horizontalne i vertikalne sastavnice sile u užetu pri privlačenju drva izvršilo pomoću dva vlačno-tlačna dinamometra HBM 50 kN i HBM 20 kN Dinamometri su međusobno spojeni pod kutem od 90deg stupnjeva te postavljeni na nosač zglobno učvršćen na mjestu vertikalnih valjaka vitla (slika 45) Sever (1980) navodi da je postavljanje dinamometara na nosač jedini mogući način da se istovremeno registriraju horizontalna i vertikalna sila u užetu u eksploatacijskim uvjetima Na spoju dinamometara je postavljen držač veznog užeta tovara Na taj način je omogućeno točno određivanje sastavnica sila te kuta nagiba užeta Dinamometri su se nalazili točno u horizontalnoj i vertikalnoj ravnini s obzirom na podlogu pri potpuno podignutoj zadnjoj prihvatno-zaštitno-sidrenoj dasci skidera upravo kakav je njen položaj pri privlačenju drva Nedostatak mjerenja vučnih sila dinamometrima pri privlačenju drva se ogleda u pojavi postranih bočnih sila uzrokovanih njihanjem tovara pri kretanju skidera koje vlačno-tlačni dinamometri ne mogu zabilježiti

Svi mjerni pretvornici (mjerne trake davači impulsa napona dinamometri) su spojeni s mjernim pojačalima HBM Spider 8 S obzirom na 15 mjerenih veličina upotrebljena su dva mjerna pojačala Spider 8 spojena u seriju od kojih svaki ima 8 ulaznih kanala SR55 (15-pinski kanali) Za napajanje pojačala je potreban napon od 12 V Prema mjernim pretvornicima šalju izlazni napon od 25 V te primaju povratni naponski signal s mjernih pretvornika i bilježe promjene napona do 2 mVV

Mjerna pojačala su smještena na postolje učvršćeno iza kabine skidera te zaštićeni od vlage i mehaničkih oštećenja

Daljinski prijenos podataka je omogućen primjenom radio modema ELPRO 805 U (ELPRO Technologies Pty Ltd) Radio modem je bio postavljen na samom skideru i spojen preko COM ulaza s mjernim pojačalom HBM Spider 8 primao analogno pojačane mjerne signale te ih odašiljao preko antene postavljene na krovu kabine skidera Drugi radio modem je primao mjerne signale te ih prenosio na terensko računalo

Računalnim programom Catman 40 (Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH) su bilježeni podaci mjerenja Navedeni računalni program je prvenstveno namijenjen mjerenju mehaničkih veličina električnim putem što se ogleda u nekim osnovnim karakteristikama

bull odabir različitih vrsta mjernih pojačala

bull provjera veze između mjernog pretvornika (mjerne trake dinamometra) i računala

bull unošenje mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull prikaz rezultata mjerenja mehaničkih veličina na osnovu primljenog signala i mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull određivanja tare i postavka mjernog pretvornika u nulto stanje

bull određivanje frekvencije očitanja signala s mjernog pretvornika

bull zapis proteklog vremena od pokretanja mjerenja do završetka prema frekvenciji očitanja

bull mogućnost istovremenog primanja mjernih podataka s 40 mjernih pretvornika (40 kanala)

bull snimanje do 10 000 mjernih rezultata po kanalu

bull grafičko i brojčano praćenje mjernih vrijednosti tijekom snimanja podataka

bull prenošenje snimljenih podataka u druge računalne programe (Microsoft Excell)

bull mogućnost matematičke obrade mjernih rezultata s jednog ili više kanala

bull mogućnost programiranja postupka mjerenja

Slika 45 Nosač s vlačno-tlačnim dinamometrima

58

U računalni program Catman 40 su po kanalima označeni mjerni pretvornici i unošene mjerne konstante dobivene umjeravanjem mjernih pretvornika Frekvencija očitanja ulaznog signala je podešena na 50 Hz po kanalu tj vrši se 50 očitanja mjernog rezultata u sekundi na svakom kanalu S obzirom na 15 korištenih kanala tijekom mjerenja te zapisa proteklog vremena mjerenja postignuto je 800 očitanja mjernih veličina u sekundi Rezulati mjerenja su spremani u datoteku Microsoft Excell gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjernja svake 150 sekunde

Programiranje je radio modema izvršeno programom Cfg_805UD Pomoću programa potrebno je odrediti slijedeće postavke na oba radio modema izbor komunikacijskog moda između uređaja adresiranje radio modema serijsku i radio frekvenciju prijenosa mjernog signala

Pri izbor komunikacijskog moda između uređaja odabran je transparentni mod koji omogućava komunikaciju u oba smjera Komunikacijom od skidera do računala omogućen je prijenos mjernih signala dok komunikacijom od računala prema skideru omogućena je provjera veze do mjernog pretvornika U slučaju oštećenja mjernog pretvornika spojnih kablova ili konektora te nepravilnosti električnog napajanja dijela mjernog lanca na skideru možemo odmah uočiti grešku pomoću računalnog programa Catman 40 Kontrolni mod omogućava jednosmjernu komunikaciju između radio modema i ne zadovoljava potrebe mjerenja

Adrese oba radio modema moraju biti postavljene na istu vrijednost jer samo uređaji s istim adresama mogu direktno međusobno komunicirati

Serijski se prijenos podataka ostvaruje između mjernog pojačala i radio modema te radio modema i računala

Radio frekvencija određuje frekvenciju prijenosa podataka između uređaja Zbog toga postavka radio frekvencije prijenosa podataka na oba uređaja mora biti istovjetna Od tri moguće postavke radio frekvencije (19 200 38 400 76 800 bits) izabrana je radio frekvencija od 38 400 bits

Slika 46 Shema mjernog lanca

Radio modemi su opremljeni spremišnim diskom (bufferom) od 2 KB Prijenos podataka počinje kad se napuni spremišni disk a isto tako veza između modema se prekida ukoliko se tijekom mjerenja spremišni disk potpuno isprazni sve do trenutka njegovog punjenja Zbog navedene značajke radio modema najpovoljnije je odabrati iste vrijednosti serijske i radio frekvencije u cilju kontinuiranog prijenosa podataka Pri tome je bilo potrebno uskladiti izlaznu frekvenciju mjernog

59

signala iz pojačala sa serijskom frekvencijom radio modema Mjerno pojačalo HBM Spider 8 se proizvodi s tvornički podešenom izlaznom frekvencijom mjernog signala od 9600 bits Ali pri tome dolazi do prekida veze između radio modema budući da je veća brzina slanja signala od brzine punjenja spremišnog diska od strane mjernog pojačala Povećanje izlazne frekvencije mjernog pojačala HBM Spider 8 izvršeno je direktnim povezivanjem s računalom unosom Hayes-ovih naredbi putem HyperTerminala

Veliki se dio mjerne opreme nalazi na skideru te je za napajanje električnom energijom mjernih pojačala i radio modema na krov kabine učvršćen prijenosni generator

Postavljanjem mjerne opreme nosača i pomoćnih konstrukcija i uređaja povećala se masa skidera (slika 47) Prije početka mjerenja bilo je potrebno odrediti masu opremljenog skidera i opterećenja na kotačima Rezultat mjerenja opterećenja na kotačima pri privlačenju drva je promjena težine na osnovu opterećenja praznog skidera na ravnoj podlozi Određivanje mase i opterećenja na kotačima praznog skidera je izvršeno s četiri vage švedskog proizvođača TELUB

U svakoj se vagi nalaze po četiri neovisna dinamometra namjenjena mjerenju tlačnih naprezanja Na svakom je dinamometru postavljeno po četiri aktivne mjerne trake što znači da je riječ o mjernim pretvornicima s mjernim trakama u punom mostu Mjerni su pretvornici spojeni tako da pojedinačno i zajednički registriraju svako vanjsko opterećenje Svaka je vaga granično opteretiva sa 90 kN Budući da se opterećenje ne mora simetrično rasporediti na sva četiri dinamometra u krajnosti je moguća i takva situacija u kojoj se svaki od tih tlačnih dinamometara može pojedinačno opteretiti s graničnom nosivošću čitave vage Sva četiri tlačna dinamometra na svakoj vagi pripremljena su kao puni mostovi Mjerni pretvornici kvadratnog presjeka postavljeni su u sva četiri kuta podnožja vaga a vijcima su pričvršćeni kako za podnožje vage tako i za njezin poklopac Shematski prikaz jednog od dinamometra dat je na slici 48

Sve su vage spojene s mjernim pojačalom HBM Spider 8 koji je direktno povezan s prijenosnim računalom te su pomoću računalnog programa Catman 40 naprijed opisanom metodom očitani rezultati mjerenja

Vagama su također izmjerene mase svih drvnih sortimenata koje smo koristili u vučnim pokusima

Otpor kotrljanja i nulto klizanje kotača na podlozi (šumskom tlu) na kojem se vrši ispitiavanje vučne značajke utvrđuje se prije početka testiranja povlačenjem traktora u praznom hodu i s položajem transmisije u neutralnom položaju te s dinamometrom pričvršćenim između traktora i vozila koje ga vuče (Hassan 1989) Pri tome je korišten vlačno-tlačni dinamometar HBM 100 kN direktno povezan preko mjernog pojačala HBM Spider 8 s računalom te sila vuče očitana računalnim programom Catman 40

Primjena opisane mjerne opreme kao i potrebitost mjerenja težine tovara i nagiba terena uvjetovala je ispitivanje u kontroliranim uvjetima Ispitivanje u stvarnim eksploatacijskim uvjetima je neizvedivo zbog pretvorbe dijelova skidera u mjerila Zbog postavljanja nosača dinamometara na valjke vitla onemogućen je rad vitla Vitlo je korišteno samo za pripremu i vezanje tovara a pri privlačenju tovar se držao na nosaču Također mjerna oprema je osjetljiva na vlagu (opasnost kondenzacije vlage u mjernim pojačalima konektorima opasnost od kratkog spoja u prijenosu električne struje vrlo malih napona u mjernom lancu) te se u pravilu ispitivanja ne vrše u uvjetima kišnih ili sniježnih oborina

Slika 47 Skider s postavljenom mjernom opremom

Slika 48 Shematski prikaz jednog od četiriju

dinamometara svake vage

60

333 Umjeravanje mjernih pretvornika

Umjeravanje mjernih pretvornika je postupak određivanja mjernih konstanti za točno očitanje rezultata mjerenja Mjerno pojačalo HBM Spider 8 bilježi promjene napona do 2mvV Na osnovu promjene napona u navedenom rasponu pomoću mjernih konstanti unesenih u računalni program Catman 40 za svaki mjerni pretvornik odredit će se točno očitanje signala

Postupak umjeravanja se sastoji od usporedbe ostvarene poznate veličine na mjernom pretvorniku i rezultat očitanja veličine preko mjernog lanca Promjenom mjerne konstante utječemo na rezultat očitanja sve dok se odnos ostvarene i mjerene vrijednosti ne izjednači

Umjeravanja su mjernih pretvornika na skideru obavljena na poligonu za ispitivanje poljoprivredne mehanizacije Poljoprivrednoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu Umjeravanje mjernih traka za mjerenje zakretnih momenta na kotačima postavljenih na završnim reduktorima skidera izvršeno je djelovanjem poznate sile na kraku od 1 m Poluga za opterećivanje je vijcima pričvršćena na vanjsku stranu naplatka kotača dignutoga u zrak Poluga je libelom postavljena u vodoravan položaj te je točno određen krak od 1 m od središta osovine kotača Na tom mjestu je vršeno vertikalno opterećivanje poluge silom koja se mjerila pomoću dinamometra HBM 50 kN (slika 49)

Podaci umjeravanja obrađeni su statističkim metodama s ciljem da se utvrdi ovisnost između ostvarenih i izmjerenih vrijednosti Za svaki kotač su izračunavane linearne regresije podataka umjeravanja kao i vrijednosti koeficijenata korelacije Linearno izjednačenje podataka umjeravanja pokazuju slike od 50 do 53 Na slikama su unesene određene mjerne konstante Sva umjeravanja imaju visoke koeficijente korelacije što znači da je korelacijska veza vrlo čvrsta

Umjeravanje mjernih traka za mjerenje opterećenja na kotačima obavljeno je na način da su kotači postupno opterećivani s utezima sve veće mase Primjenjeni su utezi s certifikatom umjerene masene vrijednosti dobiveni od strane Državnog zavoda za normizaciju i mjeriteljstvo Istodobno su očitavane vrijednosti pomoću TELUB vaga koje su postavljene ispod kotača skidera Podaci o umjeravanju regresijske jednadžbe izjednačavanja podataka s koeficijentima korelacije te mjerne konstante su prikazane na slikama od 54 do 57

Slika 50 Umjeravanje zakretnog momenta na prednjem

lijevom kotaču Slika 51 Umjeravanje zakretnog momenta na

prednjem desnom kotaču

Slika 49 Umjeravanje zakretnog momenta

61

Slika 52 Umjeravanje zakretnog momenta na stražnjem

lijevom kotaču Slika 53 Umjeravanje zakretnog momenta na

stražnjem desnom kotaču

Slika 54 Umjeravanje opterećenja na prednjem lijevom

kotaču Slika 55 Umjeravanje opterećenja na prednjem

desnom kotaču

Slika 56 Umjeravanje opterećenja na stražnjem lijevom

kotaču Slika 57 Umjeravanje opterećenja na stražnjem

desnom kotaču

62

TELUB vage su umjeravane ranije za potrebe istraživanja u okviru rada Laboratorija za mjerenje mehaničkih veličina šumarskih strojeva Šumarskog fakulteta u Zagrebu Mjerne konstante TELUB vaga su prikazane u tablici 10 Korišteni HBM dinamometri su imali tvorničke podatke o umjeravanju i mjernim konstantama koje su provjerene istim opisanim postupkom

Tablica 8 Mjerne konstante TELUB vaga i HBM dinamometara

Mjerna vrijednost

Promjena napona

Vaga 1 Vaga 2 Vaga 3 Vaga 4 Dinamometar 20 kN

Dinamometar 50 kN

Dinamometar 100 kN

mVV t t t t kN kN kN

0 0 0 0 0 0 0 0

2 13143 13268 13305 13118 20 50 100

334 Obrada podataka

Rezultati mjerenja svakog prolaska skidera šumskom vlakom su pohranjivani u datoteke Microsoft Excell-a gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjerenja svake 150 sekunde Isti postupak je izvršen pri mjerenju sile vuče praznog skidera drugim vozilom opterećenja na kotačima opremljenog skidera na ravnoj podlozi i vaganja drvnih sortimenata

Početak snimanja svakog turnusa je počinjao prije kretanja skidera vlakom kako bi se provjerila veza i uspostavio daljinski prijenos podataka Isto tako snimanje podataka se završavalo u trenutka zaustavljanja skidera na kraju vlake Zbog navedenog načina snimanja mjernih podataka u snimljenim datotekama je potrebno ustanoviti samo niz podataka za svaku veličinu koja se odnosi na kretanje skidera Ovaj postupak je izvršen na osnovu grafičkog prikaza mjernih podataka koji se uočljivo razlikuju od trenutka pokretanja do zaustavljanja skidera na osnovu računalnog zapisa vremena Za svaki turnus je određeno vremensko trajanje kretanja skidera s točnošću 002 sekunde i u tom vremenskom intervalu su određene mjere središnje tendencije rasipanja podataka metodama deskriptivne statistike broj opažanja aritmetička sredina i standardna devijacija

Rezultati mjerenja broja okretaja pogonskih kotača i petog kotača predstavljaju niz promjena napona između vrijednosti 5 V i 9 V te su obrađeni pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i Datoteka navedenog računalnog programa je podešena da unosom niza promjena napona zabilježenog na kotaču i frekvencije očitanja mjernih podataka (50 Hz) broj impulsa po jednom okretu kotača prikaže kao ukupan broj okretaja kotača (n) i frekvenciju vrtnje kotača u vremenskim intervalima (slika 58) Ova analiza je izvršena za sve kotače i turnuse u vučnim pokusima

Slika 58 Prikaz obrade podataka pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i

63

34 Mjerenja na tlu

Istraživanja na tlu obuhvatila su kopanje pedoloških profila uzimanje uzoraka tla u narušenom i nenarušenom (prirodnom) stanju mjerenje prodirne značajke tla mjerenje otpora tla na smicanje te mjerenja dubine kolotraga

Informacije o osnovnim značajkama šumskog tla na mjestu istraživanja prikupljene su otvaranjem pedološkog profila i uzimanjem uzoraka tla u narušenom stanju

Mjerenjem prodirne značajke tla i otpora tla na smicanje te uzimanjem uzoraka tla na neizgaženom tlu i tlu na vlakama ovisno o broju prolazaka skidera utvrdila bi se razina oštećenosti šumskoga tla uslijed privlačenja drva

Uzimanje bi se uzoraka tla u nenarušenom stanju također provelo na neizgaženom tlu u tlu vlake a rezultati vodno-fizičkih svojstva tla dobiveni laboratorijskom analizom uzoraka tla također bi bili upotrebljeni za procjenu utjecaja prolaska skidera na oštećenja tla

Istim metodama oštećenja tla prolaskom skidera su utvrđivali Vranković i Pernar (1993) Meek (1996) i Mathies i dr (2003) Seixas i dr (2003)

341 Vrsta tla i sklop horizonata

Analizom pedoloških profila (pedoloških jama) utvrđuju se vrsta i tip tla te sklop njegovih horizonata

Sklop profila čine horizonti njihov broj izraženost debljina te prijelaz jednog horizonta u drugi Horizont je sloj tla sa značajkama koje su rezultat pedogenetskih čimbenika Osim utvđivanja vrste i tipa tla te dubine rasprostiranja pojedinih horizonata na pedološkom profilu vađeni su i Kopeckijevi valjci radi dobivanja spoznaja o gustoći tla i strukturi poroziteta svakog pojedinog horizonta

Pedološki profil je otvoren (kopan) prema dimenzijama na slici 59 Prilikom određivanja njegovoga položaja smještan je ispod vanjskih dijelova krošanja dubećih stabala te su izbjegavana mjesta gdje su u prošlosti prolazile stare vlake s ciljem dobivanja što reprezentativnijeg podatka

342 Uzorci tla u narušenom stanju

Iz uzoraka tla u narušenom (prirodno poremećenom) stanju laboratorijskim analizama mjere se i izračunavaju vodno-fizička svojstva tla zasnovana na masi uzorka Svrha uzimanja ove vrste uzoraka na terenu je određivanje granulometrijskoga sastava tla

Laboratorijske (direktne) metode određivanje granulometrijskoga sastava tla obuhvaćaju sušenje uzorka odvajanje skeleta usitnjavanje i prosijavanje tla preko sita s rupicama promjera 2 mm kako bi se odvojilo sitno tlo (sitnica) Nakon prve faze rada slijedi priprema sitnice za mehaničku analizu prema jednoj od propisanih metoda čija je svrha odvajanje povezanih čestica pijeska praha i gline te spriječavanje njihove ponovne koagulacije uslijed dijelovanja čestica gline U šumarskoj i poljoprivrednoj pedologiji ova faza rada najčešće se izvodi kuhanjem uzorka tla nakon čega se on prebacuje u valjke za sedimentaciju a zatim se vrši određivanje postotnoga sadržaja pojedinih frakcija pipet metodom (Škorić 1986) Pipet metoda se zasniva na poznatoj brzini padanja pojedinih čestica u suspenziji Na osnovi toga se pipetiranjem s određene dubine u valjku nakon točno određenoga vremena odpipetiraju čestice gline čestice praha i gline a krupni i sitni pijesak dobiju se računskim putem

Slika 59 Položaj i dimenzije pedološkog profila

64

Kemijske analize uzoraka tla provedene su po ovim postupcima

minus reakcija tla izmjerena je elektrometrijski kombiniranom elektrodom u suspenziji tla u vodi odnosno u 001 M CaCl2 u odnosu 125 Za mjerenje je korišten laboratorijski mikroprocesorski pH metar oznake MA 5736 točnosti plusmn 001 pH tvrtke Metrel

minus sadržaj humusa određen je bikromatnom metodom po Tjurinu

minus sadržaj ukupnog dušika određen je spaljivanjem po postupku Kjeldahla i destilacijom po Bremneru

343 Uzorci tla u nenarušenom stanju

Svrha uzimanja uzoraka tla u prirodnom stanju je utvrđivanje vodno-fizičkih svojstava tla zasnovanih na volumenu uzorka

Uzorak tla u nenarušenom stanju uziman je pomoću Kopeckijevog valjka zapremine 100 cm3 (visina 44 cm promjer 55 cm) Sam valjak sastoji se od tijela valjka koje je na jednom kraju zabrušen radi lakšeg utiskivanja u tlo metalne mrežice te dva poklopca Valjci moraju biti označeni s istim oznakama na tijelu valjka i poklopcima Prije izlaska na teren pomičnim je mjerilom provjereno odstupaju li dimenzije valjaka od normiranih vrijednosti Da bi se valjak lakše utisnuo u tlo koristi se metalni nastavak za valjke te drveni ili gumeni bat Nakon utiskivanja valjka u tlo skida se nastavak i lopatom se isijeca tlo oko valjka kako bi se on lakše oslobodio od okolnoga tla

Ovako izvađen valjak najčešće ima višak tla s gornje i donje strane koje je potrebno obrezati oštrim nožem da površina tla bude u visini rubova valjka Nakon stavljanja metalne mrežice i oba poklopca valjak je zamatan u najlon te odlagan u putni hladnjak radi sprečavanja isušivanja uzorka tla tijekom transporta do laboratorija Oznake s tijela valjka i podaci o mjestu vađenja (neizgaženo tlo lijevi ili desni kolotrag broj prolaska skidera broj vlake) upisuju se u terenski manual Prilikom uzimanja uzoraka valjci su utiskivani usporedno s površinom tla na dubini od 15 cm Nakon prolaska skidera vađeno je nekoliko valjaka iz lijevog i desnog kolotraga skidera Pri svakom turnusu je također vađeno nekoliko valjaka na neizgaženom tlu u cilju utvrđivanja dnevnih promjena vodno-fizičkih svojstava tla

S obzirom na veliku neujednačenost tla važno je uzeti veći broj uzoraka a kao minimalna količina repeticija preporuča se vađenje pet valjaka u istim uvjetima (Anon1971) S druge strane u ovom istraživanju je vrlo teško ostvariti dovoljan broj uzoraka jer bi se navedenim brojem uzimanja valjaka kopanjem narušila struktura tla šumskih vlaka što bi utjecalo na pogrešno utvrđivanje odnosa kotača i tla

Analize uzoraka tla provedene su u Pedološkom laboratoriju Zavoda za uzgajanje šuma Šumarskoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu u skladu sa Priručnikom za pedološka istraživanja (Škorić 1982) Iz uzoraka tla u nenarušenom stanju laboratorijskim su analizama utvrđena sljedeća vodno-fizička svojstava

Prirodna gustoća tla ρb = (mS V) gcm3

(69)

Određivanje prirodne gustoće tla vrši se tako da se masa suhoga tla podijeli s volumenom koje tlo ima u prirodnom stanju tj tlo iz Kopeckijevoga valjka stavlja se u sušionik te se suši na 105˚C do konstantne mase Masa osušenoga tla (mS) stavlja se u omjer s volumenom valjka (V)

Gustoća čvrste faze tla ρp gcm3

(70)

Ova gustoća određuje se na način da se masa potpuno suhoga tla podijeli s volumenom koji zaprema neporozna masa čvrstih čestica tla koja se određuje na principu tekućine koju istisnu čvrste čestice tla iz napunjene baždarene posude (piknometra) Poznavanje vrijednosti prirodne gustoće tla i gustoće čvrste faze tla omogućuje izračunavanje poroziteta tla

Porozitet tla Φ = [1 ndash (ρb ρp)] vol (71)

Porozitet tla je suma svih šupljina tla ispunjenih vodom i zrakom a izračunava se pomoću prirodne gustoće tla (ρb) i gustoće čvrste faze tla (ρp) Tla mogu biti vrlo malo porozna (lt30 ) malo porozna (30 - 45 ) porozna (45 - 60 ) i vrlo porozna (gt 60 )

65

Trenutna vlaga tla θV0 = [(mW ndash mS) V)] 100 vol (72)

Trenutna vlaga tla predstavlja razliku u masi prirodno vlažnog tla (mW) i osušenoga tla na 105˚C do konstantne mase (mS) koja je svedena na obujam uzorka ndash valjka (V)

Retencijski kapacitet tla za vodu θVS = [(∆mW + mW ndash mS) V] 100 vol (73)

Predstavlja sposobnost tla da drži vodu molekularnom adhezijom hidratacijskim i kapilarnim silama i površinskom napetošću Određivanje retencijskog kapaciteta se vrši na način da se Kopeckijev valjak postavi u posudu na stalak pokriven filter papirom čiji rubovi poniru u vodu Na taj način uzorak tla u valjku upija vodu preko filtar papira Kada se tlo na površini valjka orosi znači da se zasitilo s vodom do retencijskoga kapaciteta Valjak se skida sa stalka ostavlja desetak minuta na filtar papiru da se suvišna vlaga odstrani te se nakon toga obriše i važe Potom se valjak stavlja u sušionik i suši na 105˚C do konstantne mase Retencijski kapacitet tla za vodu izračunava se iz razlike mase navlaženoga tla do retencijskoga kapaciteta (∆mW + mW) i mase suhoga tla (mS) svedene na volumen valjka (V) S obzirom na rezultat retencijski kapacitet tla za vodu može biti vrlo malen (lt 25 ) malen (25 - 35 ) srednji (35 -45 ) velik (45 - 60 ) i vrlo velik (gt 60 )

Kapacitet tla za zrak Φa = Φ ndash θVS vol (74)

Kapacitet tla za zrak je udjel pora tla koje ispunjava zrak u trenutku zasićenja tla do njegovog retencijskog kapaciteta za vodu a izračunava se iz razlike poroziteta tla i retencijskoga kapaciteta tla za vodu Kapacitet tla za vodu se izražava kao vrlo malen (lt 5 ) malen (5 - 10 ) srednji (10 -15 ) velik (15 - 20 ) i vrlo velik (gt 20 )

344 Prodirna značajka tla

Za mjerenje prodirne značajke tla rabljen je digitalni penetrometar Eijkelkamp čije osnovne sastavnice prikazuje slika 60 penetrologger- mjerni uređaj (1) dinamometar (2) čelični nastavci (3) konus (4) referentna ploča (5) te PC konektor (6) Načelo rada ovog penetrometra zasniva se na dinamometarskoj izmjeri primjenjene sile na rukohvatu uređaja kojim se konus poznatih dimenzija utiskuje u tlo Tijekom utiskivanja konusa u tlo ultrazvučni senzor penetrologgera mjeri dubinu prodiranja na osnovi odbijenih valova od referentne ploče (predstavlja površinu tla) s preciznošću od 1 cm Mjerni raspon dinamometra iznosi od 0 do 1 kN s preciznošću izmjere od 1 N Pri samom mjerenju računalo penetrometra zapisuje u njegovu internu memoriju parove izmjerenih podataka tj vrijednosti sile (tlak) i pomaka (dubina prodiranja) pomoću računalnog programa (data acquisition) u ASCII kodu Set penetrometra opremljen je s deset mjernih konusa različitih površina i vršnog kuta (30deg i 60deg) čime je omogućen širok raspon primjene ovog uređaja

Pomoću računalne aplikacije Eijkelkamp PenetroViewer (slika 62) ostvaruje se veza između digitalnog penetrometra i osobnog računala (COM port) kojom je omogućeno programiranje plana istraživanja (odabir veličine i vršnog kuta konusa brzine prodiranja konusa u tlo kao i broj repeticija mjerenja) odnosno vrši prijenos izmjerenih podataka Navedena aplikacija omugućuje i grafički pregled izmjerenih podataka te njihov prijenos iz ASCII koda u format koji koriste standardni tablični kalkulatori (txt csv xls) i statistički paketi Tijekom terenskih istraživanja korišten je konus s površinom presjeka 2 cm2 i vršnim kutem 30deg koji se utiskivao u tlo brzinom 1 cmsec U turnusu je izvođeno po 10 utiskivanja konusa u lijevom desnom kolotragu i na neizgaženom tlu (slika 61)

Slika 60 Eijkelkamp penetrometar

66

Slika 61 Mjerenje penetrometrom Eijkelkamp Slika 62 Aplikacija PenetroViewer ver 424

Uslijed nehomogenosti strukture tla Ronai (1983) i Horvat(1993A 1994A) primjećuju veliko rasipanje podataka između repeticija izmjere prodirnih značajki

Horvat (1994B 1995 1996A 1996B) navodi da se istraživanje ovisnosti otpora tla prodiranju konusa o dubini prodiranja regresijskom analizom može raditi sa srednjim vrijednostima otpora za pojedinu dubinu prodiranja iz ponovljenih mjerenja jednako dobro kao i sa svim podacima Isti autor u citiranim radovima za izjednačavanje podataka koristi eksponencijalni korelacijski oblik p = A sdot (BZ ndash 1) + C za koji navodi da karakteristična točka u kojoj se sijeku vodoravna asimptota i tangenta krivulje iz vrijednosti C može poslužiti za brojčano određenje i ocjenu prodirne značajke tla (slika 63)

345 Posmična čvrstoća tla

Krilna sonda je uređaj koji se sastoji od mjernog krila pričvršćenog na šipku na kojoj se nalazi moment metar naprava kojom se mjeri moment potreban da se okrene krilo u trenutku savladavanja čvrstoće na smicanje uzduž plašta valjka opisanog oko krila (Nonveiller 1979)

Mjerna krila predstavljaju dvije metalne ploče visine (H) i širine (B) međusobno poprečno pričvršćene na metalnu šipku (slika 64)

Krila sonde utiskuju se u tlo do željene dubine mjerenja Okretanjem krila tlo se lomi po plaštu valjka kojemu je promjer jednak širini krila Iz jednakosti momenta torzije (MT) i momenta otpora tla na smicanje na plaštu i bazi valjka kojeg stvaraju krila pri okretanju dobiva se čvrstoća smicanja tla

rArrsdotsdotsdotsdotsdot+sdotsdotsdotsdot= 23

2

22

2

2

TBBB

HBM πτπτ (75)

+sdotsdotπ

sdot=τ

3

2

2

T

BHB

M (76)

Otpor tla na smicanje (posmična čvrstoća) mjeren je krilnom sondom (Eijkelkamp ndash Field inspection Vane tester) Dimenzije krila sonde su 16 mm x 32 mm a mjerno područje ovog instrumenta je u rasponu od 0 do 260 kPa s točnošću očitanja mjernog rezultata od 4 kPa

Slika 63 Izjednačenje podataka prodirne značajke tla

Slika 64 Krilna sonda

67

Mjerni rezultat ovog instrumenta odnosi se na otpor pri smicanju tla u trenutku njegovog sloma Krilnom sondom su izvršena mjerenja u površinskom sloju tla i na dubini od 15 cm i to po 10 mjerenja u lijevom i desnom kolotragu te na nezgaženom tlu u svakom vučnom pokusu

346 Širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga

Za deformacije tla koje nastaju uslijed kretanja vozila po šumskom bespuću ne postoje standardizirane metode izmjere već se u literaturi opisuju kroz širinu gaženog traga dubinu kolotraga ili površinu presjeka gaženog profila tla

Kolotrag kotača vozila Saarilahti (2002A) definira kao površinsku deformaciju tla (ulegnuće) dublje od 10 cm i dulje od 05 m koje je nastalo uslijed sloma i sabijanja tla kretanjem vozila Pod razinom površine tla podrazumijeva dno sloja šumskog listinca ili mahovine Isti autor za prikupljanje podataka o dubini kolotraga na terenu preporuča uzimanje sistematskog uzorka na osnovi kvadratne mreže čija gustoća čvorova (grid) ovisi o željenom intenzitetu izmjereZa izmjeru na terenu koristi se tzv nultom točkom uzorka koja predstavlja čvor položene zamišljene mreže a samu izmjeru vrši na kolotragu koji mu je najbliži Pri tome od nulte točke kolotraga u uzdužnom smjeru vlake sa svake strane na duljini od 15 m mjeri dubinu deformacije tla Samu dubinu kolotraga raščlanjuje u dva razreda prihvatljivu (lt 10 cm) i neprihvatljivu (gt 10 cm) Zadano ograničenje dubine kolotraga (10 cm) zasniva se na procjeni kakvoće izvođenja radova ali i preporukama istraživača (Owende i dr 2002)

Za operativnu procjenu kakvoće izvođenja privlačenja drva Saarilahti (2002I) preporučuje prihvatljivu prosječnu dubinu kolotraga kao onu koja ne prelazi dubinu od 10 cm na više od 10 ukupne duljine cjelokupnoga gaženja tla sječne jedinice

Meek (1996) te Nugent i dr (2001) mjere značajke kolotraga (dubina širina gaženja) prema metodici prikazanoj na slici 65 Košir (2002) navodi da širina gaženja tla pri privlačenju drva ovisi o širini primjenjenoga vozila Usljed višekratnog prolaska vozila isti autor utvrđuje povećanje širine gaženja tla za 05 m sa svake strane vozila

Tijekom istraživanja širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga mjerili su se pomoću geodetske letve duljine 5 m položene na usidrene oslonce nakon svakog prolaska skidera (slika 66) Na svakoj vlaci su određena dva mjesta izmjere dubine kolotraga

Slika 65 Postupak izmjere kolotraga

Slika 66 Mjerenje dubine kolotraga na terenu

68

35 Statistička obrada podataka mjerenja

Terenski podaci mjerenja na tlu prenijeti su iz snimačkih listova u računalne datoteke radi lakše dostupnosti pri obradi podataka Obradom snimljenih podataka obuhvaćeni su kontrola i odabir podataka njihovo razvrstavanje kao i izračunavanje traženih parametara

Obrada podataka provedena je po sljedećem redoslijedu

rArr unošenje snimljenih podataka u računalo i stvaranje datoteka podataka za daljnju obradu

rArr određivanje zahtjeva s obzirom na cilj i razinu pojedinih obrada

rArr izbor metoda analize ili funkcija izjednačenja

rArr izračunavanje traženih parametara

rArr testiranje i analiza rezultata

rArr oblikovanje izlaza

Za opis temeljnih značajki skupova promatranih podataka (neovisne varijable) korištene su metode deskriptivne statistike gdje su izračunate različite mjere središnje tendencije rasipanja mjernih podataka a kao najpovoljnije odabrane su medijan i aritmetička sredina sa standardnom devijacijom kao mjerom rasipanja te vrijednosti Za aritmetičku sredinu kao srednju vrijednosti opažanih podataka postavljen je uvjet da preciznost smije biti maksimalno plusmn005 uz 95 vjerovatnosti Međutim Hitrec (1996) navodi teškoće u pridržavanju takvog uvjeta zbog jako velikog potrebnog uzorka kako bi se dobila potrebna preciznost i zadovoljavajuća pouzdanost što dovodi do predugog trajanja vremena pokusa i njegovog poskupljivanja

Pomoću testa razlike (Studentov t ndash test) provedeno je zaključivanje o značajnosti razlika među izračunatim srednjim vrijednostima opažanja (aritmetičkim sredinama) Na osnovi nulhipoteze pretpostavljeno je da su razlike između dviju sredina opažanja rezultat slučajne varijabilnosti vrijednosti u uzorcima te da između odgovarajućih sredina takve razlike nema Razlike između sredina dijeljene su sa standardnom pogreškom a zatim je kvocijent uspoređen s iznosom od 196 standardne pogreške Tamo gdje je kvocijent veći odbacujemo nulhipotezu a ako je manji smatramo da razlika između sredina nije značajna na 5 -tnoj razini signifikatnosti (Pavlić 1985)

Za testiranje značajnosti razlika prosječnih vrijednosti više skupova podataka (više od dva) istog mjernog parametra korištena je jednostruka analiza varijance (ANOVA) koja predstavlja postupak kojim se ukupna varijabilnost rastavlja na varijabilnost između prosječnih vrijednosti grupa opažanja i na varijabilnost unutar grupa opažanja (Serdar i Šošić 1981) Tim postupkom ova metoda odgovara na pitanje je li značajnija varijabilnost između srednjih vrijednosti grupa ili varijabilnost unutar pojedinih grupa podataka (Vasilj 2000)

Metode statističke analize vremenskih nizova korištene su za opis promjena fizičko-mehaničkih i vodno-fizičkih značajki šumskog tla koje su posljedica višekratnog prolaska forvardera Pri tome su korištena dva individualna indeksa kojima se iskazala dinamika sabijanja tla Indeks sa stalnom bazom iskazuje razinu promjene u odnosu na neku odabranu vrijednost (neizgaženo tlo) Lančani (verižni) indeks korišten je za prikaz promjene praćenih parametara tla u odnosu na svaki ponovni prolazak vozila po šumskom tlu

Za istraživanje mogućih stohastičkih ovisnosti između zadovoljavajuće koreliranih varijabli korištena je regresijska analiza Odabir krivulje izjednačenja vršen je na osnovi slijedećih parametara koeficijenta (determinacije) korelacije (R) standardne devijacije zavisne varijable oko linije izjednačenja (sYX) te t-varijable (tStat) i vjerovatnosti greške prve vrste (P-value) regresijskih koeficjenata (Serdar i Šošić 1981 Kachigan 1991) Za utvrđivanje jakosti veze između izjednačenih nezavisnih i zavisnih varijabli korištena je Roumlmer-Orphal-ova skala (Kump i dr 1970)

Slika 67 Roumlmer-Orphal-ova raspodjela

Matematičko ndash statistička obrada podataka obavljena je uz pomoć osobnog računala primjenom programskih paketa Microsoft Excel 97 i Sta Soft Statistica 50

69

Za izjednačavanje ovisnosti parova podataka koji porastom nezavisne varijable pokazuju da podaci zavisne varijable imaju asimptotski trend porasta korišten je eksponencijalni regresijski računalni program REGEXE primarno razvijen za istraživanja krivulja klizanja kotača vozila (Hitrec i Horvat 1987) Navedeni računalni program čvrstoću veza odabranih regresijskih modela prikazuje pomoću tri parametra r ndash koeficijenta korelacije R ndash indeksa korelacije i R gt ndash testiranja indeksa korelacije temeljem broja opažanja

Utvrđivanje razlika u stupnju sabijenosti tla višekratnim prolaskom skidera je izvršeno usporedbom površina ispod krivulja izjednačenja prodirnih značajki Poznavajući oblik i koeficijente jednadžbi izjednačenja metodom određenih integrala izračunate su površina ispod krivulja

49

oranja tla poljoprivrednim traktorom i Laibe (2003) pri mjerenju naprezanja na radnim dijelovima stroja za baliranje sijena

Za izvođenje mjerenja tenzometrijskom metodom mehaničkih veličina skidera pri privlačenju drva korištena je mjerna oprema Laboratorija za mjerenje mehaničkih veličina šumarskih strojeva Šumarskog fakulteta u Zagrebu koja uključuje mjerne trake dinamometre pojačala računalni program proizvođača Hottinger Baldwin Messtechnik TELUB mjerne vage i opremu za daljinski prijenos podataka proizvođača ELPRO Technologies Pty

Teorijske osnove mjerenja mjernim traka postupak pripeme dijelova skidera u mjerne pretvornike kao i obrada mjernih rezultata će se detaljno prikazati u slijedećim poglavljima

331 Teorijske osnove mjerenja mehaničkih veličina električnim putem

Za razvoj metode mjerenja mehaničkih veličina električnim putem bitno je utjecalo poznavanje odnosa naprezanja u materijalu i njegove deformacije Robert Hooke je 1687 godine otkrio da kruto tijelo pod djelovanjem vlačne sile imaju tendenciju istezanja te ustanovio produljenje tijela uz točno određeni iznos sile Odnos između produljenja i duljine na kojoj je produljenje nastupilo naziva se relativno produljenje (ε)

L

L∆=ε (51)

Odnos između sile i presjeka na koji se ona raspoređuje naziva se naprezanjem i redovito označava oznakom σσσσ odnosno

A

F=σ (52)

Ovaj se pristup koristi kod određivanja čvrstoće materijala Obično se za tu svrhu izrađuju posebne epruvete određene površine presjeka (A) koje se u kidalici opterećuju silom F a smjerovi naprezanja epruveta mogu biti kako vlačni tako i tlačni Postupno povećavajući veličinu sile i istodobno mjereći odgovarajuće produljenje ili skraćenje ispitivane epruvete te računajući vrijednosti parova točaka σσσσ - εεεε odnos naprezanja i istezanja materijala prikazujemo dijagramom

Na dijagramu naprezanja materijala označene su točke najznačajnije za mjerenja mehaničkih veličina Oznake na slici 34 imaju sljedeća značenja

σσσσe - granica elastičnosti - prestankom naprezanja do ove granice materijal se vrati u prvobitne dimenzije a naprezanje veće od granice elastičnosti će uzrokovati trajnu deformaciju materijala

σσσσp - granica plastičnosti - iznad ove granice dolazi do naglog istezanja elementa koji se ispituje nakon čega dolazi do ponovnog očvrščenja materijala

σσσσm - čvrstoća materijala - najveće naprezanje koje materijal može izdržati do trenutka pojave prvih pukotina

σσσσl - prekidna čvrstoća - naprezanja u trenutku potpunog loma elementa koja su manje vrijednosti od same čvrstoće materijala jer se daljnje produljenje odvija pri manjim naprezanjima zbog smanjenja površine presjeka usljed sve većeg nastanka pukotina

Kako se vidi iz dijagrama na slici 34 do granice elastičnosti produljenje materijala odvija se po pravcu Nagib pravca prema apscisi određen je kutom φφφφ Prirast naprezanja po jedinici relativnog produljenja u stvari koeficijent nagiba pravca naziva se modulom elastičnosti ili Young-ovim modulom pa se može prikazati kao

E=φtg (53)

Slika 34 Dijagram naprezanja materijala

50

Stoga se u ovom području može napisati jednadžba pravca poznata i kao Hookov zakon oblika

σ εsdot= E (54)

Uslijed djelovanja vlačnih sila ne dolazi samo do produljenja opterećenog elementa već i do njegovog poprečnoga utezanja (kontrakcije) Isto tako djelovanjem tlačnih sila dolazi do istezanja (ekspanzije) širine elementa (slika 35) Poprečna se kontrakcija ili ekspanzija elementa označava obično sa εεεεt Mnoga su mjerenja pokazala da je do određene granice opterećenja promjena širine elementa srazmjerna uzdužnom istezanju te se taj odnos definira Poissonovim koeficijentom koeficijentom proporcionalnosti ν ili

ε t ε l = ν (55)

Njegova je vrijednost za većinu metala približno jednaka 03

Pojavu promjene otpora vodiča pod djelovanjem opterećenja je otkrio engleski fizičar Sir Charles Wheatstone 1843 godine te prikazao mogućnosti mjernog pretvornika na osnovi simetrično postavljena četiri otpornika Ovaj most po njemu i nosi naziv Wheatstoneov most mada ga je prvi odredio S H Chrislie još 1833 godine Opažanje koje je pred kraljevskim filozofskim društvom iznio lord Kelvin predstavlja prvi eksperiment s elektrootpornim mjernim trakama On je pomoću Wheatestoneovog mosta i galvanometra pokazao da se električni otpor bakarne i željezne žice mijenja njihovim produljenjem Thomson 1856 godine objavljuje prve radove o promjeni otpora vodiča pod djelovanjem opterećenja prema postavkama Wheatstone-a Tehnička primjenjivost njihovih istraživanja je krenula tek 30-ih godina prošlog stoljeća Razlog tome leži u činjenici da su zabilježene promjene otpora bile vrlo male Lord Kelvin i Thomson su koristili visoko osjetljive galvanometre koji su neprikladni za tehničku primjenu Razvoj elektronskih pojačala je ubrzao primjenu elektrootpornih mjernih traka

Godine 1938 Eduard Simons usavršava mjernu traku lijepljenjem žice od konstantana na papir Do istog rješenja dolazi iste godine i Arthur Claude Ruge s tom razlikom da je vrlo tanku žica postavio u zavojiti oblik te je zalijepio između dva papira Prednost njegove mjerne trake je što je bila vrlo tanka i lagana za postavljanje lijepljenjem na bilo koju površinu i omogućavala mjerenje na vrlo tankim i malim predmetima Oblik Ruge-ove mjerne trake se održao do današnjih dana ali s mnogim poboljšanjima kakvoće materijala i tehnologije izrade Masovnija proizvodnja mjernih traka počinje u Evropi poslije drugog svjetskoga rata

Osnovni dijelovi mjerne trake su nosiva podloga mjerna mreža i spojni vodovi a najvažnija značajka efektivna duljina mjerne mreže (slika 36) Mjerna traka mjeri aritmetičku sredinu naprezanja ispod mjerne mrežice Izbor efektivne duljine mjerne mrežice utjecat će na rezultate mjerenja Vrlo kratkom mjernom mrežicom mjere se vršne vrijednosti naprezanja u materijalu Dulja mjerna mrežica omogućit će mjerenje srednjih vrijednosti naprezanja u materijalu Promjeri žica od kojih se rade mjerne trake iznose od 002 do 004 mm Električni je otpor mjerne mreže standardiziran i iznosi 120 Ω ili 350 Ω kod mjernih traka za izradu dinamometara (Hoffmann 1989)

Slika 35 Prikaz odnosa utezanja i istezanja materijala

a - nosiva podloga b - mjerna mrežica c - priključni vodovi d - efektivna duljina mjerne mrežice

Slika 36 Dijelovi mjerne trake

51

Mjerne se trake proizvode u raznim oblicima koji su određeni područjem njihove primjene Najširu primjenu imaju metalne mjerne trake ali za potrebe preciznijih ili kompleksnijih mjerenja razvijene su poluvodičke piezoelektrične foto-elastične mjerne trake te mjerne trake za primjenu pri visokim temperaturama (gt 500 C) Mjerne trake mogu biti izrađene s jednom mrežicom dvije ili pak s tri mrežice Kod mjernih traka s dvije ili tri mrežice njihov se međusobni položaj nalazi pod kutem od 0deg 45deg 60deg 90deg ili 120deg Spajanjem više mjernih traka u liniju dobivamo mjerni lanac odnosno rozetu pri spajanju u kružni oblik Mjerni lanci i rozete su višenamjenske mjerne trake koje omogućavaju veću točnost izmjere naprezanja na većoj površini

Ranije je istaknuto svojstvo većine krutih materijala da u određenom području naprezanja pokazuju linearan odnos između sile i produljenja Pretpostavimo da smo na površinu tijela izrađenih od takvih materijala nalijepili elektrootpornu mjernu traku koja u potpunosti slijedi promjenu dimenzija uslijed naprezanja Neka je duljina vodiča na traci L a površina poprečnog presjeka CD2

gdje je C konstanta a D poprečna dimenzija Za okrugli presjek žice vrijedi C = π4 a D je promjer vodiča Kod pravokutnoga presjeka D je jedna stranica dok je C omjer druge i prve stranice Električni otpor takvoga vodiča može se pokazati relacijom

2DC

LR

sdot

sdot=

ρ (56)

gdje je ρ električni otpor materijala po jedinici duljine ili jednostavno jedinični otpor Prema ranije navedenom nakon opterećenja uzdužnom silom na svakoj će od gornjih veličina doći do promjene Derivira li se gornja jednadžba dobiva se slijedeći oblik

22

2 d2dd

)DC(

LLDC)LL(DCR

sdot

sdotsdotsdotsdotsdotminussdot+sdotsdotsdot=

ρρρ (57)

Podijeli li se jednadžba (57) s jednadžbom (56) dobiva se

LLLL

DD

LL

RR

d

d

d

d21

d

d ρρ+sdotminus= (58)

Lijeva strana jednadžbe (58) očito određuje relativnu promjenu otpora u ovisnosti o relativnom produljenju i u stvari predstavlja osjetljivost mjerne trake Ovaj se odnos uzima kao temeljna značajka mjernih traka Naziva se faktorom trake ili k - faktor Prvi član desne strane jednadžbe određuje ranije spomenuti Poissonov koeficijent ν Drugi član na desnoj strani jednadžbe je odnos relativne promjene jediničnog otpora i relativnog produljenja Ako se taj odnos prikaže oznakom m te uvrsti Poissonov koeficijent onda će jednadžba (58) poprimiti slijedeći oblik

mLL

RRk +sdot+== micro21

d

d (59)

Iz jednadžbe (59) proizlazi da je

R

R

k

∆sdot=

1ε (60)

Jednadžba (60) je temelj mjerenja pomoću elektrootpornih (tenzometrijskih) traka Pomoću nje je moguće izračunavanje produljenja vodiča na osnovi poznate vrijednosti k - faktora i izmjerene promjene električnoga otpora u odnosu na njegovu početnu vrijednost Ta se činjenica u jedinstvu s prethodno opisanim osobinama elastičnoga materijala zapravo koristi pri mjerenju mehaničkih veličina električnim putem

Većina kovina izloženih elastičnoj deformaciji ima približnu osjetljivost na deformaciju k=2 Međutim tek nekoliko njih ima stalnu vrijednost osjetljivosti u svom elastičnom i plastičnom području Danas se za izradu mjernih traka rabe razni materijali od kojih valja spomenuti

advance slitine (k=21)

karma slitine (k=21)

isoelastic slitine (k=36)

slitina No 479 (k=47) i druge

Izražene se vrijednosti k - faktora od strane proizvođača odnose na sobnu temperaturu okoline

52

Promjenom temperature mijenja se i k - faktor Kako je opće poznato zagrijavanjem materijala dolazi do njegovog termičkog istezanja Riječ je o relativnom temperaturnom istezanju materijala Stoga se uvodi tzv temperaturni koeficijent produljenja kao produljenje štapa jedinične duljine pri povišenju temperature za 1K odnosno

T

L

L ∆∆

sdot=1

α (61)

gdje je ∆T promjena temperature L duljina štapa a ∆L temperaturno produljenje

Na pouzdanost pri mjerenju značajno utječu i podloga na koju je mjerna traka nalijepljena ljepilo s kojim se zajedno s podlogom pričvršćuje na mjerno mjesto hrapavost podloge na koju se pričvršćuje i drugi utjecajni parametri Idealan materijal za izradu mrežica tenzometrijskih traka trebao bi posjedovati slijedeće karakteristike

što veću osjetljivost odnosno što veći k ndash faktor

veliki jedinični otpor

malu osjetljivost na temperaturne promjene

visoku granicu razvlačenja

visoku dinamičku izdržljivost

malu mehaničku histerezu

otpornost na koroziju i dr

Mjerenja pomoću elektrootpornih mjernih traka mogu se provoditi svim električnim mjernim mostovima koji se rabe i za mjerenje otpora Da bi se mjerenje provelo kvalitetno treba upotrijebiti mjerni most koji udovoljava slijedećim značajkama

valja postići linearnu karakteristiku između otpora R i signala na instrumentu

kada otpor R teži k nuli treba i odgovarajući odziv na pokaznom instrumentu težiti k nuli

valja postojati mogućnost pojačanja signala povećanjem napona napajanja mosta

mogućnost umjeravanja valja biti što jednostavnija

Gore navedenim zahtjevima najviše udovoljava Wheatestonov most Kako je ranije spomenuto i sasvim male promjene električnog otpora reda veličine tisućinke Ω koje se pojavljuju u mjernim trakama uslijed naprezanja te odgovarajućih istezanja moguće je pouzdano mjeriti pomoću Wheatestonovog mosta

Mjerni sustav se sastoji od mjernih traka povezanih u Wheatestoneov mjerni krug pojačala koji će predati ulazni napon mjernoj traci te primiti izlazni signal napona Postavljanjem mjerne trake na ispitni predmet naprezanja se u njemu prenose na mjernu traku što uzrokuje promjenu električnog otpora trake Promjenom otpora trake most gubi simetriju te dolazi do razlike između ulaznog i izlaznog napona

Osnovna izvedba Wheatestonovog mosta prikazana je na slici 37 na kojoj otpori prikazani u sva četiri mjerna kraka mosta mogu predstavljati elektrootpornu mjernu traku

Simboli koji će se rabiti u ovom poglavlju imaju slijedeća značenja

R - otpornik Ω

∆R - promjena otpora Ω

Uu - ulazni napon V

Ui - izlazni napon mosta V Slika 37 Shematski prikaz Wheatestonova mosta

53

Na početku ćemo pretpostaviti da su otpornici u svim krakovima mosta identični To znači da je most u ravnoteži (izbalansiran) Odatle slijedi da pad napona kroz otpornik R24 mora biti identičan padu napona kroz otpornik R23 Lako se može pokazati da je

13

23

14

24

R

R

R

R= (62)

Ovaj je odnos izuzetno bitan budući da upućuje na to da bilo koja promjena otpora na jednoj strani mosta može biti uravnotežena podešavanjem otpora na suprotnoj strani mosta Na osnovi gornje jednadžbe može se napisati

13

142324

R

RRR

sdot= (63)

Jednadžba ukazuje na to da se uz pouzdano poznavanje otpora R14 te uz pouzdano poznavanje odnosa dvaju otpora na drugoj strani mosta može isto tako pouzdano odrediti nepoznati otpor R24 Nadovezujući se na ovaj primjer može se pretpostaviti slučaj u kojem je nepoznati otpornik upravo naša mjerna traka pričvršćena na ispitivanom uzorku To znači da je most moguće umjeriti prije opterećivanja elementa Nakon uvođenja opterećenja most se može ponovno uravnotežiti podešavanjem odnosa dvaju otpornika R23R13 Ukoliko je poznata promjena odnosa moguće je odrediti razliku otpora mjerne trake prije i poslije opterećenja Ta je razlika bila izazvana relativnim produljenjem kao posljedicom djelovanja vanjskih sila Stoga se relativno produljenje može računati prema relaciji

kR

R

kR

R 1∆∆sdot=

sdot=ε (64)

Ranije je pokazano da je promjena otpora direktno srazmjerna relativnom istezanju tako da je odnos tih dviju veličina moguće veoma lako međusobno umjeriti Mnogo se pogodnija rješenja postižu onda kada se indikator izravno umjeri u vrijednostima relativnog istezanja To znači da se nakon uravnotežavanja mosta na početku mjerenja može očitavati svaku promjenu istezanja u mjerilu izravno na indikatoru

U slučajevima u kojima se pri mjerenjima koriste mjerna pojačala izravna su očitanja promjena naprezanja još mnogo jednostavnija Posebne pogodnosti imaju noviji sustavi za prikupljanje podataka koji preko analogno - digitalne konverzije mjernog signala omogućuju direktnu obradu rezultata mjerenja o čemu će kasnije biti više riječi

Za mjerenja se istodobno može koristiti jedna dvije ili četiri aktivne mjerne trake Ovisno o broju aktivnih mjernih traka razlika se potencijala određuje po slijedećim relacijama

Mjerni pretvornik sa samo jednom ugrađenom mjernom trakom u mjerni most još se naziva četvrt mosta Za četvrt most se može pokazati da vrijedi relacija

4

RR

E

V ∆= (65)

Uvrštavanjem vrijednosti iz relacije (59) u (65) te preuređenjem dobiva se izraz za relativno produljenje

kE

V

sdotsdot

=4

ε (66)

Shematski prikaz četvrt mosta vidi se na slici 38

Osnovna je značajka četvrt mosta samo jedna aktivna mjerna traka Preostala tri kraka mosta mogu činiti neaktivne ili fiktivne mjerne trake ili jednostavno obični otpornici Od posebnog je značaja relacija (66) koja pokazuje da postoji izravna veza između prisutnog relativnog istezanja i napona na dijagonali Ukoliko su poznati napon pobude mosta i k - faktor trake dovoljno je izmjeriti koliko iznosi napon dijagonale izvan

Slika 38 Izvedbe Wheatstoneovog mosta

54

ravnoteže da bi se odredila razina relativnog istezanja Prema nekim mišljenjima mjerni most sa samo jednom aktivnom mjernom trakom posjeduje samo približnu linearnost između promjene otpora i razlike potencijala na dijagonali Ta linearnost postoji samo pri relativno malim promjenama kao što je to slučaj kod žičanih mjernih traka

Mjerni pretvornik s dvije ugrađene mjerne trake naziva se polu most Za polu most je moguće lako dokazati slijedeće odnose

2

RR

E

V ∆= (67)

Mnoge se prednosti postižu uporabom dviju i više aktivnih mjernih traka koje su pod utjecajem promjena nakon što nastupi vanjsko opterećenje ispitivanog uzorka Budući da će kod uporabe dvije aktivne mjerne trake obje utjecati na promjenu električnoga otpora nakon pojave deformacije to će odmak od ravnoteže mosta biti veći To samo po sebi podrazumjeva znatno veću osjetljivost takvoga mosta Posebna je prednost takvih mjernih pretvornika i u tome što se utjecaj temperature pri kojoj se vrše mjerenja može potpuno zanemariti U mnogim će se slučajevima pored navedenog dobiti i značajno veća točnost pri mjerenjima

Mjerni pretvornik s četiri ugrađene mjerne trake naziva se puni most Kod punog mosta vrijedi slijedeći odnos

R

R

E

V ∆= (68)

Shematski se prikaz punog mosta vidi na slici 38 Upotrebom četiriju mjernih traka u mjernom pretvorniku još se više podiže njegova osjetljivost I kod punog mosta valja naglasiti da se utjecaj promijenjivih temperaturnih uvjeta na rezultate mjerenja u potpunosti može zanemariti U punom se mostu ravnoteža mora postići nekim dodatnim otpornicima Upotrebom punog mosta osjetljivost mjernog pretvornika u odnosu na četvrt mosta može se učetverostručiti

Poznavanjem osnovnih značajki mjerne trake s obzirom na objekt mjerenja uvjete mjerenja i potrebnu pouzdanost mjerenja vrši se odabir mjerne trake

Mjerne se trake obično učvršćuju lijepljenjem mada valja spomenuti da se u posebnim slučajevima i točkasto zavaruju Presudnim za uspjeh mjerenja smatra se izbor ljepila te način lijepljenja s obzirom na materijal i površinu mjernog mjesta U pripremi mjernog mjesta mora se obratiti pozornost na pravilno postavljanje i zaštitu mjerne trake kako bi odstranili moguće greške mjerenja Površina mjernog mjesta mora biti potpuno očišćena kako ostanak nečistoća ispod mjerne mrežice ne bi utjecao na točnost mjerenje i suha kako bi se onemogućila korozija trake Osim toga sama površina treba biti glatka bez najmanjih pukotina u materijalu koje bi utjecale na nepravilno prenošenje naprezanje s materijala na mjernu traku Zbog istog razloga sloj ljepila mora biti vrlo tanak ali dovoljan da omogući čvrsto prijanjanje mjerne trake na mjerno mjesto Odmah nakon pripreme mjernoga mjesta valja nalijepiti mjerne trake Postupak lijepljenja ilustriran je na slici 39

Pri povezivanju priključnih vodova mjernih traka lemljenjem pomoću vodiča također postoji opasnost oštećenja mjernih traka Na kraju mjerno mjesto je potrebno zaštiti od vanjskih utjecaja prvenstveno od vlage i mehaničkih oštećenja (slika 40)

Slika 39 Lijepljenje mjerne trake

Slika 40 Zaštita mjerne trake

55

332 Mjerila i mjerna oprema

Za mjerenje predviđenih značajki kretnosti skidera konstruirana su ili primjenjena mjerila za istovremeno određivanje 16 veličina Te veličine su

1 zakretni moment na prednjem desnom kotaču MPD (Nm)

2 zakretni moment na prednjem lijevom kotaču MPL (Nm)

3 zakretni moment na stražnjem desnom kotaču MSD (Nm)

4 zakretni moment na stražnjem lijevom kotaču MSL (Nm)

5 opterećenje na prednjem desnom kotaču GaPD (kN)

6 opterećenje na prednjem lijevom kotaču GaPL (kN)

7 opterećenje na stražnjem desnom kotaču GaSD (kN)

8 opterećenje na stražnjem lijevom kotaču GaSL (kN)

9 broj okretaja prednjeg desnog kotača nPD

10 broj okretaja prednjeg lijevog kotača nPL

11 broj okretaja stražnjeg desnog kotača nSD

12 broj okretaja stražnjeg lijevog kotača nSL

13 broj okretaja petog kotača n5K

14 horizontalna sastavnica sile u užetu H (kN)

15 vertikalna sastavnica sile u užetu V (kN)

16 vrijeme t (s)

Na osnovu podataka izmjere navedenih veličina može se izvršiti proračun potrebnih tehničkih značajki skidera pri privlačenju drva kao što su adhezijska težina skidera vučna i obodna sila faktori privlačenja bruto i neto vuče te kotrljanja dinamički polumjer kotača sila u užetu i kut nagiba užeta koeficijent raspodjele težine tovara brzina kretanja skidera klizanje kotača obodna i vučna snaga te snaga kotrljanja i korisnost kotača

Vertikalna opterećenja kotača predstavljaju masu odnosno težinu koju nose Mogu se odrediti na nekoliko načina proračunskim putem prilikom konstruiranja vozila vaganjem vozila (statički teret dobiven kao izvaga praznog i punog vozila) te kao stvarno opterećenje u radu - dinamička opterećenja (Sever i dr 1989)

Za mjerenje dinamičkih opterećenja na kotačima mjerne su trake postavljene odmah iza kotača na gornju stranu kućišta vratila koji izlazi iz diferencijala prema kotaču (završnom ili planetarnom reduktoru) Upotrebljene su mjerne trake oznake LY11-6120 što označava linearnu mjernu traku (L) nosive podloge od poliamida i mjerne mrežice od konstantana (Y) namijenjenom za postavljanje na čeličnim konstrukcijama (1) s jednom mjernom mrežicom duljine 6 mm i otpora 120 Ω Mjerne trake su kod svakog kotača postavljene u Wheatestone-ov polu-most pri čemu su dvije mjerne trake postavljene pod kutem od 90deg međusobno i s obzirom na uzdužnu i poprečnu os kućišta vratila (slika 42)

Mjerenje zakretnih momenata izvršeno je pomoću mjernih traka postavljenih na obodu kućišta završnih planetarnih reduktora Upotrebljene su mjerne trake oznake XY21-3120 što označava mjernu traku s nosivom podlogom od poliamida i mjerne mrežice od konstantana (Y) namijenjenom za postavljanje na čeličnim konstrukcijama (1) s dvije mjerne mrežice duljine 3 mm i otpora 120 Ω postavljene međusobno pod kutem od 90deg pri čemu je svaka mjerna mrežica otklonjena za 45deg od uzdužne osi mjerne trake (X) Za mjerenje su bile potrebne dvije mjerne trake koje su se postavile dijametralno suprotno na obodu kućišta završnog

Slika 41 Položaj mjernih traka pri mjerenju momenata

56

reduktora (slika 41) Točno postavljanje mjernih traka se izvršilo na osnovu mjerenja opsega oboda kućišta Mjerne trake su na svakom kotaču postavljene u Wheatestone-ov puni-most

Povezivanje je priključnih vodova mjernih traka izvršeno lemljenjem pomoću vodiča površine presjeka 015 mm2 do spojnog mjesta za svaki Wheatestoneov most Na spojnim mjestima su priključeni 4-žilni 15 pinski oklopljeni kablovi koje vode do pojačala

Zbog okretanja kotača bilo je potrebno postaviti klizni prijenosnik na svakom kotaču Nosači su kliznog prijenosnika učvršćeni na kućište završnog reduktora (slika 43) Klizni prijenosnik se sastoji od rotora kliznog prstena i kućišta Rotor je spojen s nosačem te se okreće zajedno s kotačem Na utičnicu rotora je doveden kabel sa spojnog mjesta Kućiste kliznog prijenosnika je učvršćeno elastičnim užetom na dodatnu konstrukciju koja je postavljenja iznad osovina skidera kako bi se omogućilo nesmetano okretanje kotača Signal se promjene otpora traka s utičnice na rotoru prenosi preko prstena i grafitnih četkica na utičnice na kućištu kliznog prijenosnika odakle kabel dalje vodi do pojačala

Dodatni prsten i grafitna četkica u kliznom prijenosniku su iskorišteni kao davači impulsa za određivanje broja okretaja kotača Ovaj postupak je opisao i primjenio Horvat (1993A) za istovremeno očitanje mjernog signala zakretnog momenta i broja okretaja vratila forvardera Od četiri klizna prijenosnika dva su imala prsten podijeljen na 10 segmenata tj za jedan puni okret kotača su bilježila 10 impulsa dok su ostala dva za jedan okret kotača bilježila jedan impuls Klizni prijenosnici s prstenom od 10 segmenata su postavljeni na prednji desni i stražnji lijevi kotač Raspon napona impulsa okreta kotača se kretao od 5 V do 9 V S druge utičnice na kućištu kliznog prijenosnika pomoću kabela se signal prenosio do pojačala S obzirom da je izlazni napon pojačala manji od raspona napona davača impulsa upotrebljeno je vanjsko napajanje pomoću 2 baterijska uloška napona 45 V

Stvarno prevaljeni put mjeren je pomoću slobodno kotrljajućeg petog kotača a njegova primjena je potrebna za određivanje brzine kretanja skidera i klizanja kotača usporedbom njegovog broja okretaja i broja okretaja pogonskih kotača Primjena petog kotača je dosta česta kod ispitivanja poljoprivrednih traktora a kod istraživanja specijalnih šumskih vozila koriste ga mnogi istraživači i može se smatrati najčešćim mjerilom puta (Hassan 1989) Isti autor (1988) opisuje optičko mjerilo puta razvijeno u NCSU za istraživanja skidera u eksploatacijskim uvjetima Sever (1980) kod istraživanja vučne značajke skidera te Horvat (1993A) kod istraživanja forvardera također koriste peti kotač

Peti kotač je zglobno učvršćen na prednju dasku skidera (slika 44) a duljina prevaljenog puta je određena na osnovu njegovog broja okretaja i izmjerenog opsega Na peti kotač je također bio postavljen klizni prijenosnik preko kojeg se na opisani način prenosio impuls promjene napona pomoću prstena s podjelom od 10 segmenata i grafitne četkice

Slika 42 Mjerno mjesto na kućištu osovine kotača

Slika 43 Prepariranje planetarnog reduktora

Slika 44 Peti kotač

57

Određivanje se horizontalne i vertikalne sastavnice sile u užetu pri privlačenju drva izvršilo pomoću dva vlačno-tlačna dinamometra HBM 50 kN i HBM 20 kN Dinamometri su međusobno spojeni pod kutem od 90deg stupnjeva te postavljeni na nosač zglobno učvršćen na mjestu vertikalnih valjaka vitla (slika 45) Sever (1980) navodi da je postavljanje dinamometara na nosač jedini mogući način da se istovremeno registriraju horizontalna i vertikalna sila u užetu u eksploatacijskim uvjetima Na spoju dinamometara je postavljen držač veznog užeta tovara Na taj način je omogućeno točno određivanje sastavnica sila te kuta nagiba užeta Dinamometri su se nalazili točno u horizontalnoj i vertikalnoj ravnini s obzirom na podlogu pri potpuno podignutoj zadnjoj prihvatno-zaštitno-sidrenoj dasci skidera upravo kakav je njen položaj pri privlačenju drva Nedostatak mjerenja vučnih sila dinamometrima pri privlačenju drva se ogleda u pojavi postranih bočnih sila uzrokovanih njihanjem tovara pri kretanju skidera koje vlačno-tlačni dinamometri ne mogu zabilježiti

Svi mjerni pretvornici (mjerne trake davači impulsa napona dinamometri) su spojeni s mjernim pojačalima HBM Spider 8 S obzirom na 15 mjerenih veličina upotrebljena su dva mjerna pojačala Spider 8 spojena u seriju od kojih svaki ima 8 ulaznih kanala SR55 (15-pinski kanali) Za napajanje pojačala je potreban napon od 12 V Prema mjernim pretvornicima šalju izlazni napon od 25 V te primaju povratni naponski signal s mjernih pretvornika i bilježe promjene napona do 2 mVV

Mjerna pojačala su smještena na postolje učvršćeno iza kabine skidera te zaštićeni od vlage i mehaničkih oštećenja

Daljinski prijenos podataka je omogućen primjenom radio modema ELPRO 805 U (ELPRO Technologies Pty Ltd) Radio modem je bio postavljen na samom skideru i spojen preko COM ulaza s mjernim pojačalom HBM Spider 8 primao analogno pojačane mjerne signale te ih odašiljao preko antene postavljene na krovu kabine skidera Drugi radio modem je primao mjerne signale te ih prenosio na terensko računalo

Računalnim programom Catman 40 (Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH) su bilježeni podaci mjerenja Navedeni računalni program je prvenstveno namijenjen mjerenju mehaničkih veličina električnim putem što se ogleda u nekim osnovnim karakteristikama

bull odabir različitih vrsta mjernih pojačala

bull provjera veze između mjernog pretvornika (mjerne trake dinamometra) i računala

bull unošenje mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull prikaz rezultata mjerenja mehaničkih veličina na osnovu primljenog signala i mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull određivanja tare i postavka mjernog pretvornika u nulto stanje

bull određivanje frekvencije očitanja signala s mjernog pretvornika

bull zapis proteklog vremena od pokretanja mjerenja do završetka prema frekvenciji očitanja

bull mogućnost istovremenog primanja mjernih podataka s 40 mjernih pretvornika (40 kanala)

bull snimanje do 10 000 mjernih rezultata po kanalu

bull grafičko i brojčano praćenje mjernih vrijednosti tijekom snimanja podataka

bull prenošenje snimljenih podataka u druge računalne programe (Microsoft Excell)

bull mogućnost matematičke obrade mjernih rezultata s jednog ili više kanala

bull mogućnost programiranja postupka mjerenja

Slika 45 Nosač s vlačno-tlačnim dinamometrima

58

U računalni program Catman 40 su po kanalima označeni mjerni pretvornici i unošene mjerne konstante dobivene umjeravanjem mjernih pretvornika Frekvencija očitanja ulaznog signala je podešena na 50 Hz po kanalu tj vrši se 50 očitanja mjernog rezultata u sekundi na svakom kanalu S obzirom na 15 korištenih kanala tijekom mjerenja te zapisa proteklog vremena mjerenja postignuto je 800 očitanja mjernih veličina u sekundi Rezulati mjerenja su spremani u datoteku Microsoft Excell gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjernja svake 150 sekunde

Programiranje je radio modema izvršeno programom Cfg_805UD Pomoću programa potrebno je odrediti slijedeće postavke na oba radio modema izbor komunikacijskog moda između uređaja adresiranje radio modema serijsku i radio frekvenciju prijenosa mjernog signala

Pri izbor komunikacijskog moda između uređaja odabran je transparentni mod koji omogućava komunikaciju u oba smjera Komunikacijom od skidera do računala omogućen je prijenos mjernih signala dok komunikacijom od računala prema skideru omogućena je provjera veze do mjernog pretvornika U slučaju oštećenja mjernog pretvornika spojnih kablova ili konektora te nepravilnosti električnog napajanja dijela mjernog lanca na skideru možemo odmah uočiti grešku pomoću računalnog programa Catman 40 Kontrolni mod omogućava jednosmjernu komunikaciju između radio modema i ne zadovoljava potrebe mjerenja

Adrese oba radio modema moraju biti postavljene na istu vrijednost jer samo uređaji s istim adresama mogu direktno međusobno komunicirati

Serijski se prijenos podataka ostvaruje između mjernog pojačala i radio modema te radio modema i računala

Radio frekvencija određuje frekvenciju prijenosa podataka između uređaja Zbog toga postavka radio frekvencije prijenosa podataka na oba uređaja mora biti istovjetna Od tri moguće postavke radio frekvencije (19 200 38 400 76 800 bits) izabrana je radio frekvencija od 38 400 bits

Slika 46 Shema mjernog lanca

Radio modemi su opremljeni spremišnim diskom (bufferom) od 2 KB Prijenos podataka počinje kad se napuni spremišni disk a isto tako veza između modema se prekida ukoliko se tijekom mjerenja spremišni disk potpuno isprazni sve do trenutka njegovog punjenja Zbog navedene značajke radio modema najpovoljnije je odabrati iste vrijednosti serijske i radio frekvencije u cilju kontinuiranog prijenosa podataka Pri tome je bilo potrebno uskladiti izlaznu frekvenciju mjernog

59

signala iz pojačala sa serijskom frekvencijom radio modema Mjerno pojačalo HBM Spider 8 se proizvodi s tvornički podešenom izlaznom frekvencijom mjernog signala od 9600 bits Ali pri tome dolazi do prekida veze između radio modema budući da je veća brzina slanja signala od brzine punjenja spremišnog diska od strane mjernog pojačala Povećanje izlazne frekvencije mjernog pojačala HBM Spider 8 izvršeno je direktnim povezivanjem s računalom unosom Hayes-ovih naredbi putem HyperTerminala

Veliki se dio mjerne opreme nalazi na skideru te je za napajanje električnom energijom mjernih pojačala i radio modema na krov kabine učvršćen prijenosni generator

Postavljanjem mjerne opreme nosača i pomoćnih konstrukcija i uređaja povećala se masa skidera (slika 47) Prije početka mjerenja bilo je potrebno odrediti masu opremljenog skidera i opterećenja na kotačima Rezultat mjerenja opterećenja na kotačima pri privlačenju drva je promjena težine na osnovu opterećenja praznog skidera na ravnoj podlozi Određivanje mase i opterećenja na kotačima praznog skidera je izvršeno s četiri vage švedskog proizvođača TELUB

U svakoj se vagi nalaze po četiri neovisna dinamometra namjenjena mjerenju tlačnih naprezanja Na svakom je dinamometru postavljeno po četiri aktivne mjerne trake što znači da je riječ o mjernim pretvornicima s mjernim trakama u punom mostu Mjerni su pretvornici spojeni tako da pojedinačno i zajednički registriraju svako vanjsko opterećenje Svaka je vaga granično opteretiva sa 90 kN Budući da se opterećenje ne mora simetrično rasporediti na sva četiri dinamometra u krajnosti je moguća i takva situacija u kojoj se svaki od tih tlačnih dinamometara može pojedinačno opteretiti s graničnom nosivošću čitave vage Sva četiri tlačna dinamometra na svakoj vagi pripremljena su kao puni mostovi Mjerni pretvornici kvadratnog presjeka postavljeni su u sva četiri kuta podnožja vaga a vijcima su pričvršćeni kako za podnožje vage tako i za njezin poklopac Shematski prikaz jednog od dinamometra dat je na slici 48

Sve su vage spojene s mjernim pojačalom HBM Spider 8 koji je direktno povezan s prijenosnim računalom te su pomoću računalnog programa Catman 40 naprijed opisanom metodom očitani rezultati mjerenja

Vagama su također izmjerene mase svih drvnih sortimenata koje smo koristili u vučnim pokusima

Otpor kotrljanja i nulto klizanje kotača na podlozi (šumskom tlu) na kojem se vrši ispitiavanje vučne značajke utvrđuje se prije početka testiranja povlačenjem traktora u praznom hodu i s položajem transmisije u neutralnom položaju te s dinamometrom pričvršćenim između traktora i vozila koje ga vuče (Hassan 1989) Pri tome je korišten vlačno-tlačni dinamometar HBM 100 kN direktno povezan preko mjernog pojačala HBM Spider 8 s računalom te sila vuče očitana računalnim programom Catman 40

Primjena opisane mjerne opreme kao i potrebitost mjerenja težine tovara i nagiba terena uvjetovala je ispitivanje u kontroliranim uvjetima Ispitivanje u stvarnim eksploatacijskim uvjetima je neizvedivo zbog pretvorbe dijelova skidera u mjerila Zbog postavljanja nosača dinamometara na valjke vitla onemogućen je rad vitla Vitlo je korišteno samo za pripremu i vezanje tovara a pri privlačenju tovar se držao na nosaču Također mjerna oprema je osjetljiva na vlagu (opasnost kondenzacije vlage u mjernim pojačalima konektorima opasnost od kratkog spoja u prijenosu električne struje vrlo malih napona u mjernom lancu) te se u pravilu ispitivanja ne vrše u uvjetima kišnih ili sniježnih oborina

Slika 47 Skider s postavljenom mjernom opremom

Slika 48 Shematski prikaz jednog od četiriju

dinamometara svake vage

60

333 Umjeravanje mjernih pretvornika

Umjeravanje mjernih pretvornika je postupak određivanja mjernih konstanti za točno očitanje rezultata mjerenja Mjerno pojačalo HBM Spider 8 bilježi promjene napona do 2mvV Na osnovu promjene napona u navedenom rasponu pomoću mjernih konstanti unesenih u računalni program Catman 40 za svaki mjerni pretvornik odredit će se točno očitanje signala

Postupak umjeravanja se sastoji od usporedbe ostvarene poznate veličine na mjernom pretvorniku i rezultat očitanja veličine preko mjernog lanca Promjenom mjerne konstante utječemo na rezultat očitanja sve dok se odnos ostvarene i mjerene vrijednosti ne izjednači

Umjeravanja su mjernih pretvornika na skideru obavljena na poligonu za ispitivanje poljoprivredne mehanizacije Poljoprivrednoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu Umjeravanje mjernih traka za mjerenje zakretnih momenta na kotačima postavljenih na završnim reduktorima skidera izvršeno je djelovanjem poznate sile na kraku od 1 m Poluga za opterećivanje je vijcima pričvršćena na vanjsku stranu naplatka kotača dignutoga u zrak Poluga je libelom postavljena u vodoravan položaj te je točno određen krak od 1 m od središta osovine kotača Na tom mjestu je vršeno vertikalno opterećivanje poluge silom koja se mjerila pomoću dinamometra HBM 50 kN (slika 49)

Podaci umjeravanja obrađeni su statističkim metodama s ciljem da se utvrdi ovisnost između ostvarenih i izmjerenih vrijednosti Za svaki kotač su izračunavane linearne regresije podataka umjeravanja kao i vrijednosti koeficijenata korelacije Linearno izjednačenje podataka umjeravanja pokazuju slike od 50 do 53 Na slikama su unesene određene mjerne konstante Sva umjeravanja imaju visoke koeficijente korelacije što znači da je korelacijska veza vrlo čvrsta

Umjeravanje mjernih traka za mjerenje opterećenja na kotačima obavljeno je na način da su kotači postupno opterećivani s utezima sve veće mase Primjenjeni su utezi s certifikatom umjerene masene vrijednosti dobiveni od strane Državnog zavoda za normizaciju i mjeriteljstvo Istodobno su očitavane vrijednosti pomoću TELUB vaga koje su postavljene ispod kotača skidera Podaci o umjeravanju regresijske jednadžbe izjednačavanja podataka s koeficijentima korelacije te mjerne konstante su prikazane na slikama od 54 do 57

Slika 50 Umjeravanje zakretnog momenta na prednjem

lijevom kotaču Slika 51 Umjeravanje zakretnog momenta na

prednjem desnom kotaču

Slika 49 Umjeravanje zakretnog momenta

61

Slika 52 Umjeravanje zakretnog momenta na stražnjem

lijevom kotaču Slika 53 Umjeravanje zakretnog momenta na

stražnjem desnom kotaču

Slika 54 Umjeravanje opterećenja na prednjem lijevom

kotaču Slika 55 Umjeravanje opterećenja na prednjem

desnom kotaču

Slika 56 Umjeravanje opterećenja na stražnjem lijevom

kotaču Slika 57 Umjeravanje opterećenja na stražnjem

desnom kotaču

62

TELUB vage su umjeravane ranije za potrebe istraživanja u okviru rada Laboratorija za mjerenje mehaničkih veličina šumarskih strojeva Šumarskog fakulteta u Zagrebu Mjerne konstante TELUB vaga su prikazane u tablici 10 Korišteni HBM dinamometri su imali tvorničke podatke o umjeravanju i mjernim konstantama koje su provjerene istim opisanim postupkom

Tablica 8 Mjerne konstante TELUB vaga i HBM dinamometara

Mjerna vrijednost

Promjena napona

Vaga 1 Vaga 2 Vaga 3 Vaga 4 Dinamometar 20 kN

Dinamometar 50 kN

Dinamometar 100 kN

mVV t t t t kN kN kN

0 0 0 0 0 0 0 0

2 13143 13268 13305 13118 20 50 100

334 Obrada podataka

Rezultati mjerenja svakog prolaska skidera šumskom vlakom su pohranjivani u datoteke Microsoft Excell-a gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjerenja svake 150 sekunde Isti postupak je izvršen pri mjerenju sile vuče praznog skidera drugim vozilom opterećenja na kotačima opremljenog skidera na ravnoj podlozi i vaganja drvnih sortimenata

Početak snimanja svakog turnusa je počinjao prije kretanja skidera vlakom kako bi se provjerila veza i uspostavio daljinski prijenos podataka Isto tako snimanje podataka se završavalo u trenutka zaustavljanja skidera na kraju vlake Zbog navedenog načina snimanja mjernih podataka u snimljenim datotekama je potrebno ustanoviti samo niz podataka za svaku veličinu koja se odnosi na kretanje skidera Ovaj postupak je izvršen na osnovu grafičkog prikaza mjernih podataka koji se uočljivo razlikuju od trenutka pokretanja do zaustavljanja skidera na osnovu računalnog zapisa vremena Za svaki turnus je određeno vremensko trajanje kretanja skidera s točnošću 002 sekunde i u tom vremenskom intervalu su određene mjere središnje tendencije rasipanja podataka metodama deskriptivne statistike broj opažanja aritmetička sredina i standardna devijacija

Rezultati mjerenja broja okretaja pogonskih kotača i petog kotača predstavljaju niz promjena napona između vrijednosti 5 V i 9 V te su obrađeni pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i Datoteka navedenog računalnog programa je podešena da unosom niza promjena napona zabilježenog na kotaču i frekvencije očitanja mjernih podataka (50 Hz) broj impulsa po jednom okretu kotača prikaže kao ukupan broj okretaja kotača (n) i frekvenciju vrtnje kotača u vremenskim intervalima (slika 58) Ova analiza je izvršena za sve kotače i turnuse u vučnim pokusima

Slika 58 Prikaz obrade podataka pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i

63

34 Mjerenja na tlu

Istraživanja na tlu obuhvatila su kopanje pedoloških profila uzimanje uzoraka tla u narušenom i nenarušenom (prirodnom) stanju mjerenje prodirne značajke tla mjerenje otpora tla na smicanje te mjerenja dubine kolotraga

Informacije o osnovnim značajkama šumskog tla na mjestu istraživanja prikupljene su otvaranjem pedološkog profila i uzimanjem uzoraka tla u narušenom stanju

Mjerenjem prodirne značajke tla i otpora tla na smicanje te uzimanjem uzoraka tla na neizgaženom tlu i tlu na vlakama ovisno o broju prolazaka skidera utvrdila bi se razina oštećenosti šumskoga tla uslijed privlačenja drva

Uzimanje bi se uzoraka tla u nenarušenom stanju također provelo na neizgaženom tlu u tlu vlake a rezultati vodno-fizičkih svojstva tla dobiveni laboratorijskom analizom uzoraka tla također bi bili upotrebljeni za procjenu utjecaja prolaska skidera na oštećenja tla

Istim metodama oštećenja tla prolaskom skidera su utvrđivali Vranković i Pernar (1993) Meek (1996) i Mathies i dr (2003) Seixas i dr (2003)

341 Vrsta tla i sklop horizonata

Analizom pedoloških profila (pedoloških jama) utvrđuju se vrsta i tip tla te sklop njegovih horizonata

Sklop profila čine horizonti njihov broj izraženost debljina te prijelaz jednog horizonta u drugi Horizont je sloj tla sa značajkama koje su rezultat pedogenetskih čimbenika Osim utvđivanja vrste i tipa tla te dubine rasprostiranja pojedinih horizonata na pedološkom profilu vađeni su i Kopeckijevi valjci radi dobivanja spoznaja o gustoći tla i strukturi poroziteta svakog pojedinog horizonta

Pedološki profil je otvoren (kopan) prema dimenzijama na slici 59 Prilikom određivanja njegovoga položaja smještan je ispod vanjskih dijelova krošanja dubećih stabala te su izbjegavana mjesta gdje su u prošlosti prolazile stare vlake s ciljem dobivanja što reprezentativnijeg podatka

342 Uzorci tla u narušenom stanju

Iz uzoraka tla u narušenom (prirodno poremećenom) stanju laboratorijskim analizama mjere se i izračunavaju vodno-fizička svojstva tla zasnovana na masi uzorka Svrha uzimanja ove vrste uzoraka na terenu je određivanje granulometrijskoga sastava tla

Laboratorijske (direktne) metode određivanje granulometrijskoga sastava tla obuhvaćaju sušenje uzorka odvajanje skeleta usitnjavanje i prosijavanje tla preko sita s rupicama promjera 2 mm kako bi se odvojilo sitno tlo (sitnica) Nakon prve faze rada slijedi priprema sitnice za mehaničku analizu prema jednoj od propisanih metoda čija je svrha odvajanje povezanih čestica pijeska praha i gline te spriječavanje njihove ponovne koagulacije uslijed dijelovanja čestica gline U šumarskoj i poljoprivrednoj pedologiji ova faza rada najčešće se izvodi kuhanjem uzorka tla nakon čega se on prebacuje u valjke za sedimentaciju a zatim se vrši određivanje postotnoga sadržaja pojedinih frakcija pipet metodom (Škorić 1986) Pipet metoda se zasniva na poznatoj brzini padanja pojedinih čestica u suspenziji Na osnovi toga se pipetiranjem s određene dubine u valjku nakon točno određenoga vremena odpipetiraju čestice gline čestice praha i gline a krupni i sitni pijesak dobiju se računskim putem

Slika 59 Položaj i dimenzije pedološkog profila

64

Kemijske analize uzoraka tla provedene su po ovim postupcima

minus reakcija tla izmjerena je elektrometrijski kombiniranom elektrodom u suspenziji tla u vodi odnosno u 001 M CaCl2 u odnosu 125 Za mjerenje je korišten laboratorijski mikroprocesorski pH metar oznake MA 5736 točnosti plusmn 001 pH tvrtke Metrel

minus sadržaj humusa određen je bikromatnom metodom po Tjurinu

minus sadržaj ukupnog dušika određen je spaljivanjem po postupku Kjeldahla i destilacijom po Bremneru

343 Uzorci tla u nenarušenom stanju

Svrha uzimanja uzoraka tla u prirodnom stanju je utvrđivanje vodno-fizičkih svojstava tla zasnovanih na volumenu uzorka

Uzorak tla u nenarušenom stanju uziman je pomoću Kopeckijevog valjka zapremine 100 cm3 (visina 44 cm promjer 55 cm) Sam valjak sastoji se od tijela valjka koje je na jednom kraju zabrušen radi lakšeg utiskivanja u tlo metalne mrežice te dva poklopca Valjci moraju biti označeni s istim oznakama na tijelu valjka i poklopcima Prije izlaska na teren pomičnim je mjerilom provjereno odstupaju li dimenzije valjaka od normiranih vrijednosti Da bi se valjak lakše utisnuo u tlo koristi se metalni nastavak za valjke te drveni ili gumeni bat Nakon utiskivanja valjka u tlo skida se nastavak i lopatom se isijeca tlo oko valjka kako bi se on lakše oslobodio od okolnoga tla

Ovako izvađen valjak najčešće ima višak tla s gornje i donje strane koje je potrebno obrezati oštrim nožem da površina tla bude u visini rubova valjka Nakon stavljanja metalne mrežice i oba poklopca valjak je zamatan u najlon te odlagan u putni hladnjak radi sprečavanja isušivanja uzorka tla tijekom transporta do laboratorija Oznake s tijela valjka i podaci o mjestu vađenja (neizgaženo tlo lijevi ili desni kolotrag broj prolaska skidera broj vlake) upisuju se u terenski manual Prilikom uzimanja uzoraka valjci su utiskivani usporedno s površinom tla na dubini od 15 cm Nakon prolaska skidera vađeno je nekoliko valjaka iz lijevog i desnog kolotraga skidera Pri svakom turnusu je također vađeno nekoliko valjaka na neizgaženom tlu u cilju utvrđivanja dnevnih promjena vodno-fizičkih svojstava tla

S obzirom na veliku neujednačenost tla važno je uzeti veći broj uzoraka a kao minimalna količina repeticija preporuča se vađenje pet valjaka u istim uvjetima (Anon1971) S druge strane u ovom istraživanju je vrlo teško ostvariti dovoljan broj uzoraka jer bi se navedenim brojem uzimanja valjaka kopanjem narušila struktura tla šumskih vlaka što bi utjecalo na pogrešno utvrđivanje odnosa kotača i tla

Analize uzoraka tla provedene su u Pedološkom laboratoriju Zavoda za uzgajanje šuma Šumarskoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu u skladu sa Priručnikom za pedološka istraživanja (Škorić 1982) Iz uzoraka tla u nenarušenom stanju laboratorijskim su analizama utvrđena sljedeća vodno-fizička svojstava

Prirodna gustoća tla ρb = (mS V) gcm3

(69)

Određivanje prirodne gustoće tla vrši se tako da se masa suhoga tla podijeli s volumenom koje tlo ima u prirodnom stanju tj tlo iz Kopeckijevoga valjka stavlja se u sušionik te se suši na 105˚C do konstantne mase Masa osušenoga tla (mS) stavlja se u omjer s volumenom valjka (V)

Gustoća čvrste faze tla ρp gcm3

(70)

Ova gustoća određuje se na način da se masa potpuno suhoga tla podijeli s volumenom koji zaprema neporozna masa čvrstih čestica tla koja se određuje na principu tekućine koju istisnu čvrste čestice tla iz napunjene baždarene posude (piknometra) Poznavanje vrijednosti prirodne gustoće tla i gustoće čvrste faze tla omogućuje izračunavanje poroziteta tla

Porozitet tla Φ = [1 ndash (ρb ρp)] vol (71)

Porozitet tla je suma svih šupljina tla ispunjenih vodom i zrakom a izračunava se pomoću prirodne gustoće tla (ρb) i gustoće čvrste faze tla (ρp) Tla mogu biti vrlo malo porozna (lt30 ) malo porozna (30 - 45 ) porozna (45 - 60 ) i vrlo porozna (gt 60 )

65

Trenutna vlaga tla θV0 = [(mW ndash mS) V)] 100 vol (72)

Trenutna vlaga tla predstavlja razliku u masi prirodno vlažnog tla (mW) i osušenoga tla na 105˚C do konstantne mase (mS) koja je svedena na obujam uzorka ndash valjka (V)

Retencijski kapacitet tla za vodu θVS = [(∆mW + mW ndash mS) V] 100 vol (73)

Predstavlja sposobnost tla da drži vodu molekularnom adhezijom hidratacijskim i kapilarnim silama i površinskom napetošću Određivanje retencijskog kapaciteta se vrši na način da se Kopeckijev valjak postavi u posudu na stalak pokriven filter papirom čiji rubovi poniru u vodu Na taj način uzorak tla u valjku upija vodu preko filtar papira Kada se tlo na površini valjka orosi znači da se zasitilo s vodom do retencijskoga kapaciteta Valjak se skida sa stalka ostavlja desetak minuta na filtar papiru da se suvišna vlaga odstrani te se nakon toga obriše i važe Potom se valjak stavlja u sušionik i suši na 105˚C do konstantne mase Retencijski kapacitet tla za vodu izračunava se iz razlike mase navlaženoga tla do retencijskoga kapaciteta (∆mW + mW) i mase suhoga tla (mS) svedene na volumen valjka (V) S obzirom na rezultat retencijski kapacitet tla za vodu može biti vrlo malen (lt 25 ) malen (25 - 35 ) srednji (35 -45 ) velik (45 - 60 ) i vrlo velik (gt 60 )

Kapacitet tla za zrak Φa = Φ ndash θVS vol (74)

Kapacitet tla za zrak je udjel pora tla koje ispunjava zrak u trenutku zasićenja tla do njegovog retencijskog kapaciteta za vodu a izračunava se iz razlike poroziteta tla i retencijskoga kapaciteta tla za vodu Kapacitet tla za vodu se izražava kao vrlo malen (lt 5 ) malen (5 - 10 ) srednji (10 -15 ) velik (15 - 20 ) i vrlo velik (gt 20 )

344 Prodirna značajka tla

Za mjerenje prodirne značajke tla rabljen je digitalni penetrometar Eijkelkamp čije osnovne sastavnice prikazuje slika 60 penetrologger- mjerni uređaj (1) dinamometar (2) čelični nastavci (3) konus (4) referentna ploča (5) te PC konektor (6) Načelo rada ovog penetrometra zasniva se na dinamometarskoj izmjeri primjenjene sile na rukohvatu uređaja kojim se konus poznatih dimenzija utiskuje u tlo Tijekom utiskivanja konusa u tlo ultrazvučni senzor penetrologgera mjeri dubinu prodiranja na osnovi odbijenih valova od referentne ploče (predstavlja površinu tla) s preciznošću od 1 cm Mjerni raspon dinamometra iznosi od 0 do 1 kN s preciznošću izmjere od 1 N Pri samom mjerenju računalo penetrometra zapisuje u njegovu internu memoriju parove izmjerenih podataka tj vrijednosti sile (tlak) i pomaka (dubina prodiranja) pomoću računalnog programa (data acquisition) u ASCII kodu Set penetrometra opremljen je s deset mjernih konusa različitih površina i vršnog kuta (30deg i 60deg) čime je omogućen širok raspon primjene ovog uređaja

Pomoću računalne aplikacije Eijkelkamp PenetroViewer (slika 62) ostvaruje se veza između digitalnog penetrometra i osobnog računala (COM port) kojom je omogućeno programiranje plana istraživanja (odabir veličine i vršnog kuta konusa brzine prodiranja konusa u tlo kao i broj repeticija mjerenja) odnosno vrši prijenos izmjerenih podataka Navedena aplikacija omugućuje i grafički pregled izmjerenih podataka te njihov prijenos iz ASCII koda u format koji koriste standardni tablični kalkulatori (txt csv xls) i statistički paketi Tijekom terenskih istraživanja korišten je konus s površinom presjeka 2 cm2 i vršnim kutem 30deg koji se utiskivao u tlo brzinom 1 cmsec U turnusu je izvođeno po 10 utiskivanja konusa u lijevom desnom kolotragu i na neizgaženom tlu (slika 61)

Slika 60 Eijkelkamp penetrometar

66

Slika 61 Mjerenje penetrometrom Eijkelkamp Slika 62 Aplikacija PenetroViewer ver 424

Uslijed nehomogenosti strukture tla Ronai (1983) i Horvat(1993A 1994A) primjećuju veliko rasipanje podataka između repeticija izmjere prodirnih značajki

Horvat (1994B 1995 1996A 1996B) navodi da se istraživanje ovisnosti otpora tla prodiranju konusa o dubini prodiranja regresijskom analizom može raditi sa srednjim vrijednostima otpora za pojedinu dubinu prodiranja iz ponovljenih mjerenja jednako dobro kao i sa svim podacima Isti autor u citiranim radovima za izjednačavanje podataka koristi eksponencijalni korelacijski oblik p = A sdot (BZ ndash 1) + C za koji navodi da karakteristična točka u kojoj se sijeku vodoravna asimptota i tangenta krivulje iz vrijednosti C može poslužiti za brojčano određenje i ocjenu prodirne značajke tla (slika 63)

345 Posmična čvrstoća tla

Krilna sonda je uređaj koji se sastoji od mjernog krila pričvršćenog na šipku na kojoj se nalazi moment metar naprava kojom se mjeri moment potreban da se okrene krilo u trenutku savladavanja čvrstoće na smicanje uzduž plašta valjka opisanog oko krila (Nonveiller 1979)

Mjerna krila predstavljaju dvije metalne ploče visine (H) i širine (B) međusobno poprečno pričvršćene na metalnu šipku (slika 64)

Krila sonde utiskuju se u tlo do željene dubine mjerenja Okretanjem krila tlo se lomi po plaštu valjka kojemu je promjer jednak širini krila Iz jednakosti momenta torzije (MT) i momenta otpora tla na smicanje na plaštu i bazi valjka kojeg stvaraju krila pri okretanju dobiva se čvrstoća smicanja tla

rArrsdotsdotsdotsdotsdot+sdotsdotsdotsdot= 23

2

22

2

2

TBBB

HBM πτπτ (75)

+sdotsdotπ

sdot=τ

3

2

2

T

BHB

M (76)

Otpor tla na smicanje (posmična čvrstoća) mjeren je krilnom sondom (Eijkelkamp ndash Field inspection Vane tester) Dimenzije krila sonde su 16 mm x 32 mm a mjerno područje ovog instrumenta je u rasponu od 0 do 260 kPa s točnošću očitanja mjernog rezultata od 4 kPa

Slika 63 Izjednačenje podataka prodirne značajke tla

Slika 64 Krilna sonda

67

Mjerni rezultat ovog instrumenta odnosi se na otpor pri smicanju tla u trenutku njegovog sloma Krilnom sondom su izvršena mjerenja u površinskom sloju tla i na dubini od 15 cm i to po 10 mjerenja u lijevom i desnom kolotragu te na nezgaženom tlu u svakom vučnom pokusu

346 Širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga

Za deformacije tla koje nastaju uslijed kretanja vozila po šumskom bespuću ne postoje standardizirane metode izmjere već se u literaturi opisuju kroz širinu gaženog traga dubinu kolotraga ili površinu presjeka gaženog profila tla

Kolotrag kotača vozila Saarilahti (2002A) definira kao površinsku deformaciju tla (ulegnuće) dublje od 10 cm i dulje od 05 m koje je nastalo uslijed sloma i sabijanja tla kretanjem vozila Pod razinom površine tla podrazumijeva dno sloja šumskog listinca ili mahovine Isti autor za prikupljanje podataka o dubini kolotraga na terenu preporuča uzimanje sistematskog uzorka na osnovi kvadratne mreže čija gustoća čvorova (grid) ovisi o željenom intenzitetu izmjereZa izmjeru na terenu koristi se tzv nultom točkom uzorka koja predstavlja čvor položene zamišljene mreže a samu izmjeru vrši na kolotragu koji mu je najbliži Pri tome od nulte točke kolotraga u uzdužnom smjeru vlake sa svake strane na duljini od 15 m mjeri dubinu deformacije tla Samu dubinu kolotraga raščlanjuje u dva razreda prihvatljivu (lt 10 cm) i neprihvatljivu (gt 10 cm) Zadano ograničenje dubine kolotraga (10 cm) zasniva se na procjeni kakvoće izvođenja radova ali i preporukama istraživača (Owende i dr 2002)

Za operativnu procjenu kakvoće izvođenja privlačenja drva Saarilahti (2002I) preporučuje prihvatljivu prosječnu dubinu kolotraga kao onu koja ne prelazi dubinu od 10 cm na više od 10 ukupne duljine cjelokupnoga gaženja tla sječne jedinice

Meek (1996) te Nugent i dr (2001) mjere značajke kolotraga (dubina širina gaženja) prema metodici prikazanoj na slici 65 Košir (2002) navodi da širina gaženja tla pri privlačenju drva ovisi o širini primjenjenoga vozila Usljed višekratnog prolaska vozila isti autor utvrđuje povećanje širine gaženja tla za 05 m sa svake strane vozila

Tijekom istraživanja širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga mjerili su se pomoću geodetske letve duljine 5 m položene na usidrene oslonce nakon svakog prolaska skidera (slika 66) Na svakoj vlaci su određena dva mjesta izmjere dubine kolotraga

Slika 65 Postupak izmjere kolotraga

Slika 66 Mjerenje dubine kolotraga na terenu

68

35 Statistička obrada podataka mjerenja

Terenski podaci mjerenja na tlu prenijeti su iz snimačkih listova u računalne datoteke radi lakše dostupnosti pri obradi podataka Obradom snimljenih podataka obuhvaćeni su kontrola i odabir podataka njihovo razvrstavanje kao i izračunavanje traženih parametara

Obrada podataka provedena je po sljedećem redoslijedu

rArr unošenje snimljenih podataka u računalo i stvaranje datoteka podataka za daljnju obradu

rArr određivanje zahtjeva s obzirom na cilj i razinu pojedinih obrada

rArr izbor metoda analize ili funkcija izjednačenja

rArr izračunavanje traženih parametara

rArr testiranje i analiza rezultata

rArr oblikovanje izlaza

Za opis temeljnih značajki skupova promatranih podataka (neovisne varijable) korištene su metode deskriptivne statistike gdje su izračunate različite mjere središnje tendencije rasipanja mjernih podataka a kao najpovoljnije odabrane su medijan i aritmetička sredina sa standardnom devijacijom kao mjerom rasipanja te vrijednosti Za aritmetičku sredinu kao srednju vrijednosti opažanih podataka postavljen je uvjet da preciznost smije biti maksimalno plusmn005 uz 95 vjerovatnosti Međutim Hitrec (1996) navodi teškoće u pridržavanju takvog uvjeta zbog jako velikog potrebnog uzorka kako bi se dobila potrebna preciznost i zadovoljavajuća pouzdanost što dovodi do predugog trajanja vremena pokusa i njegovog poskupljivanja

Pomoću testa razlike (Studentov t ndash test) provedeno je zaključivanje o značajnosti razlika među izračunatim srednjim vrijednostima opažanja (aritmetičkim sredinama) Na osnovi nulhipoteze pretpostavljeno je da su razlike između dviju sredina opažanja rezultat slučajne varijabilnosti vrijednosti u uzorcima te da između odgovarajućih sredina takve razlike nema Razlike između sredina dijeljene su sa standardnom pogreškom a zatim je kvocijent uspoređen s iznosom od 196 standardne pogreške Tamo gdje je kvocijent veći odbacujemo nulhipotezu a ako je manji smatramo da razlika između sredina nije značajna na 5 -tnoj razini signifikatnosti (Pavlić 1985)

Za testiranje značajnosti razlika prosječnih vrijednosti više skupova podataka (više od dva) istog mjernog parametra korištena je jednostruka analiza varijance (ANOVA) koja predstavlja postupak kojim se ukupna varijabilnost rastavlja na varijabilnost između prosječnih vrijednosti grupa opažanja i na varijabilnost unutar grupa opažanja (Serdar i Šošić 1981) Tim postupkom ova metoda odgovara na pitanje je li značajnija varijabilnost između srednjih vrijednosti grupa ili varijabilnost unutar pojedinih grupa podataka (Vasilj 2000)

Metode statističke analize vremenskih nizova korištene su za opis promjena fizičko-mehaničkih i vodno-fizičkih značajki šumskog tla koje su posljedica višekratnog prolaska forvardera Pri tome su korištena dva individualna indeksa kojima se iskazala dinamika sabijanja tla Indeks sa stalnom bazom iskazuje razinu promjene u odnosu na neku odabranu vrijednost (neizgaženo tlo) Lančani (verižni) indeks korišten je za prikaz promjene praćenih parametara tla u odnosu na svaki ponovni prolazak vozila po šumskom tlu

Za istraživanje mogućih stohastičkih ovisnosti između zadovoljavajuće koreliranih varijabli korištena je regresijska analiza Odabir krivulje izjednačenja vršen je na osnovi slijedećih parametara koeficijenta (determinacije) korelacije (R) standardne devijacije zavisne varijable oko linije izjednačenja (sYX) te t-varijable (tStat) i vjerovatnosti greške prve vrste (P-value) regresijskih koeficjenata (Serdar i Šošić 1981 Kachigan 1991) Za utvrđivanje jakosti veze između izjednačenih nezavisnih i zavisnih varijabli korištena je Roumlmer-Orphal-ova skala (Kump i dr 1970)

Slika 67 Roumlmer-Orphal-ova raspodjela

Matematičko ndash statistička obrada podataka obavljena je uz pomoć osobnog računala primjenom programskih paketa Microsoft Excel 97 i Sta Soft Statistica 50

69

Za izjednačavanje ovisnosti parova podataka koji porastom nezavisne varijable pokazuju da podaci zavisne varijable imaju asimptotski trend porasta korišten je eksponencijalni regresijski računalni program REGEXE primarno razvijen za istraživanja krivulja klizanja kotača vozila (Hitrec i Horvat 1987) Navedeni računalni program čvrstoću veza odabranih regresijskih modela prikazuje pomoću tri parametra r ndash koeficijenta korelacije R ndash indeksa korelacije i R gt ndash testiranja indeksa korelacije temeljem broja opažanja

Utvrđivanje razlika u stupnju sabijenosti tla višekratnim prolaskom skidera je izvršeno usporedbom površina ispod krivulja izjednačenja prodirnih značajki Poznavajući oblik i koeficijente jednadžbi izjednačenja metodom određenih integrala izračunate su površina ispod krivulja

50

Stoga se u ovom području može napisati jednadžba pravca poznata i kao Hookov zakon oblika

σ εsdot= E (54)

Uslijed djelovanja vlačnih sila ne dolazi samo do produljenja opterećenog elementa već i do njegovog poprečnoga utezanja (kontrakcije) Isto tako djelovanjem tlačnih sila dolazi do istezanja (ekspanzije) širine elementa (slika 35) Poprečna se kontrakcija ili ekspanzija elementa označava obično sa εεεεt Mnoga su mjerenja pokazala da je do određene granice opterećenja promjena širine elementa srazmjerna uzdužnom istezanju te se taj odnos definira Poissonovim koeficijentom koeficijentom proporcionalnosti ν ili

ε t ε l = ν (55)

Njegova je vrijednost za većinu metala približno jednaka 03

Pojavu promjene otpora vodiča pod djelovanjem opterećenja je otkrio engleski fizičar Sir Charles Wheatstone 1843 godine te prikazao mogućnosti mjernog pretvornika na osnovi simetrično postavljena četiri otpornika Ovaj most po njemu i nosi naziv Wheatstoneov most mada ga je prvi odredio S H Chrislie još 1833 godine Opažanje koje je pred kraljevskim filozofskim društvom iznio lord Kelvin predstavlja prvi eksperiment s elektrootpornim mjernim trakama On je pomoću Wheatestoneovog mosta i galvanometra pokazao da se električni otpor bakarne i željezne žice mijenja njihovim produljenjem Thomson 1856 godine objavljuje prve radove o promjeni otpora vodiča pod djelovanjem opterećenja prema postavkama Wheatstone-a Tehnička primjenjivost njihovih istraživanja je krenula tek 30-ih godina prošlog stoljeća Razlog tome leži u činjenici da su zabilježene promjene otpora bile vrlo male Lord Kelvin i Thomson su koristili visoko osjetljive galvanometre koji su neprikladni za tehničku primjenu Razvoj elektronskih pojačala je ubrzao primjenu elektrootpornih mjernih traka

Godine 1938 Eduard Simons usavršava mjernu traku lijepljenjem žice od konstantana na papir Do istog rješenja dolazi iste godine i Arthur Claude Ruge s tom razlikom da je vrlo tanku žica postavio u zavojiti oblik te je zalijepio između dva papira Prednost njegove mjerne trake je što je bila vrlo tanka i lagana za postavljanje lijepljenjem na bilo koju površinu i omogućavala mjerenje na vrlo tankim i malim predmetima Oblik Ruge-ove mjerne trake se održao do današnjih dana ali s mnogim poboljšanjima kakvoće materijala i tehnologije izrade Masovnija proizvodnja mjernih traka počinje u Evropi poslije drugog svjetskoga rata

Osnovni dijelovi mjerne trake su nosiva podloga mjerna mreža i spojni vodovi a najvažnija značajka efektivna duljina mjerne mreže (slika 36) Mjerna traka mjeri aritmetičku sredinu naprezanja ispod mjerne mrežice Izbor efektivne duljine mjerne mrežice utjecat će na rezultate mjerenja Vrlo kratkom mjernom mrežicom mjere se vršne vrijednosti naprezanja u materijalu Dulja mjerna mrežica omogućit će mjerenje srednjih vrijednosti naprezanja u materijalu Promjeri žica od kojih se rade mjerne trake iznose od 002 do 004 mm Električni je otpor mjerne mreže standardiziran i iznosi 120 Ω ili 350 Ω kod mjernih traka za izradu dinamometara (Hoffmann 1989)

Slika 35 Prikaz odnosa utezanja i istezanja materijala

a - nosiva podloga b - mjerna mrežica c - priključni vodovi d - efektivna duljina mjerne mrežice

Slika 36 Dijelovi mjerne trake

51

Mjerne se trake proizvode u raznim oblicima koji su određeni područjem njihove primjene Najširu primjenu imaju metalne mjerne trake ali za potrebe preciznijih ili kompleksnijih mjerenja razvijene su poluvodičke piezoelektrične foto-elastične mjerne trake te mjerne trake za primjenu pri visokim temperaturama (gt 500 C) Mjerne trake mogu biti izrađene s jednom mrežicom dvije ili pak s tri mrežice Kod mjernih traka s dvije ili tri mrežice njihov se međusobni položaj nalazi pod kutem od 0deg 45deg 60deg 90deg ili 120deg Spajanjem više mjernih traka u liniju dobivamo mjerni lanac odnosno rozetu pri spajanju u kružni oblik Mjerni lanci i rozete su višenamjenske mjerne trake koje omogućavaju veću točnost izmjere naprezanja na većoj površini

Ranije je istaknuto svojstvo većine krutih materijala da u određenom području naprezanja pokazuju linearan odnos između sile i produljenja Pretpostavimo da smo na površinu tijela izrađenih od takvih materijala nalijepili elektrootpornu mjernu traku koja u potpunosti slijedi promjenu dimenzija uslijed naprezanja Neka je duljina vodiča na traci L a površina poprečnog presjeka CD2

gdje je C konstanta a D poprečna dimenzija Za okrugli presjek žice vrijedi C = π4 a D je promjer vodiča Kod pravokutnoga presjeka D je jedna stranica dok je C omjer druge i prve stranice Električni otpor takvoga vodiča može se pokazati relacijom

2DC

LR

sdot

sdot=

ρ (56)

gdje je ρ električni otpor materijala po jedinici duljine ili jednostavno jedinični otpor Prema ranije navedenom nakon opterećenja uzdužnom silom na svakoj će od gornjih veličina doći do promjene Derivira li se gornja jednadžba dobiva se slijedeći oblik

22

2 d2dd

)DC(

LLDC)LL(DCR

sdot

sdotsdotsdotsdotsdotminussdot+sdotsdotsdot=

ρρρ (57)

Podijeli li se jednadžba (57) s jednadžbom (56) dobiva se

LLLL

DD

LL

RR

d

d

d

d21

d

d ρρ+sdotminus= (58)

Lijeva strana jednadžbe (58) očito određuje relativnu promjenu otpora u ovisnosti o relativnom produljenju i u stvari predstavlja osjetljivost mjerne trake Ovaj se odnos uzima kao temeljna značajka mjernih traka Naziva se faktorom trake ili k - faktor Prvi član desne strane jednadžbe određuje ranije spomenuti Poissonov koeficijent ν Drugi član na desnoj strani jednadžbe je odnos relativne promjene jediničnog otpora i relativnog produljenja Ako se taj odnos prikaže oznakom m te uvrsti Poissonov koeficijent onda će jednadžba (58) poprimiti slijedeći oblik

mLL

RRk +sdot+== micro21

d

d (59)

Iz jednadžbe (59) proizlazi da je

R

R

k

∆sdot=

1ε (60)

Jednadžba (60) je temelj mjerenja pomoću elektrootpornih (tenzometrijskih) traka Pomoću nje je moguće izračunavanje produljenja vodiča na osnovi poznate vrijednosti k - faktora i izmjerene promjene električnoga otpora u odnosu na njegovu početnu vrijednost Ta se činjenica u jedinstvu s prethodno opisanim osobinama elastičnoga materijala zapravo koristi pri mjerenju mehaničkih veličina električnim putem

Većina kovina izloženih elastičnoj deformaciji ima približnu osjetljivost na deformaciju k=2 Međutim tek nekoliko njih ima stalnu vrijednost osjetljivosti u svom elastičnom i plastičnom području Danas se za izradu mjernih traka rabe razni materijali od kojih valja spomenuti

advance slitine (k=21)

karma slitine (k=21)

isoelastic slitine (k=36)

slitina No 479 (k=47) i druge

Izražene se vrijednosti k - faktora od strane proizvođača odnose na sobnu temperaturu okoline

52

Promjenom temperature mijenja se i k - faktor Kako je opće poznato zagrijavanjem materijala dolazi do njegovog termičkog istezanja Riječ je o relativnom temperaturnom istezanju materijala Stoga se uvodi tzv temperaturni koeficijent produljenja kao produljenje štapa jedinične duljine pri povišenju temperature za 1K odnosno

T

L

L ∆∆

sdot=1

α (61)

gdje je ∆T promjena temperature L duljina štapa a ∆L temperaturno produljenje

Na pouzdanost pri mjerenju značajno utječu i podloga na koju je mjerna traka nalijepljena ljepilo s kojim se zajedno s podlogom pričvršćuje na mjerno mjesto hrapavost podloge na koju se pričvršćuje i drugi utjecajni parametri Idealan materijal za izradu mrežica tenzometrijskih traka trebao bi posjedovati slijedeće karakteristike

što veću osjetljivost odnosno što veći k ndash faktor

veliki jedinični otpor

malu osjetljivost na temperaturne promjene

visoku granicu razvlačenja

visoku dinamičku izdržljivost

malu mehaničku histerezu

otpornost na koroziju i dr

Mjerenja pomoću elektrootpornih mjernih traka mogu se provoditi svim električnim mjernim mostovima koji se rabe i za mjerenje otpora Da bi se mjerenje provelo kvalitetno treba upotrijebiti mjerni most koji udovoljava slijedećim značajkama

valja postići linearnu karakteristiku između otpora R i signala na instrumentu

kada otpor R teži k nuli treba i odgovarajući odziv na pokaznom instrumentu težiti k nuli

valja postojati mogućnost pojačanja signala povećanjem napona napajanja mosta

mogućnost umjeravanja valja biti što jednostavnija

Gore navedenim zahtjevima najviše udovoljava Wheatestonov most Kako je ranije spomenuto i sasvim male promjene električnog otpora reda veličine tisućinke Ω koje se pojavljuju u mjernim trakama uslijed naprezanja te odgovarajućih istezanja moguće je pouzdano mjeriti pomoću Wheatestonovog mosta

Mjerni sustav se sastoji od mjernih traka povezanih u Wheatestoneov mjerni krug pojačala koji će predati ulazni napon mjernoj traci te primiti izlazni signal napona Postavljanjem mjerne trake na ispitni predmet naprezanja se u njemu prenose na mjernu traku što uzrokuje promjenu električnog otpora trake Promjenom otpora trake most gubi simetriju te dolazi do razlike između ulaznog i izlaznog napona

Osnovna izvedba Wheatestonovog mosta prikazana je na slici 37 na kojoj otpori prikazani u sva četiri mjerna kraka mosta mogu predstavljati elektrootpornu mjernu traku

Simboli koji će se rabiti u ovom poglavlju imaju slijedeća značenja

R - otpornik Ω

∆R - promjena otpora Ω

Uu - ulazni napon V

Ui - izlazni napon mosta V Slika 37 Shematski prikaz Wheatestonova mosta

53

Na početku ćemo pretpostaviti da su otpornici u svim krakovima mosta identični To znači da je most u ravnoteži (izbalansiran) Odatle slijedi da pad napona kroz otpornik R24 mora biti identičan padu napona kroz otpornik R23 Lako se može pokazati da je

13

23

14

24

R

R

R

R= (62)

Ovaj je odnos izuzetno bitan budući da upućuje na to da bilo koja promjena otpora na jednoj strani mosta može biti uravnotežena podešavanjem otpora na suprotnoj strani mosta Na osnovi gornje jednadžbe može se napisati

13

142324

R

RRR

sdot= (63)

Jednadžba ukazuje na to da se uz pouzdano poznavanje otpora R14 te uz pouzdano poznavanje odnosa dvaju otpora na drugoj strani mosta može isto tako pouzdano odrediti nepoznati otpor R24 Nadovezujući se na ovaj primjer može se pretpostaviti slučaj u kojem je nepoznati otpornik upravo naša mjerna traka pričvršćena na ispitivanom uzorku To znači da je most moguće umjeriti prije opterećivanja elementa Nakon uvođenja opterećenja most se može ponovno uravnotežiti podešavanjem odnosa dvaju otpornika R23R13 Ukoliko je poznata promjena odnosa moguće je odrediti razliku otpora mjerne trake prije i poslije opterećenja Ta je razlika bila izazvana relativnim produljenjem kao posljedicom djelovanja vanjskih sila Stoga se relativno produljenje može računati prema relaciji

kR

R

kR

R 1∆∆sdot=

sdot=ε (64)

Ranije je pokazano da je promjena otpora direktno srazmjerna relativnom istezanju tako da je odnos tih dviju veličina moguće veoma lako međusobno umjeriti Mnogo se pogodnija rješenja postižu onda kada se indikator izravno umjeri u vrijednostima relativnog istezanja To znači da se nakon uravnotežavanja mosta na početku mjerenja može očitavati svaku promjenu istezanja u mjerilu izravno na indikatoru

U slučajevima u kojima se pri mjerenjima koriste mjerna pojačala izravna su očitanja promjena naprezanja još mnogo jednostavnija Posebne pogodnosti imaju noviji sustavi za prikupljanje podataka koji preko analogno - digitalne konverzije mjernog signala omogućuju direktnu obradu rezultata mjerenja o čemu će kasnije biti više riječi

Za mjerenja se istodobno može koristiti jedna dvije ili četiri aktivne mjerne trake Ovisno o broju aktivnih mjernih traka razlika se potencijala određuje po slijedećim relacijama

Mjerni pretvornik sa samo jednom ugrađenom mjernom trakom u mjerni most još se naziva četvrt mosta Za četvrt most se može pokazati da vrijedi relacija

4

RR

E

V ∆= (65)

Uvrštavanjem vrijednosti iz relacije (59) u (65) te preuređenjem dobiva se izraz za relativno produljenje

kE

V

sdotsdot

=4

ε (66)

Shematski prikaz četvrt mosta vidi se na slici 38

Osnovna je značajka četvrt mosta samo jedna aktivna mjerna traka Preostala tri kraka mosta mogu činiti neaktivne ili fiktivne mjerne trake ili jednostavno obični otpornici Od posebnog je značaja relacija (66) koja pokazuje da postoji izravna veza između prisutnog relativnog istezanja i napona na dijagonali Ukoliko su poznati napon pobude mosta i k - faktor trake dovoljno je izmjeriti koliko iznosi napon dijagonale izvan

Slika 38 Izvedbe Wheatstoneovog mosta

54

ravnoteže da bi se odredila razina relativnog istezanja Prema nekim mišljenjima mjerni most sa samo jednom aktivnom mjernom trakom posjeduje samo približnu linearnost između promjene otpora i razlike potencijala na dijagonali Ta linearnost postoji samo pri relativno malim promjenama kao što je to slučaj kod žičanih mjernih traka

Mjerni pretvornik s dvije ugrađene mjerne trake naziva se polu most Za polu most je moguće lako dokazati slijedeće odnose

2

RR

E

V ∆= (67)

Mnoge se prednosti postižu uporabom dviju i više aktivnih mjernih traka koje su pod utjecajem promjena nakon što nastupi vanjsko opterećenje ispitivanog uzorka Budući da će kod uporabe dvije aktivne mjerne trake obje utjecati na promjenu električnoga otpora nakon pojave deformacije to će odmak od ravnoteže mosta biti veći To samo po sebi podrazumjeva znatno veću osjetljivost takvoga mosta Posebna je prednost takvih mjernih pretvornika i u tome što se utjecaj temperature pri kojoj se vrše mjerenja može potpuno zanemariti U mnogim će se slučajevima pored navedenog dobiti i značajno veća točnost pri mjerenjima

Mjerni pretvornik s četiri ugrađene mjerne trake naziva se puni most Kod punog mosta vrijedi slijedeći odnos

R

R

E

V ∆= (68)

Shematski se prikaz punog mosta vidi na slici 38 Upotrebom četiriju mjernih traka u mjernom pretvorniku još se više podiže njegova osjetljivost I kod punog mosta valja naglasiti da se utjecaj promijenjivih temperaturnih uvjeta na rezultate mjerenja u potpunosti može zanemariti U punom se mostu ravnoteža mora postići nekim dodatnim otpornicima Upotrebom punog mosta osjetljivost mjernog pretvornika u odnosu na četvrt mosta može se učetverostručiti

Poznavanjem osnovnih značajki mjerne trake s obzirom na objekt mjerenja uvjete mjerenja i potrebnu pouzdanost mjerenja vrši se odabir mjerne trake

Mjerne se trake obično učvršćuju lijepljenjem mada valja spomenuti da se u posebnim slučajevima i točkasto zavaruju Presudnim za uspjeh mjerenja smatra se izbor ljepila te način lijepljenja s obzirom na materijal i površinu mjernog mjesta U pripremi mjernog mjesta mora se obratiti pozornost na pravilno postavljanje i zaštitu mjerne trake kako bi odstranili moguće greške mjerenja Površina mjernog mjesta mora biti potpuno očišćena kako ostanak nečistoća ispod mjerne mrežice ne bi utjecao na točnost mjerenje i suha kako bi se onemogućila korozija trake Osim toga sama površina treba biti glatka bez najmanjih pukotina u materijalu koje bi utjecale na nepravilno prenošenje naprezanje s materijala na mjernu traku Zbog istog razloga sloj ljepila mora biti vrlo tanak ali dovoljan da omogući čvrsto prijanjanje mjerne trake na mjerno mjesto Odmah nakon pripreme mjernoga mjesta valja nalijepiti mjerne trake Postupak lijepljenja ilustriran je na slici 39

Pri povezivanju priključnih vodova mjernih traka lemljenjem pomoću vodiča također postoji opasnost oštećenja mjernih traka Na kraju mjerno mjesto je potrebno zaštiti od vanjskih utjecaja prvenstveno od vlage i mehaničkih oštećenja (slika 40)

Slika 39 Lijepljenje mjerne trake

Slika 40 Zaštita mjerne trake

55

332 Mjerila i mjerna oprema

Za mjerenje predviđenih značajki kretnosti skidera konstruirana su ili primjenjena mjerila za istovremeno određivanje 16 veličina Te veličine su

1 zakretni moment na prednjem desnom kotaču MPD (Nm)

2 zakretni moment na prednjem lijevom kotaču MPL (Nm)

3 zakretni moment na stražnjem desnom kotaču MSD (Nm)

4 zakretni moment na stražnjem lijevom kotaču MSL (Nm)

5 opterećenje na prednjem desnom kotaču GaPD (kN)

6 opterećenje na prednjem lijevom kotaču GaPL (kN)

7 opterećenje na stražnjem desnom kotaču GaSD (kN)

8 opterećenje na stražnjem lijevom kotaču GaSL (kN)

9 broj okretaja prednjeg desnog kotača nPD

10 broj okretaja prednjeg lijevog kotača nPL

11 broj okretaja stražnjeg desnog kotača nSD

12 broj okretaja stražnjeg lijevog kotača nSL

13 broj okretaja petog kotača n5K

14 horizontalna sastavnica sile u užetu H (kN)

15 vertikalna sastavnica sile u užetu V (kN)

16 vrijeme t (s)

Na osnovu podataka izmjere navedenih veličina može se izvršiti proračun potrebnih tehničkih značajki skidera pri privlačenju drva kao što su adhezijska težina skidera vučna i obodna sila faktori privlačenja bruto i neto vuče te kotrljanja dinamički polumjer kotača sila u užetu i kut nagiba užeta koeficijent raspodjele težine tovara brzina kretanja skidera klizanje kotača obodna i vučna snaga te snaga kotrljanja i korisnost kotača

Vertikalna opterećenja kotača predstavljaju masu odnosno težinu koju nose Mogu se odrediti na nekoliko načina proračunskim putem prilikom konstruiranja vozila vaganjem vozila (statički teret dobiven kao izvaga praznog i punog vozila) te kao stvarno opterećenje u radu - dinamička opterećenja (Sever i dr 1989)

Za mjerenje dinamičkih opterećenja na kotačima mjerne su trake postavljene odmah iza kotača na gornju stranu kućišta vratila koji izlazi iz diferencijala prema kotaču (završnom ili planetarnom reduktoru) Upotrebljene su mjerne trake oznake LY11-6120 što označava linearnu mjernu traku (L) nosive podloge od poliamida i mjerne mrežice od konstantana (Y) namijenjenom za postavljanje na čeličnim konstrukcijama (1) s jednom mjernom mrežicom duljine 6 mm i otpora 120 Ω Mjerne trake su kod svakog kotača postavljene u Wheatestone-ov polu-most pri čemu su dvije mjerne trake postavljene pod kutem od 90deg međusobno i s obzirom na uzdužnu i poprečnu os kućišta vratila (slika 42)

Mjerenje zakretnih momenata izvršeno je pomoću mjernih traka postavljenih na obodu kućišta završnih planetarnih reduktora Upotrebljene su mjerne trake oznake XY21-3120 što označava mjernu traku s nosivom podlogom od poliamida i mjerne mrežice od konstantana (Y) namijenjenom za postavljanje na čeličnim konstrukcijama (1) s dvije mjerne mrežice duljine 3 mm i otpora 120 Ω postavljene međusobno pod kutem od 90deg pri čemu je svaka mjerna mrežica otklonjena za 45deg od uzdužne osi mjerne trake (X) Za mjerenje su bile potrebne dvije mjerne trake koje su se postavile dijametralno suprotno na obodu kućišta završnog

Slika 41 Položaj mjernih traka pri mjerenju momenata

56

reduktora (slika 41) Točno postavljanje mjernih traka se izvršilo na osnovu mjerenja opsega oboda kućišta Mjerne trake su na svakom kotaču postavljene u Wheatestone-ov puni-most

Povezivanje je priključnih vodova mjernih traka izvršeno lemljenjem pomoću vodiča površine presjeka 015 mm2 do spojnog mjesta za svaki Wheatestoneov most Na spojnim mjestima su priključeni 4-žilni 15 pinski oklopljeni kablovi koje vode do pojačala

Zbog okretanja kotača bilo je potrebno postaviti klizni prijenosnik na svakom kotaču Nosači su kliznog prijenosnika učvršćeni na kućište završnog reduktora (slika 43) Klizni prijenosnik se sastoji od rotora kliznog prstena i kućišta Rotor je spojen s nosačem te se okreće zajedno s kotačem Na utičnicu rotora je doveden kabel sa spojnog mjesta Kućiste kliznog prijenosnika je učvršćeno elastičnim užetom na dodatnu konstrukciju koja je postavljenja iznad osovina skidera kako bi se omogućilo nesmetano okretanje kotača Signal se promjene otpora traka s utičnice na rotoru prenosi preko prstena i grafitnih četkica na utičnice na kućištu kliznog prijenosnika odakle kabel dalje vodi do pojačala

Dodatni prsten i grafitna četkica u kliznom prijenosniku su iskorišteni kao davači impulsa za određivanje broja okretaja kotača Ovaj postupak je opisao i primjenio Horvat (1993A) za istovremeno očitanje mjernog signala zakretnog momenta i broja okretaja vratila forvardera Od četiri klizna prijenosnika dva su imala prsten podijeljen na 10 segmenata tj za jedan puni okret kotača su bilježila 10 impulsa dok su ostala dva za jedan okret kotača bilježila jedan impuls Klizni prijenosnici s prstenom od 10 segmenata su postavljeni na prednji desni i stražnji lijevi kotač Raspon napona impulsa okreta kotača se kretao od 5 V do 9 V S druge utičnice na kućištu kliznog prijenosnika pomoću kabela se signal prenosio do pojačala S obzirom da je izlazni napon pojačala manji od raspona napona davača impulsa upotrebljeno je vanjsko napajanje pomoću 2 baterijska uloška napona 45 V

Stvarno prevaljeni put mjeren je pomoću slobodno kotrljajućeg petog kotača a njegova primjena je potrebna za određivanje brzine kretanja skidera i klizanja kotača usporedbom njegovog broja okretaja i broja okretaja pogonskih kotača Primjena petog kotača je dosta česta kod ispitivanja poljoprivrednih traktora a kod istraživanja specijalnih šumskih vozila koriste ga mnogi istraživači i može se smatrati najčešćim mjerilom puta (Hassan 1989) Isti autor (1988) opisuje optičko mjerilo puta razvijeno u NCSU za istraživanja skidera u eksploatacijskim uvjetima Sever (1980) kod istraživanja vučne značajke skidera te Horvat (1993A) kod istraživanja forvardera također koriste peti kotač

Peti kotač je zglobno učvršćen na prednju dasku skidera (slika 44) a duljina prevaljenog puta je određena na osnovu njegovog broja okretaja i izmjerenog opsega Na peti kotač je također bio postavljen klizni prijenosnik preko kojeg se na opisani način prenosio impuls promjene napona pomoću prstena s podjelom od 10 segmenata i grafitne četkice

Slika 42 Mjerno mjesto na kućištu osovine kotača

Slika 43 Prepariranje planetarnog reduktora

Slika 44 Peti kotač

57

Određivanje se horizontalne i vertikalne sastavnice sile u užetu pri privlačenju drva izvršilo pomoću dva vlačno-tlačna dinamometra HBM 50 kN i HBM 20 kN Dinamometri su međusobno spojeni pod kutem od 90deg stupnjeva te postavljeni na nosač zglobno učvršćen na mjestu vertikalnih valjaka vitla (slika 45) Sever (1980) navodi da je postavljanje dinamometara na nosač jedini mogući način da se istovremeno registriraju horizontalna i vertikalna sila u užetu u eksploatacijskim uvjetima Na spoju dinamometara je postavljen držač veznog užeta tovara Na taj način je omogućeno točno određivanje sastavnica sila te kuta nagiba užeta Dinamometri su se nalazili točno u horizontalnoj i vertikalnoj ravnini s obzirom na podlogu pri potpuno podignutoj zadnjoj prihvatno-zaštitno-sidrenoj dasci skidera upravo kakav je njen položaj pri privlačenju drva Nedostatak mjerenja vučnih sila dinamometrima pri privlačenju drva se ogleda u pojavi postranih bočnih sila uzrokovanih njihanjem tovara pri kretanju skidera koje vlačno-tlačni dinamometri ne mogu zabilježiti

Svi mjerni pretvornici (mjerne trake davači impulsa napona dinamometri) su spojeni s mjernim pojačalima HBM Spider 8 S obzirom na 15 mjerenih veličina upotrebljena su dva mjerna pojačala Spider 8 spojena u seriju od kojih svaki ima 8 ulaznih kanala SR55 (15-pinski kanali) Za napajanje pojačala je potreban napon od 12 V Prema mjernim pretvornicima šalju izlazni napon od 25 V te primaju povratni naponski signal s mjernih pretvornika i bilježe promjene napona do 2 mVV

Mjerna pojačala su smještena na postolje učvršćeno iza kabine skidera te zaštićeni od vlage i mehaničkih oštećenja

Daljinski prijenos podataka je omogućen primjenom radio modema ELPRO 805 U (ELPRO Technologies Pty Ltd) Radio modem je bio postavljen na samom skideru i spojen preko COM ulaza s mjernim pojačalom HBM Spider 8 primao analogno pojačane mjerne signale te ih odašiljao preko antene postavljene na krovu kabine skidera Drugi radio modem je primao mjerne signale te ih prenosio na terensko računalo

Računalnim programom Catman 40 (Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH) su bilježeni podaci mjerenja Navedeni računalni program je prvenstveno namijenjen mjerenju mehaničkih veličina električnim putem što se ogleda u nekim osnovnim karakteristikama

bull odabir različitih vrsta mjernih pojačala

bull provjera veze između mjernog pretvornika (mjerne trake dinamometra) i računala

bull unošenje mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull prikaz rezultata mjerenja mehaničkih veličina na osnovu primljenog signala i mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull određivanja tare i postavka mjernog pretvornika u nulto stanje

bull određivanje frekvencije očitanja signala s mjernog pretvornika

bull zapis proteklog vremena od pokretanja mjerenja do završetka prema frekvenciji očitanja

bull mogućnost istovremenog primanja mjernih podataka s 40 mjernih pretvornika (40 kanala)

bull snimanje do 10 000 mjernih rezultata po kanalu

bull grafičko i brojčano praćenje mjernih vrijednosti tijekom snimanja podataka

bull prenošenje snimljenih podataka u druge računalne programe (Microsoft Excell)

bull mogućnost matematičke obrade mjernih rezultata s jednog ili više kanala

bull mogućnost programiranja postupka mjerenja

Slika 45 Nosač s vlačno-tlačnim dinamometrima

58

U računalni program Catman 40 su po kanalima označeni mjerni pretvornici i unošene mjerne konstante dobivene umjeravanjem mjernih pretvornika Frekvencija očitanja ulaznog signala je podešena na 50 Hz po kanalu tj vrši se 50 očitanja mjernog rezultata u sekundi na svakom kanalu S obzirom na 15 korištenih kanala tijekom mjerenja te zapisa proteklog vremena mjerenja postignuto je 800 očitanja mjernih veličina u sekundi Rezulati mjerenja su spremani u datoteku Microsoft Excell gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjernja svake 150 sekunde

Programiranje je radio modema izvršeno programom Cfg_805UD Pomoću programa potrebno je odrediti slijedeće postavke na oba radio modema izbor komunikacijskog moda između uređaja adresiranje radio modema serijsku i radio frekvenciju prijenosa mjernog signala

Pri izbor komunikacijskog moda između uređaja odabran je transparentni mod koji omogućava komunikaciju u oba smjera Komunikacijom od skidera do računala omogućen je prijenos mjernih signala dok komunikacijom od računala prema skideru omogućena je provjera veze do mjernog pretvornika U slučaju oštećenja mjernog pretvornika spojnih kablova ili konektora te nepravilnosti električnog napajanja dijela mjernog lanca na skideru možemo odmah uočiti grešku pomoću računalnog programa Catman 40 Kontrolni mod omogućava jednosmjernu komunikaciju između radio modema i ne zadovoljava potrebe mjerenja

Adrese oba radio modema moraju biti postavljene na istu vrijednost jer samo uređaji s istim adresama mogu direktno međusobno komunicirati

Serijski se prijenos podataka ostvaruje između mjernog pojačala i radio modema te radio modema i računala

Radio frekvencija određuje frekvenciju prijenosa podataka između uređaja Zbog toga postavka radio frekvencije prijenosa podataka na oba uređaja mora biti istovjetna Od tri moguće postavke radio frekvencije (19 200 38 400 76 800 bits) izabrana je radio frekvencija od 38 400 bits

Slika 46 Shema mjernog lanca

Radio modemi su opremljeni spremišnim diskom (bufferom) od 2 KB Prijenos podataka počinje kad se napuni spremišni disk a isto tako veza između modema se prekida ukoliko se tijekom mjerenja spremišni disk potpuno isprazni sve do trenutka njegovog punjenja Zbog navedene značajke radio modema najpovoljnije je odabrati iste vrijednosti serijske i radio frekvencije u cilju kontinuiranog prijenosa podataka Pri tome je bilo potrebno uskladiti izlaznu frekvenciju mjernog

59

signala iz pojačala sa serijskom frekvencijom radio modema Mjerno pojačalo HBM Spider 8 se proizvodi s tvornički podešenom izlaznom frekvencijom mjernog signala od 9600 bits Ali pri tome dolazi do prekida veze između radio modema budući da je veća brzina slanja signala od brzine punjenja spremišnog diska od strane mjernog pojačala Povećanje izlazne frekvencije mjernog pojačala HBM Spider 8 izvršeno je direktnim povezivanjem s računalom unosom Hayes-ovih naredbi putem HyperTerminala

Veliki se dio mjerne opreme nalazi na skideru te je za napajanje električnom energijom mjernih pojačala i radio modema na krov kabine učvršćen prijenosni generator

Postavljanjem mjerne opreme nosača i pomoćnih konstrukcija i uređaja povećala se masa skidera (slika 47) Prije početka mjerenja bilo je potrebno odrediti masu opremljenog skidera i opterećenja na kotačima Rezultat mjerenja opterećenja na kotačima pri privlačenju drva je promjena težine na osnovu opterećenja praznog skidera na ravnoj podlozi Određivanje mase i opterećenja na kotačima praznog skidera je izvršeno s četiri vage švedskog proizvođača TELUB

U svakoj se vagi nalaze po četiri neovisna dinamometra namjenjena mjerenju tlačnih naprezanja Na svakom je dinamometru postavljeno po četiri aktivne mjerne trake što znači da je riječ o mjernim pretvornicima s mjernim trakama u punom mostu Mjerni su pretvornici spojeni tako da pojedinačno i zajednički registriraju svako vanjsko opterećenje Svaka je vaga granično opteretiva sa 90 kN Budući da se opterećenje ne mora simetrično rasporediti na sva četiri dinamometra u krajnosti je moguća i takva situacija u kojoj se svaki od tih tlačnih dinamometara može pojedinačno opteretiti s graničnom nosivošću čitave vage Sva četiri tlačna dinamometra na svakoj vagi pripremljena su kao puni mostovi Mjerni pretvornici kvadratnog presjeka postavljeni su u sva četiri kuta podnožja vaga a vijcima su pričvršćeni kako za podnožje vage tako i za njezin poklopac Shematski prikaz jednog od dinamometra dat je na slici 48

Sve su vage spojene s mjernim pojačalom HBM Spider 8 koji je direktno povezan s prijenosnim računalom te su pomoću računalnog programa Catman 40 naprijed opisanom metodom očitani rezultati mjerenja

Vagama su također izmjerene mase svih drvnih sortimenata koje smo koristili u vučnim pokusima

Otpor kotrljanja i nulto klizanje kotača na podlozi (šumskom tlu) na kojem se vrši ispitiavanje vučne značajke utvrđuje se prije početka testiranja povlačenjem traktora u praznom hodu i s položajem transmisije u neutralnom položaju te s dinamometrom pričvršćenim između traktora i vozila koje ga vuče (Hassan 1989) Pri tome je korišten vlačno-tlačni dinamometar HBM 100 kN direktno povezan preko mjernog pojačala HBM Spider 8 s računalom te sila vuče očitana računalnim programom Catman 40

Primjena opisane mjerne opreme kao i potrebitost mjerenja težine tovara i nagiba terena uvjetovala je ispitivanje u kontroliranim uvjetima Ispitivanje u stvarnim eksploatacijskim uvjetima je neizvedivo zbog pretvorbe dijelova skidera u mjerila Zbog postavljanja nosača dinamometara na valjke vitla onemogućen je rad vitla Vitlo je korišteno samo za pripremu i vezanje tovara a pri privlačenju tovar se držao na nosaču Također mjerna oprema je osjetljiva na vlagu (opasnost kondenzacije vlage u mjernim pojačalima konektorima opasnost od kratkog spoja u prijenosu električne struje vrlo malih napona u mjernom lancu) te se u pravilu ispitivanja ne vrše u uvjetima kišnih ili sniježnih oborina

Slika 47 Skider s postavljenom mjernom opremom

Slika 48 Shematski prikaz jednog od četiriju

dinamometara svake vage

60

333 Umjeravanje mjernih pretvornika

Umjeravanje mjernih pretvornika je postupak određivanja mjernih konstanti za točno očitanje rezultata mjerenja Mjerno pojačalo HBM Spider 8 bilježi promjene napona do 2mvV Na osnovu promjene napona u navedenom rasponu pomoću mjernih konstanti unesenih u računalni program Catman 40 za svaki mjerni pretvornik odredit će se točno očitanje signala

Postupak umjeravanja se sastoji od usporedbe ostvarene poznate veličine na mjernom pretvorniku i rezultat očitanja veličine preko mjernog lanca Promjenom mjerne konstante utječemo na rezultat očitanja sve dok se odnos ostvarene i mjerene vrijednosti ne izjednači

Umjeravanja su mjernih pretvornika na skideru obavljena na poligonu za ispitivanje poljoprivredne mehanizacije Poljoprivrednoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu Umjeravanje mjernih traka za mjerenje zakretnih momenta na kotačima postavljenih na završnim reduktorima skidera izvršeno je djelovanjem poznate sile na kraku od 1 m Poluga za opterećivanje je vijcima pričvršćena na vanjsku stranu naplatka kotača dignutoga u zrak Poluga je libelom postavljena u vodoravan položaj te je točno određen krak od 1 m od središta osovine kotača Na tom mjestu je vršeno vertikalno opterećivanje poluge silom koja se mjerila pomoću dinamometra HBM 50 kN (slika 49)

Podaci umjeravanja obrađeni su statističkim metodama s ciljem da se utvrdi ovisnost između ostvarenih i izmjerenih vrijednosti Za svaki kotač su izračunavane linearne regresije podataka umjeravanja kao i vrijednosti koeficijenata korelacije Linearno izjednačenje podataka umjeravanja pokazuju slike od 50 do 53 Na slikama su unesene određene mjerne konstante Sva umjeravanja imaju visoke koeficijente korelacije što znači da je korelacijska veza vrlo čvrsta

Umjeravanje mjernih traka za mjerenje opterećenja na kotačima obavljeno je na način da su kotači postupno opterećivani s utezima sve veće mase Primjenjeni su utezi s certifikatom umjerene masene vrijednosti dobiveni od strane Državnog zavoda za normizaciju i mjeriteljstvo Istodobno su očitavane vrijednosti pomoću TELUB vaga koje su postavljene ispod kotača skidera Podaci o umjeravanju regresijske jednadžbe izjednačavanja podataka s koeficijentima korelacije te mjerne konstante su prikazane na slikama od 54 do 57

Slika 50 Umjeravanje zakretnog momenta na prednjem

lijevom kotaču Slika 51 Umjeravanje zakretnog momenta na

prednjem desnom kotaču

Slika 49 Umjeravanje zakretnog momenta

61

Slika 52 Umjeravanje zakretnog momenta na stražnjem

lijevom kotaču Slika 53 Umjeravanje zakretnog momenta na

stražnjem desnom kotaču

Slika 54 Umjeravanje opterećenja na prednjem lijevom

kotaču Slika 55 Umjeravanje opterećenja na prednjem

desnom kotaču

Slika 56 Umjeravanje opterećenja na stražnjem lijevom

kotaču Slika 57 Umjeravanje opterećenja na stražnjem

desnom kotaču

62

TELUB vage su umjeravane ranije za potrebe istraživanja u okviru rada Laboratorija za mjerenje mehaničkih veličina šumarskih strojeva Šumarskog fakulteta u Zagrebu Mjerne konstante TELUB vaga su prikazane u tablici 10 Korišteni HBM dinamometri su imali tvorničke podatke o umjeravanju i mjernim konstantama koje su provjerene istim opisanim postupkom

Tablica 8 Mjerne konstante TELUB vaga i HBM dinamometara

Mjerna vrijednost

Promjena napona

Vaga 1 Vaga 2 Vaga 3 Vaga 4 Dinamometar 20 kN

Dinamometar 50 kN

Dinamometar 100 kN

mVV t t t t kN kN kN

0 0 0 0 0 0 0 0

2 13143 13268 13305 13118 20 50 100

334 Obrada podataka

Rezultati mjerenja svakog prolaska skidera šumskom vlakom su pohranjivani u datoteke Microsoft Excell-a gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjerenja svake 150 sekunde Isti postupak je izvršen pri mjerenju sile vuče praznog skidera drugim vozilom opterećenja na kotačima opremljenog skidera na ravnoj podlozi i vaganja drvnih sortimenata

Početak snimanja svakog turnusa je počinjao prije kretanja skidera vlakom kako bi se provjerila veza i uspostavio daljinski prijenos podataka Isto tako snimanje podataka se završavalo u trenutka zaustavljanja skidera na kraju vlake Zbog navedenog načina snimanja mjernih podataka u snimljenim datotekama je potrebno ustanoviti samo niz podataka za svaku veličinu koja se odnosi na kretanje skidera Ovaj postupak je izvršen na osnovu grafičkog prikaza mjernih podataka koji se uočljivo razlikuju od trenutka pokretanja do zaustavljanja skidera na osnovu računalnog zapisa vremena Za svaki turnus je određeno vremensko trajanje kretanja skidera s točnošću 002 sekunde i u tom vremenskom intervalu su određene mjere središnje tendencije rasipanja podataka metodama deskriptivne statistike broj opažanja aritmetička sredina i standardna devijacija

Rezultati mjerenja broja okretaja pogonskih kotača i petog kotača predstavljaju niz promjena napona između vrijednosti 5 V i 9 V te su obrađeni pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i Datoteka navedenog računalnog programa je podešena da unosom niza promjena napona zabilježenog na kotaču i frekvencije očitanja mjernih podataka (50 Hz) broj impulsa po jednom okretu kotača prikaže kao ukupan broj okretaja kotača (n) i frekvenciju vrtnje kotača u vremenskim intervalima (slika 58) Ova analiza je izvršena za sve kotače i turnuse u vučnim pokusima

Slika 58 Prikaz obrade podataka pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i

63

34 Mjerenja na tlu

Istraživanja na tlu obuhvatila su kopanje pedoloških profila uzimanje uzoraka tla u narušenom i nenarušenom (prirodnom) stanju mjerenje prodirne značajke tla mjerenje otpora tla na smicanje te mjerenja dubine kolotraga

Informacije o osnovnim značajkama šumskog tla na mjestu istraživanja prikupljene su otvaranjem pedološkog profila i uzimanjem uzoraka tla u narušenom stanju

Mjerenjem prodirne značajke tla i otpora tla na smicanje te uzimanjem uzoraka tla na neizgaženom tlu i tlu na vlakama ovisno o broju prolazaka skidera utvrdila bi se razina oštećenosti šumskoga tla uslijed privlačenja drva

Uzimanje bi se uzoraka tla u nenarušenom stanju također provelo na neizgaženom tlu u tlu vlake a rezultati vodno-fizičkih svojstva tla dobiveni laboratorijskom analizom uzoraka tla također bi bili upotrebljeni za procjenu utjecaja prolaska skidera na oštećenja tla

Istim metodama oštećenja tla prolaskom skidera su utvrđivali Vranković i Pernar (1993) Meek (1996) i Mathies i dr (2003) Seixas i dr (2003)

341 Vrsta tla i sklop horizonata

Analizom pedoloških profila (pedoloških jama) utvrđuju se vrsta i tip tla te sklop njegovih horizonata

Sklop profila čine horizonti njihov broj izraženost debljina te prijelaz jednog horizonta u drugi Horizont je sloj tla sa značajkama koje su rezultat pedogenetskih čimbenika Osim utvđivanja vrste i tipa tla te dubine rasprostiranja pojedinih horizonata na pedološkom profilu vađeni su i Kopeckijevi valjci radi dobivanja spoznaja o gustoći tla i strukturi poroziteta svakog pojedinog horizonta

Pedološki profil je otvoren (kopan) prema dimenzijama na slici 59 Prilikom određivanja njegovoga položaja smještan je ispod vanjskih dijelova krošanja dubećih stabala te su izbjegavana mjesta gdje su u prošlosti prolazile stare vlake s ciljem dobivanja što reprezentativnijeg podatka

342 Uzorci tla u narušenom stanju

Iz uzoraka tla u narušenom (prirodno poremećenom) stanju laboratorijskim analizama mjere se i izračunavaju vodno-fizička svojstva tla zasnovana na masi uzorka Svrha uzimanja ove vrste uzoraka na terenu je određivanje granulometrijskoga sastava tla

Laboratorijske (direktne) metode određivanje granulometrijskoga sastava tla obuhvaćaju sušenje uzorka odvajanje skeleta usitnjavanje i prosijavanje tla preko sita s rupicama promjera 2 mm kako bi se odvojilo sitno tlo (sitnica) Nakon prve faze rada slijedi priprema sitnice za mehaničku analizu prema jednoj od propisanih metoda čija je svrha odvajanje povezanih čestica pijeska praha i gline te spriječavanje njihove ponovne koagulacije uslijed dijelovanja čestica gline U šumarskoj i poljoprivrednoj pedologiji ova faza rada najčešće se izvodi kuhanjem uzorka tla nakon čega se on prebacuje u valjke za sedimentaciju a zatim se vrši određivanje postotnoga sadržaja pojedinih frakcija pipet metodom (Škorić 1986) Pipet metoda se zasniva na poznatoj brzini padanja pojedinih čestica u suspenziji Na osnovi toga se pipetiranjem s određene dubine u valjku nakon točno određenoga vremena odpipetiraju čestice gline čestice praha i gline a krupni i sitni pijesak dobiju se računskim putem

Slika 59 Položaj i dimenzije pedološkog profila

64

Kemijske analize uzoraka tla provedene su po ovim postupcima

minus reakcija tla izmjerena je elektrometrijski kombiniranom elektrodom u suspenziji tla u vodi odnosno u 001 M CaCl2 u odnosu 125 Za mjerenje je korišten laboratorijski mikroprocesorski pH metar oznake MA 5736 točnosti plusmn 001 pH tvrtke Metrel

minus sadržaj humusa određen je bikromatnom metodom po Tjurinu

minus sadržaj ukupnog dušika određen je spaljivanjem po postupku Kjeldahla i destilacijom po Bremneru

343 Uzorci tla u nenarušenom stanju

Svrha uzimanja uzoraka tla u prirodnom stanju je utvrđivanje vodno-fizičkih svojstava tla zasnovanih na volumenu uzorka

Uzorak tla u nenarušenom stanju uziman je pomoću Kopeckijevog valjka zapremine 100 cm3 (visina 44 cm promjer 55 cm) Sam valjak sastoji se od tijela valjka koje je na jednom kraju zabrušen radi lakšeg utiskivanja u tlo metalne mrežice te dva poklopca Valjci moraju biti označeni s istim oznakama na tijelu valjka i poklopcima Prije izlaska na teren pomičnim je mjerilom provjereno odstupaju li dimenzije valjaka od normiranih vrijednosti Da bi se valjak lakše utisnuo u tlo koristi se metalni nastavak za valjke te drveni ili gumeni bat Nakon utiskivanja valjka u tlo skida se nastavak i lopatom se isijeca tlo oko valjka kako bi se on lakše oslobodio od okolnoga tla

Ovako izvađen valjak najčešće ima višak tla s gornje i donje strane koje je potrebno obrezati oštrim nožem da površina tla bude u visini rubova valjka Nakon stavljanja metalne mrežice i oba poklopca valjak je zamatan u najlon te odlagan u putni hladnjak radi sprečavanja isušivanja uzorka tla tijekom transporta do laboratorija Oznake s tijela valjka i podaci o mjestu vađenja (neizgaženo tlo lijevi ili desni kolotrag broj prolaska skidera broj vlake) upisuju se u terenski manual Prilikom uzimanja uzoraka valjci su utiskivani usporedno s površinom tla na dubini od 15 cm Nakon prolaska skidera vađeno je nekoliko valjaka iz lijevog i desnog kolotraga skidera Pri svakom turnusu je također vađeno nekoliko valjaka na neizgaženom tlu u cilju utvrđivanja dnevnih promjena vodno-fizičkih svojstava tla

S obzirom na veliku neujednačenost tla važno je uzeti veći broj uzoraka a kao minimalna količina repeticija preporuča se vađenje pet valjaka u istim uvjetima (Anon1971) S druge strane u ovom istraživanju je vrlo teško ostvariti dovoljan broj uzoraka jer bi se navedenim brojem uzimanja valjaka kopanjem narušila struktura tla šumskih vlaka što bi utjecalo na pogrešno utvrđivanje odnosa kotača i tla

Analize uzoraka tla provedene su u Pedološkom laboratoriju Zavoda za uzgajanje šuma Šumarskoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu u skladu sa Priručnikom za pedološka istraživanja (Škorić 1982) Iz uzoraka tla u nenarušenom stanju laboratorijskim su analizama utvrđena sljedeća vodno-fizička svojstava

Prirodna gustoća tla ρb = (mS V) gcm3

(69)

Određivanje prirodne gustoće tla vrši se tako da se masa suhoga tla podijeli s volumenom koje tlo ima u prirodnom stanju tj tlo iz Kopeckijevoga valjka stavlja se u sušionik te se suši na 105˚C do konstantne mase Masa osušenoga tla (mS) stavlja se u omjer s volumenom valjka (V)

Gustoća čvrste faze tla ρp gcm3

(70)

Ova gustoća određuje se na način da se masa potpuno suhoga tla podijeli s volumenom koji zaprema neporozna masa čvrstih čestica tla koja se određuje na principu tekućine koju istisnu čvrste čestice tla iz napunjene baždarene posude (piknometra) Poznavanje vrijednosti prirodne gustoće tla i gustoće čvrste faze tla omogućuje izračunavanje poroziteta tla

Porozitet tla Φ = [1 ndash (ρb ρp)] vol (71)

Porozitet tla je suma svih šupljina tla ispunjenih vodom i zrakom a izračunava se pomoću prirodne gustoće tla (ρb) i gustoće čvrste faze tla (ρp) Tla mogu biti vrlo malo porozna (lt30 ) malo porozna (30 - 45 ) porozna (45 - 60 ) i vrlo porozna (gt 60 )

65

Trenutna vlaga tla θV0 = [(mW ndash mS) V)] 100 vol (72)

Trenutna vlaga tla predstavlja razliku u masi prirodno vlažnog tla (mW) i osušenoga tla na 105˚C do konstantne mase (mS) koja je svedena na obujam uzorka ndash valjka (V)

Retencijski kapacitet tla za vodu θVS = [(∆mW + mW ndash mS) V] 100 vol (73)

Predstavlja sposobnost tla da drži vodu molekularnom adhezijom hidratacijskim i kapilarnim silama i površinskom napetošću Određivanje retencijskog kapaciteta se vrši na način da se Kopeckijev valjak postavi u posudu na stalak pokriven filter papirom čiji rubovi poniru u vodu Na taj način uzorak tla u valjku upija vodu preko filtar papira Kada se tlo na površini valjka orosi znači da se zasitilo s vodom do retencijskoga kapaciteta Valjak se skida sa stalka ostavlja desetak minuta na filtar papiru da se suvišna vlaga odstrani te se nakon toga obriše i važe Potom se valjak stavlja u sušionik i suši na 105˚C do konstantne mase Retencijski kapacitet tla za vodu izračunava se iz razlike mase navlaženoga tla do retencijskoga kapaciteta (∆mW + mW) i mase suhoga tla (mS) svedene na volumen valjka (V) S obzirom na rezultat retencijski kapacitet tla za vodu može biti vrlo malen (lt 25 ) malen (25 - 35 ) srednji (35 -45 ) velik (45 - 60 ) i vrlo velik (gt 60 )

Kapacitet tla za zrak Φa = Φ ndash θVS vol (74)

Kapacitet tla za zrak je udjel pora tla koje ispunjava zrak u trenutku zasićenja tla do njegovog retencijskog kapaciteta za vodu a izračunava se iz razlike poroziteta tla i retencijskoga kapaciteta tla za vodu Kapacitet tla za vodu se izražava kao vrlo malen (lt 5 ) malen (5 - 10 ) srednji (10 -15 ) velik (15 - 20 ) i vrlo velik (gt 20 )

344 Prodirna značajka tla

Za mjerenje prodirne značajke tla rabljen je digitalni penetrometar Eijkelkamp čije osnovne sastavnice prikazuje slika 60 penetrologger- mjerni uređaj (1) dinamometar (2) čelični nastavci (3) konus (4) referentna ploča (5) te PC konektor (6) Načelo rada ovog penetrometra zasniva se na dinamometarskoj izmjeri primjenjene sile na rukohvatu uređaja kojim se konus poznatih dimenzija utiskuje u tlo Tijekom utiskivanja konusa u tlo ultrazvučni senzor penetrologgera mjeri dubinu prodiranja na osnovi odbijenih valova od referentne ploče (predstavlja površinu tla) s preciznošću od 1 cm Mjerni raspon dinamometra iznosi od 0 do 1 kN s preciznošću izmjere od 1 N Pri samom mjerenju računalo penetrometra zapisuje u njegovu internu memoriju parove izmjerenih podataka tj vrijednosti sile (tlak) i pomaka (dubina prodiranja) pomoću računalnog programa (data acquisition) u ASCII kodu Set penetrometra opremljen je s deset mjernih konusa različitih površina i vršnog kuta (30deg i 60deg) čime je omogućen širok raspon primjene ovog uređaja

Pomoću računalne aplikacije Eijkelkamp PenetroViewer (slika 62) ostvaruje se veza između digitalnog penetrometra i osobnog računala (COM port) kojom je omogućeno programiranje plana istraživanja (odabir veličine i vršnog kuta konusa brzine prodiranja konusa u tlo kao i broj repeticija mjerenja) odnosno vrši prijenos izmjerenih podataka Navedena aplikacija omugućuje i grafički pregled izmjerenih podataka te njihov prijenos iz ASCII koda u format koji koriste standardni tablični kalkulatori (txt csv xls) i statistički paketi Tijekom terenskih istraživanja korišten je konus s površinom presjeka 2 cm2 i vršnim kutem 30deg koji se utiskivao u tlo brzinom 1 cmsec U turnusu je izvođeno po 10 utiskivanja konusa u lijevom desnom kolotragu i na neizgaženom tlu (slika 61)

Slika 60 Eijkelkamp penetrometar

66

Slika 61 Mjerenje penetrometrom Eijkelkamp Slika 62 Aplikacija PenetroViewer ver 424

Uslijed nehomogenosti strukture tla Ronai (1983) i Horvat(1993A 1994A) primjećuju veliko rasipanje podataka između repeticija izmjere prodirnih značajki

Horvat (1994B 1995 1996A 1996B) navodi da se istraživanje ovisnosti otpora tla prodiranju konusa o dubini prodiranja regresijskom analizom može raditi sa srednjim vrijednostima otpora za pojedinu dubinu prodiranja iz ponovljenih mjerenja jednako dobro kao i sa svim podacima Isti autor u citiranim radovima za izjednačavanje podataka koristi eksponencijalni korelacijski oblik p = A sdot (BZ ndash 1) + C za koji navodi da karakteristična točka u kojoj se sijeku vodoravna asimptota i tangenta krivulje iz vrijednosti C može poslužiti za brojčano određenje i ocjenu prodirne značajke tla (slika 63)

345 Posmična čvrstoća tla

Krilna sonda je uređaj koji se sastoji od mjernog krila pričvršćenog na šipku na kojoj se nalazi moment metar naprava kojom se mjeri moment potreban da se okrene krilo u trenutku savladavanja čvrstoće na smicanje uzduž plašta valjka opisanog oko krila (Nonveiller 1979)

Mjerna krila predstavljaju dvije metalne ploče visine (H) i širine (B) međusobno poprečno pričvršćene na metalnu šipku (slika 64)

Krila sonde utiskuju se u tlo do željene dubine mjerenja Okretanjem krila tlo se lomi po plaštu valjka kojemu je promjer jednak širini krila Iz jednakosti momenta torzije (MT) i momenta otpora tla na smicanje na plaštu i bazi valjka kojeg stvaraju krila pri okretanju dobiva se čvrstoća smicanja tla

rArrsdotsdotsdotsdotsdot+sdotsdotsdotsdot= 23

2

22

2

2

TBBB

HBM πτπτ (75)

+sdotsdotπ

sdot=τ

3

2

2

T

BHB

M (76)

Otpor tla na smicanje (posmična čvrstoća) mjeren je krilnom sondom (Eijkelkamp ndash Field inspection Vane tester) Dimenzije krila sonde su 16 mm x 32 mm a mjerno područje ovog instrumenta je u rasponu od 0 do 260 kPa s točnošću očitanja mjernog rezultata od 4 kPa

Slika 63 Izjednačenje podataka prodirne značajke tla

Slika 64 Krilna sonda

67

Mjerni rezultat ovog instrumenta odnosi se na otpor pri smicanju tla u trenutku njegovog sloma Krilnom sondom su izvršena mjerenja u površinskom sloju tla i na dubini od 15 cm i to po 10 mjerenja u lijevom i desnom kolotragu te na nezgaženom tlu u svakom vučnom pokusu

346 Širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga

Za deformacije tla koje nastaju uslijed kretanja vozila po šumskom bespuću ne postoje standardizirane metode izmjere već se u literaturi opisuju kroz širinu gaženog traga dubinu kolotraga ili površinu presjeka gaženog profila tla

Kolotrag kotača vozila Saarilahti (2002A) definira kao površinsku deformaciju tla (ulegnuće) dublje od 10 cm i dulje od 05 m koje je nastalo uslijed sloma i sabijanja tla kretanjem vozila Pod razinom površine tla podrazumijeva dno sloja šumskog listinca ili mahovine Isti autor za prikupljanje podataka o dubini kolotraga na terenu preporuča uzimanje sistematskog uzorka na osnovi kvadratne mreže čija gustoća čvorova (grid) ovisi o željenom intenzitetu izmjereZa izmjeru na terenu koristi se tzv nultom točkom uzorka koja predstavlja čvor položene zamišljene mreže a samu izmjeru vrši na kolotragu koji mu je najbliži Pri tome od nulte točke kolotraga u uzdužnom smjeru vlake sa svake strane na duljini od 15 m mjeri dubinu deformacije tla Samu dubinu kolotraga raščlanjuje u dva razreda prihvatljivu (lt 10 cm) i neprihvatljivu (gt 10 cm) Zadano ograničenje dubine kolotraga (10 cm) zasniva se na procjeni kakvoće izvođenja radova ali i preporukama istraživača (Owende i dr 2002)

Za operativnu procjenu kakvoće izvođenja privlačenja drva Saarilahti (2002I) preporučuje prihvatljivu prosječnu dubinu kolotraga kao onu koja ne prelazi dubinu od 10 cm na više od 10 ukupne duljine cjelokupnoga gaženja tla sječne jedinice

Meek (1996) te Nugent i dr (2001) mjere značajke kolotraga (dubina širina gaženja) prema metodici prikazanoj na slici 65 Košir (2002) navodi da širina gaženja tla pri privlačenju drva ovisi o širini primjenjenoga vozila Usljed višekratnog prolaska vozila isti autor utvrđuje povećanje širine gaženja tla za 05 m sa svake strane vozila

Tijekom istraživanja širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga mjerili su se pomoću geodetske letve duljine 5 m položene na usidrene oslonce nakon svakog prolaska skidera (slika 66) Na svakoj vlaci su određena dva mjesta izmjere dubine kolotraga

Slika 65 Postupak izmjere kolotraga

Slika 66 Mjerenje dubine kolotraga na terenu

68

35 Statistička obrada podataka mjerenja

Terenski podaci mjerenja na tlu prenijeti su iz snimačkih listova u računalne datoteke radi lakše dostupnosti pri obradi podataka Obradom snimljenih podataka obuhvaćeni su kontrola i odabir podataka njihovo razvrstavanje kao i izračunavanje traženih parametara

Obrada podataka provedena je po sljedećem redoslijedu

rArr unošenje snimljenih podataka u računalo i stvaranje datoteka podataka za daljnju obradu

rArr određivanje zahtjeva s obzirom na cilj i razinu pojedinih obrada

rArr izbor metoda analize ili funkcija izjednačenja

rArr izračunavanje traženih parametara

rArr testiranje i analiza rezultata

rArr oblikovanje izlaza

Za opis temeljnih značajki skupova promatranih podataka (neovisne varijable) korištene su metode deskriptivne statistike gdje su izračunate različite mjere središnje tendencije rasipanja mjernih podataka a kao najpovoljnije odabrane su medijan i aritmetička sredina sa standardnom devijacijom kao mjerom rasipanja te vrijednosti Za aritmetičku sredinu kao srednju vrijednosti opažanih podataka postavljen je uvjet da preciznost smije biti maksimalno plusmn005 uz 95 vjerovatnosti Međutim Hitrec (1996) navodi teškoće u pridržavanju takvog uvjeta zbog jako velikog potrebnog uzorka kako bi se dobila potrebna preciznost i zadovoljavajuća pouzdanost što dovodi do predugog trajanja vremena pokusa i njegovog poskupljivanja

Pomoću testa razlike (Studentov t ndash test) provedeno je zaključivanje o značajnosti razlika među izračunatim srednjim vrijednostima opažanja (aritmetičkim sredinama) Na osnovi nulhipoteze pretpostavljeno je da su razlike između dviju sredina opažanja rezultat slučajne varijabilnosti vrijednosti u uzorcima te da između odgovarajućih sredina takve razlike nema Razlike između sredina dijeljene su sa standardnom pogreškom a zatim je kvocijent uspoređen s iznosom od 196 standardne pogreške Tamo gdje je kvocijent veći odbacujemo nulhipotezu a ako je manji smatramo da razlika između sredina nije značajna na 5 -tnoj razini signifikatnosti (Pavlić 1985)

Za testiranje značajnosti razlika prosječnih vrijednosti više skupova podataka (više od dva) istog mjernog parametra korištena je jednostruka analiza varijance (ANOVA) koja predstavlja postupak kojim se ukupna varijabilnost rastavlja na varijabilnost između prosječnih vrijednosti grupa opažanja i na varijabilnost unutar grupa opažanja (Serdar i Šošić 1981) Tim postupkom ova metoda odgovara na pitanje je li značajnija varijabilnost između srednjih vrijednosti grupa ili varijabilnost unutar pojedinih grupa podataka (Vasilj 2000)

Metode statističke analize vremenskih nizova korištene su za opis promjena fizičko-mehaničkih i vodno-fizičkih značajki šumskog tla koje su posljedica višekratnog prolaska forvardera Pri tome su korištena dva individualna indeksa kojima se iskazala dinamika sabijanja tla Indeks sa stalnom bazom iskazuje razinu promjene u odnosu na neku odabranu vrijednost (neizgaženo tlo) Lančani (verižni) indeks korišten je za prikaz promjene praćenih parametara tla u odnosu na svaki ponovni prolazak vozila po šumskom tlu

Za istraživanje mogućih stohastičkih ovisnosti između zadovoljavajuće koreliranih varijabli korištena je regresijska analiza Odabir krivulje izjednačenja vršen je na osnovi slijedećih parametara koeficijenta (determinacije) korelacije (R) standardne devijacije zavisne varijable oko linije izjednačenja (sYX) te t-varijable (tStat) i vjerovatnosti greške prve vrste (P-value) regresijskih koeficjenata (Serdar i Šošić 1981 Kachigan 1991) Za utvrđivanje jakosti veze između izjednačenih nezavisnih i zavisnih varijabli korištena je Roumlmer-Orphal-ova skala (Kump i dr 1970)

Slika 67 Roumlmer-Orphal-ova raspodjela

Matematičko ndash statistička obrada podataka obavljena je uz pomoć osobnog računala primjenom programskih paketa Microsoft Excel 97 i Sta Soft Statistica 50

69

Za izjednačavanje ovisnosti parova podataka koji porastom nezavisne varijable pokazuju da podaci zavisne varijable imaju asimptotski trend porasta korišten je eksponencijalni regresijski računalni program REGEXE primarno razvijen za istraživanja krivulja klizanja kotača vozila (Hitrec i Horvat 1987) Navedeni računalni program čvrstoću veza odabranih regresijskih modela prikazuje pomoću tri parametra r ndash koeficijenta korelacije R ndash indeksa korelacije i R gt ndash testiranja indeksa korelacije temeljem broja opažanja

Utvrđivanje razlika u stupnju sabijenosti tla višekratnim prolaskom skidera je izvršeno usporedbom površina ispod krivulja izjednačenja prodirnih značajki Poznavajući oblik i koeficijente jednadžbi izjednačenja metodom određenih integrala izračunate su površina ispod krivulja

51

Mjerne se trake proizvode u raznim oblicima koji su određeni područjem njihove primjene Najširu primjenu imaju metalne mjerne trake ali za potrebe preciznijih ili kompleksnijih mjerenja razvijene su poluvodičke piezoelektrične foto-elastične mjerne trake te mjerne trake za primjenu pri visokim temperaturama (gt 500 C) Mjerne trake mogu biti izrađene s jednom mrežicom dvije ili pak s tri mrežice Kod mjernih traka s dvije ili tri mrežice njihov se međusobni položaj nalazi pod kutem od 0deg 45deg 60deg 90deg ili 120deg Spajanjem više mjernih traka u liniju dobivamo mjerni lanac odnosno rozetu pri spajanju u kružni oblik Mjerni lanci i rozete su višenamjenske mjerne trake koje omogućavaju veću točnost izmjere naprezanja na većoj površini

Ranije je istaknuto svojstvo većine krutih materijala da u određenom području naprezanja pokazuju linearan odnos između sile i produljenja Pretpostavimo da smo na površinu tijela izrađenih od takvih materijala nalijepili elektrootpornu mjernu traku koja u potpunosti slijedi promjenu dimenzija uslijed naprezanja Neka je duljina vodiča na traci L a površina poprečnog presjeka CD2

gdje je C konstanta a D poprečna dimenzija Za okrugli presjek žice vrijedi C = π4 a D je promjer vodiča Kod pravokutnoga presjeka D je jedna stranica dok je C omjer druge i prve stranice Električni otpor takvoga vodiča može se pokazati relacijom

2DC

LR

sdot

sdot=

ρ (56)

gdje je ρ električni otpor materijala po jedinici duljine ili jednostavno jedinični otpor Prema ranije navedenom nakon opterećenja uzdužnom silom na svakoj će od gornjih veličina doći do promjene Derivira li se gornja jednadžba dobiva se slijedeći oblik

22

2 d2dd

)DC(

LLDC)LL(DCR

sdot

sdotsdotsdotsdotsdotminussdot+sdotsdotsdot=

ρρρ (57)

Podijeli li se jednadžba (57) s jednadžbom (56) dobiva se

LLLL

DD

LL

RR

d

d

d

d21

d

d ρρ+sdotminus= (58)

Lijeva strana jednadžbe (58) očito određuje relativnu promjenu otpora u ovisnosti o relativnom produljenju i u stvari predstavlja osjetljivost mjerne trake Ovaj se odnos uzima kao temeljna značajka mjernih traka Naziva se faktorom trake ili k - faktor Prvi član desne strane jednadžbe određuje ranije spomenuti Poissonov koeficijent ν Drugi član na desnoj strani jednadžbe je odnos relativne promjene jediničnog otpora i relativnog produljenja Ako se taj odnos prikaže oznakom m te uvrsti Poissonov koeficijent onda će jednadžba (58) poprimiti slijedeći oblik

mLL

RRk +sdot+== micro21

d

d (59)

Iz jednadžbe (59) proizlazi da je

R

R

k

∆sdot=

1ε (60)

Jednadžba (60) je temelj mjerenja pomoću elektrootpornih (tenzometrijskih) traka Pomoću nje je moguće izračunavanje produljenja vodiča na osnovi poznate vrijednosti k - faktora i izmjerene promjene električnoga otpora u odnosu na njegovu početnu vrijednost Ta se činjenica u jedinstvu s prethodno opisanim osobinama elastičnoga materijala zapravo koristi pri mjerenju mehaničkih veličina električnim putem

Većina kovina izloženih elastičnoj deformaciji ima približnu osjetljivost na deformaciju k=2 Međutim tek nekoliko njih ima stalnu vrijednost osjetljivosti u svom elastičnom i plastičnom području Danas se za izradu mjernih traka rabe razni materijali od kojih valja spomenuti

advance slitine (k=21)

karma slitine (k=21)

isoelastic slitine (k=36)

slitina No 479 (k=47) i druge

Izražene se vrijednosti k - faktora od strane proizvođača odnose na sobnu temperaturu okoline

52

Promjenom temperature mijenja se i k - faktor Kako je opće poznato zagrijavanjem materijala dolazi do njegovog termičkog istezanja Riječ je o relativnom temperaturnom istezanju materijala Stoga se uvodi tzv temperaturni koeficijent produljenja kao produljenje štapa jedinične duljine pri povišenju temperature za 1K odnosno

T

L

L ∆∆

sdot=1

α (61)

gdje je ∆T promjena temperature L duljina štapa a ∆L temperaturno produljenje

Na pouzdanost pri mjerenju značajno utječu i podloga na koju je mjerna traka nalijepljena ljepilo s kojim se zajedno s podlogom pričvršćuje na mjerno mjesto hrapavost podloge na koju se pričvršćuje i drugi utjecajni parametri Idealan materijal za izradu mrežica tenzometrijskih traka trebao bi posjedovati slijedeće karakteristike

što veću osjetljivost odnosno što veći k ndash faktor

veliki jedinični otpor

malu osjetljivost na temperaturne promjene

visoku granicu razvlačenja

visoku dinamičku izdržljivost

malu mehaničku histerezu

otpornost na koroziju i dr

Mjerenja pomoću elektrootpornih mjernih traka mogu se provoditi svim električnim mjernim mostovima koji se rabe i za mjerenje otpora Da bi se mjerenje provelo kvalitetno treba upotrijebiti mjerni most koji udovoljava slijedećim značajkama

valja postići linearnu karakteristiku između otpora R i signala na instrumentu

kada otpor R teži k nuli treba i odgovarajući odziv na pokaznom instrumentu težiti k nuli

valja postojati mogućnost pojačanja signala povećanjem napona napajanja mosta

mogućnost umjeravanja valja biti što jednostavnija

Gore navedenim zahtjevima najviše udovoljava Wheatestonov most Kako je ranije spomenuto i sasvim male promjene električnog otpora reda veličine tisućinke Ω koje se pojavljuju u mjernim trakama uslijed naprezanja te odgovarajućih istezanja moguće je pouzdano mjeriti pomoću Wheatestonovog mosta

Mjerni sustav se sastoji od mjernih traka povezanih u Wheatestoneov mjerni krug pojačala koji će predati ulazni napon mjernoj traci te primiti izlazni signal napona Postavljanjem mjerne trake na ispitni predmet naprezanja se u njemu prenose na mjernu traku što uzrokuje promjenu električnog otpora trake Promjenom otpora trake most gubi simetriju te dolazi do razlike između ulaznog i izlaznog napona

Osnovna izvedba Wheatestonovog mosta prikazana je na slici 37 na kojoj otpori prikazani u sva četiri mjerna kraka mosta mogu predstavljati elektrootpornu mjernu traku

Simboli koji će se rabiti u ovom poglavlju imaju slijedeća značenja

R - otpornik Ω

∆R - promjena otpora Ω

Uu - ulazni napon V

Ui - izlazni napon mosta V Slika 37 Shematski prikaz Wheatestonova mosta

53

Na početku ćemo pretpostaviti da su otpornici u svim krakovima mosta identični To znači da je most u ravnoteži (izbalansiran) Odatle slijedi da pad napona kroz otpornik R24 mora biti identičan padu napona kroz otpornik R23 Lako se može pokazati da je

13

23

14

24

R

R

R

R= (62)

Ovaj je odnos izuzetno bitan budući da upućuje na to da bilo koja promjena otpora na jednoj strani mosta može biti uravnotežena podešavanjem otpora na suprotnoj strani mosta Na osnovi gornje jednadžbe može se napisati

13

142324

R

RRR

sdot= (63)

Jednadžba ukazuje na to da se uz pouzdano poznavanje otpora R14 te uz pouzdano poznavanje odnosa dvaju otpora na drugoj strani mosta može isto tako pouzdano odrediti nepoznati otpor R24 Nadovezujući se na ovaj primjer može se pretpostaviti slučaj u kojem je nepoznati otpornik upravo naša mjerna traka pričvršćena na ispitivanom uzorku To znači da je most moguće umjeriti prije opterećivanja elementa Nakon uvođenja opterećenja most se može ponovno uravnotežiti podešavanjem odnosa dvaju otpornika R23R13 Ukoliko je poznata promjena odnosa moguće je odrediti razliku otpora mjerne trake prije i poslije opterećenja Ta je razlika bila izazvana relativnim produljenjem kao posljedicom djelovanja vanjskih sila Stoga se relativno produljenje može računati prema relaciji

kR

R

kR

R 1∆∆sdot=

sdot=ε (64)

Ranije je pokazano da je promjena otpora direktno srazmjerna relativnom istezanju tako da je odnos tih dviju veličina moguće veoma lako međusobno umjeriti Mnogo se pogodnija rješenja postižu onda kada se indikator izravno umjeri u vrijednostima relativnog istezanja To znači da se nakon uravnotežavanja mosta na početku mjerenja može očitavati svaku promjenu istezanja u mjerilu izravno na indikatoru

U slučajevima u kojima se pri mjerenjima koriste mjerna pojačala izravna su očitanja promjena naprezanja još mnogo jednostavnija Posebne pogodnosti imaju noviji sustavi za prikupljanje podataka koji preko analogno - digitalne konverzije mjernog signala omogućuju direktnu obradu rezultata mjerenja o čemu će kasnije biti više riječi

Za mjerenja se istodobno može koristiti jedna dvije ili četiri aktivne mjerne trake Ovisno o broju aktivnih mjernih traka razlika se potencijala određuje po slijedećim relacijama

Mjerni pretvornik sa samo jednom ugrađenom mjernom trakom u mjerni most još se naziva četvrt mosta Za četvrt most se može pokazati da vrijedi relacija

4

RR

E

V ∆= (65)

Uvrštavanjem vrijednosti iz relacije (59) u (65) te preuređenjem dobiva se izraz za relativno produljenje

kE

V

sdotsdot

=4

ε (66)

Shematski prikaz četvrt mosta vidi se na slici 38

Osnovna je značajka četvrt mosta samo jedna aktivna mjerna traka Preostala tri kraka mosta mogu činiti neaktivne ili fiktivne mjerne trake ili jednostavno obični otpornici Od posebnog je značaja relacija (66) koja pokazuje da postoji izravna veza između prisutnog relativnog istezanja i napona na dijagonali Ukoliko su poznati napon pobude mosta i k - faktor trake dovoljno je izmjeriti koliko iznosi napon dijagonale izvan

Slika 38 Izvedbe Wheatstoneovog mosta

54

ravnoteže da bi se odredila razina relativnog istezanja Prema nekim mišljenjima mjerni most sa samo jednom aktivnom mjernom trakom posjeduje samo približnu linearnost između promjene otpora i razlike potencijala na dijagonali Ta linearnost postoji samo pri relativno malim promjenama kao što je to slučaj kod žičanih mjernih traka

Mjerni pretvornik s dvije ugrađene mjerne trake naziva se polu most Za polu most je moguće lako dokazati slijedeće odnose

2

RR

E

V ∆= (67)

Mnoge se prednosti postižu uporabom dviju i više aktivnih mjernih traka koje su pod utjecajem promjena nakon što nastupi vanjsko opterećenje ispitivanog uzorka Budući da će kod uporabe dvije aktivne mjerne trake obje utjecati na promjenu električnoga otpora nakon pojave deformacije to će odmak od ravnoteže mosta biti veći To samo po sebi podrazumjeva znatno veću osjetljivost takvoga mosta Posebna je prednost takvih mjernih pretvornika i u tome što se utjecaj temperature pri kojoj se vrše mjerenja može potpuno zanemariti U mnogim će se slučajevima pored navedenog dobiti i značajno veća točnost pri mjerenjima

Mjerni pretvornik s četiri ugrađene mjerne trake naziva se puni most Kod punog mosta vrijedi slijedeći odnos

R

R

E

V ∆= (68)

Shematski se prikaz punog mosta vidi na slici 38 Upotrebom četiriju mjernih traka u mjernom pretvorniku još se više podiže njegova osjetljivost I kod punog mosta valja naglasiti da se utjecaj promijenjivih temperaturnih uvjeta na rezultate mjerenja u potpunosti može zanemariti U punom se mostu ravnoteža mora postići nekim dodatnim otpornicima Upotrebom punog mosta osjetljivost mjernog pretvornika u odnosu na četvrt mosta može se učetverostručiti

Poznavanjem osnovnih značajki mjerne trake s obzirom na objekt mjerenja uvjete mjerenja i potrebnu pouzdanost mjerenja vrši se odabir mjerne trake

Mjerne se trake obično učvršćuju lijepljenjem mada valja spomenuti da se u posebnim slučajevima i točkasto zavaruju Presudnim za uspjeh mjerenja smatra se izbor ljepila te način lijepljenja s obzirom na materijal i površinu mjernog mjesta U pripremi mjernog mjesta mora se obratiti pozornost na pravilno postavljanje i zaštitu mjerne trake kako bi odstranili moguće greške mjerenja Površina mjernog mjesta mora biti potpuno očišćena kako ostanak nečistoća ispod mjerne mrežice ne bi utjecao na točnost mjerenje i suha kako bi se onemogućila korozija trake Osim toga sama površina treba biti glatka bez najmanjih pukotina u materijalu koje bi utjecale na nepravilno prenošenje naprezanje s materijala na mjernu traku Zbog istog razloga sloj ljepila mora biti vrlo tanak ali dovoljan da omogući čvrsto prijanjanje mjerne trake na mjerno mjesto Odmah nakon pripreme mjernoga mjesta valja nalijepiti mjerne trake Postupak lijepljenja ilustriran je na slici 39

Pri povezivanju priključnih vodova mjernih traka lemljenjem pomoću vodiča također postoji opasnost oštećenja mjernih traka Na kraju mjerno mjesto je potrebno zaštiti od vanjskih utjecaja prvenstveno od vlage i mehaničkih oštećenja (slika 40)

Slika 39 Lijepljenje mjerne trake

Slika 40 Zaštita mjerne trake

55

332 Mjerila i mjerna oprema

Za mjerenje predviđenih značajki kretnosti skidera konstruirana su ili primjenjena mjerila za istovremeno određivanje 16 veličina Te veličine su

1 zakretni moment na prednjem desnom kotaču MPD (Nm)

2 zakretni moment na prednjem lijevom kotaču MPL (Nm)

3 zakretni moment na stražnjem desnom kotaču MSD (Nm)

4 zakretni moment na stražnjem lijevom kotaču MSL (Nm)

5 opterećenje na prednjem desnom kotaču GaPD (kN)

6 opterećenje na prednjem lijevom kotaču GaPL (kN)

7 opterećenje na stražnjem desnom kotaču GaSD (kN)

8 opterećenje na stražnjem lijevom kotaču GaSL (kN)

9 broj okretaja prednjeg desnog kotača nPD

10 broj okretaja prednjeg lijevog kotača nPL

11 broj okretaja stražnjeg desnog kotača nSD

12 broj okretaja stražnjeg lijevog kotača nSL

13 broj okretaja petog kotača n5K

14 horizontalna sastavnica sile u užetu H (kN)

15 vertikalna sastavnica sile u užetu V (kN)

16 vrijeme t (s)

Na osnovu podataka izmjere navedenih veličina može se izvršiti proračun potrebnih tehničkih značajki skidera pri privlačenju drva kao što su adhezijska težina skidera vučna i obodna sila faktori privlačenja bruto i neto vuče te kotrljanja dinamički polumjer kotača sila u užetu i kut nagiba užeta koeficijent raspodjele težine tovara brzina kretanja skidera klizanje kotača obodna i vučna snaga te snaga kotrljanja i korisnost kotača

Vertikalna opterećenja kotača predstavljaju masu odnosno težinu koju nose Mogu se odrediti na nekoliko načina proračunskim putem prilikom konstruiranja vozila vaganjem vozila (statički teret dobiven kao izvaga praznog i punog vozila) te kao stvarno opterećenje u radu - dinamička opterećenja (Sever i dr 1989)

Za mjerenje dinamičkih opterećenja na kotačima mjerne su trake postavljene odmah iza kotača na gornju stranu kućišta vratila koji izlazi iz diferencijala prema kotaču (završnom ili planetarnom reduktoru) Upotrebljene su mjerne trake oznake LY11-6120 što označava linearnu mjernu traku (L) nosive podloge od poliamida i mjerne mrežice od konstantana (Y) namijenjenom za postavljanje na čeličnim konstrukcijama (1) s jednom mjernom mrežicom duljine 6 mm i otpora 120 Ω Mjerne trake su kod svakog kotača postavljene u Wheatestone-ov polu-most pri čemu su dvije mjerne trake postavljene pod kutem od 90deg međusobno i s obzirom na uzdužnu i poprečnu os kućišta vratila (slika 42)

Mjerenje zakretnih momenata izvršeno je pomoću mjernih traka postavljenih na obodu kućišta završnih planetarnih reduktora Upotrebljene su mjerne trake oznake XY21-3120 što označava mjernu traku s nosivom podlogom od poliamida i mjerne mrežice od konstantana (Y) namijenjenom za postavljanje na čeličnim konstrukcijama (1) s dvije mjerne mrežice duljine 3 mm i otpora 120 Ω postavljene međusobno pod kutem od 90deg pri čemu je svaka mjerna mrežica otklonjena za 45deg od uzdužne osi mjerne trake (X) Za mjerenje su bile potrebne dvije mjerne trake koje su se postavile dijametralno suprotno na obodu kućišta završnog

Slika 41 Položaj mjernih traka pri mjerenju momenata

56

reduktora (slika 41) Točno postavljanje mjernih traka se izvršilo na osnovu mjerenja opsega oboda kućišta Mjerne trake su na svakom kotaču postavljene u Wheatestone-ov puni-most

Povezivanje je priključnih vodova mjernih traka izvršeno lemljenjem pomoću vodiča površine presjeka 015 mm2 do spojnog mjesta za svaki Wheatestoneov most Na spojnim mjestima su priključeni 4-žilni 15 pinski oklopljeni kablovi koje vode do pojačala

Zbog okretanja kotača bilo je potrebno postaviti klizni prijenosnik na svakom kotaču Nosači su kliznog prijenosnika učvršćeni na kućište završnog reduktora (slika 43) Klizni prijenosnik se sastoji od rotora kliznog prstena i kućišta Rotor je spojen s nosačem te se okreće zajedno s kotačem Na utičnicu rotora je doveden kabel sa spojnog mjesta Kućiste kliznog prijenosnika je učvršćeno elastičnim užetom na dodatnu konstrukciju koja je postavljenja iznad osovina skidera kako bi se omogućilo nesmetano okretanje kotača Signal se promjene otpora traka s utičnice na rotoru prenosi preko prstena i grafitnih četkica na utičnice na kućištu kliznog prijenosnika odakle kabel dalje vodi do pojačala

Dodatni prsten i grafitna četkica u kliznom prijenosniku su iskorišteni kao davači impulsa za određivanje broja okretaja kotača Ovaj postupak je opisao i primjenio Horvat (1993A) za istovremeno očitanje mjernog signala zakretnog momenta i broja okretaja vratila forvardera Od četiri klizna prijenosnika dva su imala prsten podijeljen na 10 segmenata tj za jedan puni okret kotača su bilježila 10 impulsa dok su ostala dva za jedan okret kotača bilježila jedan impuls Klizni prijenosnici s prstenom od 10 segmenata su postavljeni na prednji desni i stražnji lijevi kotač Raspon napona impulsa okreta kotača se kretao od 5 V do 9 V S druge utičnice na kućištu kliznog prijenosnika pomoću kabela se signal prenosio do pojačala S obzirom da je izlazni napon pojačala manji od raspona napona davača impulsa upotrebljeno je vanjsko napajanje pomoću 2 baterijska uloška napona 45 V

Stvarno prevaljeni put mjeren je pomoću slobodno kotrljajućeg petog kotača a njegova primjena je potrebna za određivanje brzine kretanja skidera i klizanja kotača usporedbom njegovog broja okretaja i broja okretaja pogonskih kotača Primjena petog kotača je dosta česta kod ispitivanja poljoprivrednih traktora a kod istraživanja specijalnih šumskih vozila koriste ga mnogi istraživači i može se smatrati najčešćim mjerilom puta (Hassan 1989) Isti autor (1988) opisuje optičko mjerilo puta razvijeno u NCSU za istraživanja skidera u eksploatacijskim uvjetima Sever (1980) kod istraživanja vučne značajke skidera te Horvat (1993A) kod istraživanja forvardera također koriste peti kotač

Peti kotač je zglobno učvršćen na prednju dasku skidera (slika 44) a duljina prevaljenog puta je određena na osnovu njegovog broja okretaja i izmjerenog opsega Na peti kotač je također bio postavljen klizni prijenosnik preko kojeg se na opisani način prenosio impuls promjene napona pomoću prstena s podjelom od 10 segmenata i grafitne četkice

Slika 42 Mjerno mjesto na kućištu osovine kotača

Slika 43 Prepariranje planetarnog reduktora

Slika 44 Peti kotač

57

Određivanje se horizontalne i vertikalne sastavnice sile u užetu pri privlačenju drva izvršilo pomoću dva vlačno-tlačna dinamometra HBM 50 kN i HBM 20 kN Dinamometri su međusobno spojeni pod kutem od 90deg stupnjeva te postavljeni na nosač zglobno učvršćen na mjestu vertikalnih valjaka vitla (slika 45) Sever (1980) navodi da je postavljanje dinamometara na nosač jedini mogući način da se istovremeno registriraju horizontalna i vertikalna sila u užetu u eksploatacijskim uvjetima Na spoju dinamometara je postavljen držač veznog užeta tovara Na taj način je omogućeno točno određivanje sastavnica sila te kuta nagiba užeta Dinamometri su se nalazili točno u horizontalnoj i vertikalnoj ravnini s obzirom na podlogu pri potpuno podignutoj zadnjoj prihvatno-zaštitno-sidrenoj dasci skidera upravo kakav je njen položaj pri privlačenju drva Nedostatak mjerenja vučnih sila dinamometrima pri privlačenju drva se ogleda u pojavi postranih bočnih sila uzrokovanih njihanjem tovara pri kretanju skidera koje vlačno-tlačni dinamometri ne mogu zabilježiti

Svi mjerni pretvornici (mjerne trake davači impulsa napona dinamometri) su spojeni s mjernim pojačalima HBM Spider 8 S obzirom na 15 mjerenih veličina upotrebljena su dva mjerna pojačala Spider 8 spojena u seriju od kojih svaki ima 8 ulaznih kanala SR55 (15-pinski kanali) Za napajanje pojačala je potreban napon od 12 V Prema mjernim pretvornicima šalju izlazni napon od 25 V te primaju povratni naponski signal s mjernih pretvornika i bilježe promjene napona do 2 mVV

Mjerna pojačala su smještena na postolje učvršćeno iza kabine skidera te zaštićeni od vlage i mehaničkih oštećenja

Daljinski prijenos podataka je omogućen primjenom radio modema ELPRO 805 U (ELPRO Technologies Pty Ltd) Radio modem je bio postavljen na samom skideru i spojen preko COM ulaza s mjernim pojačalom HBM Spider 8 primao analogno pojačane mjerne signale te ih odašiljao preko antene postavljene na krovu kabine skidera Drugi radio modem je primao mjerne signale te ih prenosio na terensko računalo

Računalnim programom Catman 40 (Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH) su bilježeni podaci mjerenja Navedeni računalni program je prvenstveno namijenjen mjerenju mehaničkih veličina električnim putem što se ogleda u nekim osnovnim karakteristikama

bull odabir različitih vrsta mjernih pojačala

bull provjera veze između mjernog pretvornika (mjerne trake dinamometra) i računala

bull unošenje mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull prikaz rezultata mjerenja mehaničkih veličina na osnovu primljenog signala i mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull određivanja tare i postavka mjernog pretvornika u nulto stanje

bull određivanje frekvencije očitanja signala s mjernog pretvornika

bull zapis proteklog vremena od pokretanja mjerenja do završetka prema frekvenciji očitanja

bull mogućnost istovremenog primanja mjernih podataka s 40 mjernih pretvornika (40 kanala)

bull snimanje do 10 000 mjernih rezultata po kanalu

bull grafičko i brojčano praćenje mjernih vrijednosti tijekom snimanja podataka

bull prenošenje snimljenih podataka u druge računalne programe (Microsoft Excell)

bull mogućnost matematičke obrade mjernih rezultata s jednog ili više kanala

bull mogućnost programiranja postupka mjerenja

Slika 45 Nosač s vlačno-tlačnim dinamometrima

58

U računalni program Catman 40 su po kanalima označeni mjerni pretvornici i unošene mjerne konstante dobivene umjeravanjem mjernih pretvornika Frekvencija očitanja ulaznog signala je podešena na 50 Hz po kanalu tj vrši se 50 očitanja mjernog rezultata u sekundi na svakom kanalu S obzirom na 15 korištenih kanala tijekom mjerenja te zapisa proteklog vremena mjerenja postignuto je 800 očitanja mjernih veličina u sekundi Rezulati mjerenja su spremani u datoteku Microsoft Excell gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjernja svake 150 sekunde

Programiranje je radio modema izvršeno programom Cfg_805UD Pomoću programa potrebno je odrediti slijedeće postavke na oba radio modema izbor komunikacijskog moda između uređaja adresiranje radio modema serijsku i radio frekvenciju prijenosa mjernog signala

Pri izbor komunikacijskog moda između uređaja odabran je transparentni mod koji omogućava komunikaciju u oba smjera Komunikacijom od skidera do računala omogućen je prijenos mjernih signala dok komunikacijom od računala prema skideru omogućena je provjera veze do mjernog pretvornika U slučaju oštećenja mjernog pretvornika spojnih kablova ili konektora te nepravilnosti električnog napajanja dijela mjernog lanca na skideru možemo odmah uočiti grešku pomoću računalnog programa Catman 40 Kontrolni mod omogućava jednosmjernu komunikaciju između radio modema i ne zadovoljava potrebe mjerenja

Adrese oba radio modema moraju biti postavljene na istu vrijednost jer samo uređaji s istim adresama mogu direktno međusobno komunicirati

Serijski se prijenos podataka ostvaruje između mjernog pojačala i radio modema te radio modema i računala

Radio frekvencija određuje frekvenciju prijenosa podataka između uređaja Zbog toga postavka radio frekvencije prijenosa podataka na oba uređaja mora biti istovjetna Od tri moguće postavke radio frekvencije (19 200 38 400 76 800 bits) izabrana je radio frekvencija od 38 400 bits

Slika 46 Shema mjernog lanca

Radio modemi su opremljeni spremišnim diskom (bufferom) od 2 KB Prijenos podataka počinje kad se napuni spremišni disk a isto tako veza između modema se prekida ukoliko se tijekom mjerenja spremišni disk potpuno isprazni sve do trenutka njegovog punjenja Zbog navedene značajke radio modema najpovoljnije je odabrati iste vrijednosti serijske i radio frekvencije u cilju kontinuiranog prijenosa podataka Pri tome je bilo potrebno uskladiti izlaznu frekvenciju mjernog

59

signala iz pojačala sa serijskom frekvencijom radio modema Mjerno pojačalo HBM Spider 8 se proizvodi s tvornički podešenom izlaznom frekvencijom mjernog signala od 9600 bits Ali pri tome dolazi do prekida veze između radio modema budući da je veća brzina slanja signala od brzine punjenja spremišnog diska od strane mjernog pojačala Povećanje izlazne frekvencije mjernog pojačala HBM Spider 8 izvršeno je direktnim povezivanjem s računalom unosom Hayes-ovih naredbi putem HyperTerminala

Veliki se dio mjerne opreme nalazi na skideru te je za napajanje električnom energijom mjernih pojačala i radio modema na krov kabine učvršćen prijenosni generator

Postavljanjem mjerne opreme nosača i pomoćnih konstrukcija i uređaja povećala se masa skidera (slika 47) Prije početka mjerenja bilo je potrebno odrediti masu opremljenog skidera i opterećenja na kotačima Rezultat mjerenja opterećenja na kotačima pri privlačenju drva je promjena težine na osnovu opterećenja praznog skidera na ravnoj podlozi Određivanje mase i opterećenja na kotačima praznog skidera je izvršeno s četiri vage švedskog proizvođača TELUB

U svakoj se vagi nalaze po četiri neovisna dinamometra namjenjena mjerenju tlačnih naprezanja Na svakom je dinamometru postavljeno po četiri aktivne mjerne trake što znači da je riječ o mjernim pretvornicima s mjernim trakama u punom mostu Mjerni su pretvornici spojeni tako da pojedinačno i zajednički registriraju svako vanjsko opterećenje Svaka je vaga granično opteretiva sa 90 kN Budući da se opterećenje ne mora simetrično rasporediti na sva četiri dinamometra u krajnosti je moguća i takva situacija u kojoj se svaki od tih tlačnih dinamometara može pojedinačno opteretiti s graničnom nosivošću čitave vage Sva četiri tlačna dinamometra na svakoj vagi pripremljena su kao puni mostovi Mjerni pretvornici kvadratnog presjeka postavljeni su u sva četiri kuta podnožja vaga a vijcima su pričvršćeni kako za podnožje vage tako i za njezin poklopac Shematski prikaz jednog od dinamometra dat je na slici 48

Sve su vage spojene s mjernim pojačalom HBM Spider 8 koji je direktno povezan s prijenosnim računalom te su pomoću računalnog programa Catman 40 naprijed opisanom metodom očitani rezultati mjerenja

Vagama su također izmjerene mase svih drvnih sortimenata koje smo koristili u vučnim pokusima

Otpor kotrljanja i nulto klizanje kotača na podlozi (šumskom tlu) na kojem se vrši ispitiavanje vučne značajke utvrđuje se prije početka testiranja povlačenjem traktora u praznom hodu i s položajem transmisije u neutralnom položaju te s dinamometrom pričvršćenim između traktora i vozila koje ga vuče (Hassan 1989) Pri tome je korišten vlačno-tlačni dinamometar HBM 100 kN direktno povezan preko mjernog pojačala HBM Spider 8 s računalom te sila vuče očitana računalnim programom Catman 40

Primjena opisane mjerne opreme kao i potrebitost mjerenja težine tovara i nagiba terena uvjetovala je ispitivanje u kontroliranim uvjetima Ispitivanje u stvarnim eksploatacijskim uvjetima je neizvedivo zbog pretvorbe dijelova skidera u mjerila Zbog postavljanja nosača dinamometara na valjke vitla onemogućen je rad vitla Vitlo je korišteno samo za pripremu i vezanje tovara a pri privlačenju tovar se držao na nosaču Također mjerna oprema je osjetljiva na vlagu (opasnost kondenzacije vlage u mjernim pojačalima konektorima opasnost od kratkog spoja u prijenosu električne struje vrlo malih napona u mjernom lancu) te se u pravilu ispitivanja ne vrše u uvjetima kišnih ili sniježnih oborina

Slika 47 Skider s postavljenom mjernom opremom

Slika 48 Shematski prikaz jednog od četiriju

dinamometara svake vage

60

333 Umjeravanje mjernih pretvornika

Umjeravanje mjernih pretvornika je postupak određivanja mjernih konstanti za točno očitanje rezultata mjerenja Mjerno pojačalo HBM Spider 8 bilježi promjene napona do 2mvV Na osnovu promjene napona u navedenom rasponu pomoću mjernih konstanti unesenih u računalni program Catman 40 za svaki mjerni pretvornik odredit će se točno očitanje signala

Postupak umjeravanja se sastoji od usporedbe ostvarene poznate veličine na mjernom pretvorniku i rezultat očitanja veličine preko mjernog lanca Promjenom mjerne konstante utječemo na rezultat očitanja sve dok se odnos ostvarene i mjerene vrijednosti ne izjednači

Umjeravanja su mjernih pretvornika na skideru obavljena na poligonu za ispitivanje poljoprivredne mehanizacije Poljoprivrednoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu Umjeravanje mjernih traka za mjerenje zakretnih momenta na kotačima postavljenih na završnim reduktorima skidera izvršeno je djelovanjem poznate sile na kraku od 1 m Poluga za opterećivanje je vijcima pričvršćena na vanjsku stranu naplatka kotača dignutoga u zrak Poluga je libelom postavljena u vodoravan položaj te je točno određen krak od 1 m od središta osovine kotača Na tom mjestu je vršeno vertikalno opterećivanje poluge silom koja se mjerila pomoću dinamometra HBM 50 kN (slika 49)

Podaci umjeravanja obrađeni su statističkim metodama s ciljem da se utvrdi ovisnost između ostvarenih i izmjerenih vrijednosti Za svaki kotač su izračunavane linearne regresije podataka umjeravanja kao i vrijednosti koeficijenata korelacije Linearno izjednačenje podataka umjeravanja pokazuju slike od 50 do 53 Na slikama su unesene određene mjerne konstante Sva umjeravanja imaju visoke koeficijente korelacije što znači da je korelacijska veza vrlo čvrsta

Umjeravanje mjernih traka za mjerenje opterećenja na kotačima obavljeno je na način da su kotači postupno opterećivani s utezima sve veće mase Primjenjeni su utezi s certifikatom umjerene masene vrijednosti dobiveni od strane Državnog zavoda za normizaciju i mjeriteljstvo Istodobno su očitavane vrijednosti pomoću TELUB vaga koje su postavljene ispod kotača skidera Podaci o umjeravanju regresijske jednadžbe izjednačavanja podataka s koeficijentima korelacije te mjerne konstante su prikazane na slikama od 54 do 57

Slika 50 Umjeravanje zakretnog momenta na prednjem

lijevom kotaču Slika 51 Umjeravanje zakretnog momenta na

prednjem desnom kotaču

Slika 49 Umjeravanje zakretnog momenta

61

Slika 52 Umjeravanje zakretnog momenta na stražnjem

lijevom kotaču Slika 53 Umjeravanje zakretnog momenta na

stražnjem desnom kotaču

Slika 54 Umjeravanje opterećenja na prednjem lijevom

kotaču Slika 55 Umjeravanje opterećenja na prednjem

desnom kotaču

Slika 56 Umjeravanje opterećenja na stražnjem lijevom

kotaču Slika 57 Umjeravanje opterećenja na stražnjem

desnom kotaču

62

TELUB vage su umjeravane ranije za potrebe istraživanja u okviru rada Laboratorija za mjerenje mehaničkih veličina šumarskih strojeva Šumarskog fakulteta u Zagrebu Mjerne konstante TELUB vaga su prikazane u tablici 10 Korišteni HBM dinamometri su imali tvorničke podatke o umjeravanju i mjernim konstantama koje su provjerene istim opisanim postupkom

Tablica 8 Mjerne konstante TELUB vaga i HBM dinamometara

Mjerna vrijednost

Promjena napona

Vaga 1 Vaga 2 Vaga 3 Vaga 4 Dinamometar 20 kN

Dinamometar 50 kN

Dinamometar 100 kN

mVV t t t t kN kN kN

0 0 0 0 0 0 0 0

2 13143 13268 13305 13118 20 50 100

334 Obrada podataka

Rezultati mjerenja svakog prolaska skidera šumskom vlakom su pohranjivani u datoteke Microsoft Excell-a gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjerenja svake 150 sekunde Isti postupak je izvršen pri mjerenju sile vuče praznog skidera drugim vozilom opterećenja na kotačima opremljenog skidera na ravnoj podlozi i vaganja drvnih sortimenata

Početak snimanja svakog turnusa je počinjao prije kretanja skidera vlakom kako bi se provjerila veza i uspostavio daljinski prijenos podataka Isto tako snimanje podataka se završavalo u trenutka zaustavljanja skidera na kraju vlake Zbog navedenog načina snimanja mjernih podataka u snimljenim datotekama je potrebno ustanoviti samo niz podataka za svaku veličinu koja se odnosi na kretanje skidera Ovaj postupak je izvršen na osnovu grafičkog prikaza mjernih podataka koji se uočljivo razlikuju od trenutka pokretanja do zaustavljanja skidera na osnovu računalnog zapisa vremena Za svaki turnus je određeno vremensko trajanje kretanja skidera s točnošću 002 sekunde i u tom vremenskom intervalu su određene mjere središnje tendencije rasipanja podataka metodama deskriptivne statistike broj opažanja aritmetička sredina i standardna devijacija

Rezultati mjerenja broja okretaja pogonskih kotača i petog kotača predstavljaju niz promjena napona između vrijednosti 5 V i 9 V te su obrađeni pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i Datoteka navedenog računalnog programa je podešena da unosom niza promjena napona zabilježenog na kotaču i frekvencije očitanja mjernih podataka (50 Hz) broj impulsa po jednom okretu kotača prikaže kao ukupan broj okretaja kotača (n) i frekvenciju vrtnje kotača u vremenskim intervalima (slika 58) Ova analiza je izvršena za sve kotače i turnuse u vučnim pokusima

Slika 58 Prikaz obrade podataka pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i

63

34 Mjerenja na tlu

Istraživanja na tlu obuhvatila su kopanje pedoloških profila uzimanje uzoraka tla u narušenom i nenarušenom (prirodnom) stanju mjerenje prodirne značajke tla mjerenje otpora tla na smicanje te mjerenja dubine kolotraga

Informacije o osnovnim značajkama šumskog tla na mjestu istraživanja prikupljene su otvaranjem pedološkog profila i uzimanjem uzoraka tla u narušenom stanju

Mjerenjem prodirne značajke tla i otpora tla na smicanje te uzimanjem uzoraka tla na neizgaženom tlu i tlu na vlakama ovisno o broju prolazaka skidera utvrdila bi se razina oštećenosti šumskoga tla uslijed privlačenja drva

Uzimanje bi se uzoraka tla u nenarušenom stanju također provelo na neizgaženom tlu u tlu vlake a rezultati vodno-fizičkih svojstva tla dobiveni laboratorijskom analizom uzoraka tla također bi bili upotrebljeni za procjenu utjecaja prolaska skidera na oštećenja tla

Istim metodama oštećenja tla prolaskom skidera su utvrđivali Vranković i Pernar (1993) Meek (1996) i Mathies i dr (2003) Seixas i dr (2003)

341 Vrsta tla i sklop horizonata

Analizom pedoloških profila (pedoloških jama) utvrđuju se vrsta i tip tla te sklop njegovih horizonata

Sklop profila čine horizonti njihov broj izraženost debljina te prijelaz jednog horizonta u drugi Horizont je sloj tla sa značajkama koje su rezultat pedogenetskih čimbenika Osim utvđivanja vrste i tipa tla te dubine rasprostiranja pojedinih horizonata na pedološkom profilu vađeni su i Kopeckijevi valjci radi dobivanja spoznaja o gustoći tla i strukturi poroziteta svakog pojedinog horizonta

Pedološki profil je otvoren (kopan) prema dimenzijama na slici 59 Prilikom određivanja njegovoga položaja smještan je ispod vanjskih dijelova krošanja dubećih stabala te su izbjegavana mjesta gdje su u prošlosti prolazile stare vlake s ciljem dobivanja što reprezentativnijeg podatka

342 Uzorci tla u narušenom stanju

Iz uzoraka tla u narušenom (prirodno poremećenom) stanju laboratorijskim analizama mjere se i izračunavaju vodno-fizička svojstva tla zasnovana na masi uzorka Svrha uzimanja ove vrste uzoraka na terenu je određivanje granulometrijskoga sastava tla

Laboratorijske (direktne) metode određivanje granulometrijskoga sastava tla obuhvaćaju sušenje uzorka odvajanje skeleta usitnjavanje i prosijavanje tla preko sita s rupicama promjera 2 mm kako bi se odvojilo sitno tlo (sitnica) Nakon prve faze rada slijedi priprema sitnice za mehaničku analizu prema jednoj od propisanih metoda čija je svrha odvajanje povezanih čestica pijeska praha i gline te spriječavanje njihove ponovne koagulacije uslijed dijelovanja čestica gline U šumarskoj i poljoprivrednoj pedologiji ova faza rada najčešće se izvodi kuhanjem uzorka tla nakon čega se on prebacuje u valjke za sedimentaciju a zatim se vrši određivanje postotnoga sadržaja pojedinih frakcija pipet metodom (Škorić 1986) Pipet metoda se zasniva na poznatoj brzini padanja pojedinih čestica u suspenziji Na osnovi toga se pipetiranjem s određene dubine u valjku nakon točno određenoga vremena odpipetiraju čestice gline čestice praha i gline a krupni i sitni pijesak dobiju se računskim putem

Slika 59 Položaj i dimenzije pedološkog profila

64

Kemijske analize uzoraka tla provedene su po ovim postupcima

minus reakcija tla izmjerena je elektrometrijski kombiniranom elektrodom u suspenziji tla u vodi odnosno u 001 M CaCl2 u odnosu 125 Za mjerenje je korišten laboratorijski mikroprocesorski pH metar oznake MA 5736 točnosti plusmn 001 pH tvrtke Metrel

minus sadržaj humusa određen je bikromatnom metodom po Tjurinu

minus sadržaj ukupnog dušika određen je spaljivanjem po postupku Kjeldahla i destilacijom po Bremneru

343 Uzorci tla u nenarušenom stanju

Svrha uzimanja uzoraka tla u prirodnom stanju je utvrđivanje vodno-fizičkih svojstava tla zasnovanih na volumenu uzorka

Uzorak tla u nenarušenom stanju uziman je pomoću Kopeckijevog valjka zapremine 100 cm3 (visina 44 cm promjer 55 cm) Sam valjak sastoji se od tijela valjka koje je na jednom kraju zabrušen radi lakšeg utiskivanja u tlo metalne mrežice te dva poklopca Valjci moraju biti označeni s istim oznakama na tijelu valjka i poklopcima Prije izlaska na teren pomičnim je mjerilom provjereno odstupaju li dimenzije valjaka od normiranih vrijednosti Da bi se valjak lakše utisnuo u tlo koristi se metalni nastavak za valjke te drveni ili gumeni bat Nakon utiskivanja valjka u tlo skida se nastavak i lopatom se isijeca tlo oko valjka kako bi se on lakše oslobodio od okolnoga tla

Ovako izvađen valjak najčešće ima višak tla s gornje i donje strane koje je potrebno obrezati oštrim nožem da površina tla bude u visini rubova valjka Nakon stavljanja metalne mrežice i oba poklopca valjak je zamatan u najlon te odlagan u putni hladnjak radi sprečavanja isušivanja uzorka tla tijekom transporta do laboratorija Oznake s tijela valjka i podaci o mjestu vađenja (neizgaženo tlo lijevi ili desni kolotrag broj prolaska skidera broj vlake) upisuju se u terenski manual Prilikom uzimanja uzoraka valjci su utiskivani usporedno s površinom tla na dubini od 15 cm Nakon prolaska skidera vađeno je nekoliko valjaka iz lijevog i desnog kolotraga skidera Pri svakom turnusu je također vađeno nekoliko valjaka na neizgaženom tlu u cilju utvrđivanja dnevnih promjena vodno-fizičkih svojstava tla

S obzirom na veliku neujednačenost tla važno je uzeti veći broj uzoraka a kao minimalna količina repeticija preporuča se vađenje pet valjaka u istim uvjetima (Anon1971) S druge strane u ovom istraživanju je vrlo teško ostvariti dovoljan broj uzoraka jer bi se navedenim brojem uzimanja valjaka kopanjem narušila struktura tla šumskih vlaka što bi utjecalo na pogrešno utvrđivanje odnosa kotača i tla

Analize uzoraka tla provedene su u Pedološkom laboratoriju Zavoda za uzgajanje šuma Šumarskoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu u skladu sa Priručnikom za pedološka istraživanja (Škorić 1982) Iz uzoraka tla u nenarušenom stanju laboratorijskim su analizama utvrđena sljedeća vodno-fizička svojstava

Prirodna gustoća tla ρb = (mS V) gcm3

(69)

Određivanje prirodne gustoće tla vrši se tako da se masa suhoga tla podijeli s volumenom koje tlo ima u prirodnom stanju tj tlo iz Kopeckijevoga valjka stavlja se u sušionik te se suši na 105˚C do konstantne mase Masa osušenoga tla (mS) stavlja se u omjer s volumenom valjka (V)

Gustoća čvrste faze tla ρp gcm3

(70)

Ova gustoća određuje se na način da se masa potpuno suhoga tla podijeli s volumenom koji zaprema neporozna masa čvrstih čestica tla koja se određuje na principu tekućine koju istisnu čvrste čestice tla iz napunjene baždarene posude (piknometra) Poznavanje vrijednosti prirodne gustoće tla i gustoće čvrste faze tla omogućuje izračunavanje poroziteta tla

Porozitet tla Φ = [1 ndash (ρb ρp)] vol (71)

Porozitet tla je suma svih šupljina tla ispunjenih vodom i zrakom a izračunava se pomoću prirodne gustoće tla (ρb) i gustoće čvrste faze tla (ρp) Tla mogu biti vrlo malo porozna (lt30 ) malo porozna (30 - 45 ) porozna (45 - 60 ) i vrlo porozna (gt 60 )

65

Trenutna vlaga tla θV0 = [(mW ndash mS) V)] 100 vol (72)

Trenutna vlaga tla predstavlja razliku u masi prirodno vlažnog tla (mW) i osušenoga tla na 105˚C do konstantne mase (mS) koja je svedena na obujam uzorka ndash valjka (V)

Retencijski kapacitet tla za vodu θVS = [(∆mW + mW ndash mS) V] 100 vol (73)

Predstavlja sposobnost tla da drži vodu molekularnom adhezijom hidratacijskim i kapilarnim silama i površinskom napetošću Određivanje retencijskog kapaciteta se vrši na način da se Kopeckijev valjak postavi u posudu na stalak pokriven filter papirom čiji rubovi poniru u vodu Na taj način uzorak tla u valjku upija vodu preko filtar papira Kada se tlo na površini valjka orosi znači da se zasitilo s vodom do retencijskoga kapaciteta Valjak se skida sa stalka ostavlja desetak minuta na filtar papiru da se suvišna vlaga odstrani te se nakon toga obriše i važe Potom se valjak stavlja u sušionik i suši na 105˚C do konstantne mase Retencijski kapacitet tla za vodu izračunava se iz razlike mase navlaženoga tla do retencijskoga kapaciteta (∆mW + mW) i mase suhoga tla (mS) svedene na volumen valjka (V) S obzirom na rezultat retencijski kapacitet tla za vodu može biti vrlo malen (lt 25 ) malen (25 - 35 ) srednji (35 -45 ) velik (45 - 60 ) i vrlo velik (gt 60 )

Kapacitet tla za zrak Φa = Φ ndash θVS vol (74)

Kapacitet tla za zrak je udjel pora tla koje ispunjava zrak u trenutku zasićenja tla do njegovog retencijskog kapaciteta za vodu a izračunava se iz razlike poroziteta tla i retencijskoga kapaciteta tla za vodu Kapacitet tla za vodu se izražava kao vrlo malen (lt 5 ) malen (5 - 10 ) srednji (10 -15 ) velik (15 - 20 ) i vrlo velik (gt 20 )

344 Prodirna značajka tla

Za mjerenje prodirne značajke tla rabljen je digitalni penetrometar Eijkelkamp čije osnovne sastavnice prikazuje slika 60 penetrologger- mjerni uređaj (1) dinamometar (2) čelični nastavci (3) konus (4) referentna ploča (5) te PC konektor (6) Načelo rada ovog penetrometra zasniva se na dinamometarskoj izmjeri primjenjene sile na rukohvatu uređaja kojim se konus poznatih dimenzija utiskuje u tlo Tijekom utiskivanja konusa u tlo ultrazvučni senzor penetrologgera mjeri dubinu prodiranja na osnovi odbijenih valova od referentne ploče (predstavlja površinu tla) s preciznošću od 1 cm Mjerni raspon dinamometra iznosi od 0 do 1 kN s preciznošću izmjere od 1 N Pri samom mjerenju računalo penetrometra zapisuje u njegovu internu memoriju parove izmjerenih podataka tj vrijednosti sile (tlak) i pomaka (dubina prodiranja) pomoću računalnog programa (data acquisition) u ASCII kodu Set penetrometra opremljen je s deset mjernih konusa različitih površina i vršnog kuta (30deg i 60deg) čime je omogućen širok raspon primjene ovog uređaja

Pomoću računalne aplikacije Eijkelkamp PenetroViewer (slika 62) ostvaruje se veza između digitalnog penetrometra i osobnog računala (COM port) kojom je omogućeno programiranje plana istraživanja (odabir veličine i vršnog kuta konusa brzine prodiranja konusa u tlo kao i broj repeticija mjerenja) odnosno vrši prijenos izmjerenih podataka Navedena aplikacija omugućuje i grafički pregled izmjerenih podataka te njihov prijenos iz ASCII koda u format koji koriste standardni tablični kalkulatori (txt csv xls) i statistički paketi Tijekom terenskih istraživanja korišten je konus s površinom presjeka 2 cm2 i vršnim kutem 30deg koji se utiskivao u tlo brzinom 1 cmsec U turnusu je izvođeno po 10 utiskivanja konusa u lijevom desnom kolotragu i na neizgaženom tlu (slika 61)

Slika 60 Eijkelkamp penetrometar

66

Slika 61 Mjerenje penetrometrom Eijkelkamp Slika 62 Aplikacija PenetroViewer ver 424

Uslijed nehomogenosti strukture tla Ronai (1983) i Horvat(1993A 1994A) primjećuju veliko rasipanje podataka između repeticija izmjere prodirnih značajki

Horvat (1994B 1995 1996A 1996B) navodi da se istraživanje ovisnosti otpora tla prodiranju konusa o dubini prodiranja regresijskom analizom može raditi sa srednjim vrijednostima otpora za pojedinu dubinu prodiranja iz ponovljenih mjerenja jednako dobro kao i sa svim podacima Isti autor u citiranim radovima za izjednačavanje podataka koristi eksponencijalni korelacijski oblik p = A sdot (BZ ndash 1) + C za koji navodi da karakteristična točka u kojoj se sijeku vodoravna asimptota i tangenta krivulje iz vrijednosti C može poslužiti za brojčano određenje i ocjenu prodirne značajke tla (slika 63)

345 Posmična čvrstoća tla

Krilna sonda je uređaj koji se sastoji od mjernog krila pričvršćenog na šipku na kojoj se nalazi moment metar naprava kojom se mjeri moment potreban da se okrene krilo u trenutku savladavanja čvrstoće na smicanje uzduž plašta valjka opisanog oko krila (Nonveiller 1979)

Mjerna krila predstavljaju dvije metalne ploče visine (H) i širine (B) međusobno poprečno pričvršćene na metalnu šipku (slika 64)

Krila sonde utiskuju se u tlo do željene dubine mjerenja Okretanjem krila tlo se lomi po plaštu valjka kojemu je promjer jednak širini krila Iz jednakosti momenta torzije (MT) i momenta otpora tla na smicanje na plaštu i bazi valjka kojeg stvaraju krila pri okretanju dobiva se čvrstoća smicanja tla

rArrsdotsdotsdotsdotsdot+sdotsdotsdotsdot= 23

2

22

2

2

TBBB

HBM πτπτ (75)

+sdotsdotπ

sdot=τ

3

2

2

T

BHB

M (76)

Otpor tla na smicanje (posmična čvrstoća) mjeren je krilnom sondom (Eijkelkamp ndash Field inspection Vane tester) Dimenzije krila sonde su 16 mm x 32 mm a mjerno područje ovog instrumenta je u rasponu od 0 do 260 kPa s točnošću očitanja mjernog rezultata od 4 kPa

Slika 63 Izjednačenje podataka prodirne značajke tla

Slika 64 Krilna sonda

67

Mjerni rezultat ovog instrumenta odnosi se na otpor pri smicanju tla u trenutku njegovog sloma Krilnom sondom su izvršena mjerenja u površinskom sloju tla i na dubini od 15 cm i to po 10 mjerenja u lijevom i desnom kolotragu te na nezgaženom tlu u svakom vučnom pokusu

346 Širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga

Za deformacije tla koje nastaju uslijed kretanja vozila po šumskom bespuću ne postoje standardizirane metode izmjere već se u literaturi opisuju kroz širinu gaženog traga dubinu kolotraga ili površinu presjeka gaženog profila tla

Kolotrag kotača vozila Saarilahti (2002A) definira kao površinsku deformaciju tla (ulegnuće) dublje od 10 cm i dulje od 05 m koje je nastalo uslijed sloma i sabijanja tla kretanjem vozila Pod razinom površine tla podrazumijeva dno sloja šumskog listinca ili mahovine Isti autor za prikupljanje podataka o dubini kolotraga na terenu preporuča uzimanje sistematskog uzorka na osnovi kvadratne mreže čija gustoća čvorova (grid) ovisi o željenom intenzitetu izmjereZa izmjeru na terenu koristi se tzv nultom točkom uzorka koja predstavlja čvor položene zamišljene mreže a samu izmjeru vrši na kolotragu koji mu je najbliži Pri tome od nulte točke kolotraga u uzdužnom smjeru vlake sa svake strane na duljini od 15 m mjeri dubinu deformacije tla Samu dubinu kolotraga raščlanjuje u dva razreda prihvatljivu (lt 10 cm) i neprihvatljivu (gt 10 cm) Zadano ograničenje dubine kolotraga (10 cm) zasniva se na procjeni kakvoće izvođenja radova ali i preporukama istraživača (Owende i dr 2002)

Za operativnu procjenu kakvoće izvođenja privlačenja drva Saarilahti (2002I) preporučuje prihvatljivu prosječnu dubinu kolotraga kao onu koja ne prelazi dubinu od 10 cm na više od 10 ukupne duljine cjelokupnoga gaženja tla sječne jedinice

Meek (1996) te Nugent i dr (2001) mjere značajke kolotraga (dubina širina gaženja) prema metodici prikazanoj na slici 65 Košir (2002) navodi da širina gaženja tla pri privlačenju drva ovisi o širini primjenjenoga vozila Usljed višekratnog prolaska vozila isti autor utvrđuje povećanje širine gaženja tla za 05 m sa svake strane vozila

Tijekom istraživanja širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga mjerili su se pomoću geodetske letve duljine 5 m položene na usidrene oslonce nakon svakog prolaska skidera (slika 66) Na svakoj vlaci su određena dva mjesta izmjere dubine kolotraga

Slika 65 Postupak izmjere kolotraga

Slika 66 Mjerenje dubine kolotraga na terenu

68

35 Statistička obrada podataka mjerenja

Terenski podaci mjerenja na tlu prenijeti su iz snimačkih listova u računalne datoteke radi lakše dostupnosti pri obradi podataka Obradom snimljenih podataka obuhvaćeni su kontrola i odabir podataka njihovo razvrstavanje kao i izračunavanje traženih parametara

Obrada podataka provedena je po sljedećem redoslijedu

rArr unošenje snimljenih podataka u računalo i stvaranje datoteka podataka za daljnju obradu

rArr određivanje zahtjeva s obzirom na cilj i razinu pojedinih obrada

rArr izbor metoda analize ili funkcija izjednačenja

rArr izračunavanje traženih parametara

rArr testiranje i analiza rezultata

rArr oblikovanje izlaza

Za opis temeljnih značajki skupova promatranih podataka (neovisne varijable) korištene su metode deskriptivne statistike gdje su izračunate različite mjere središnje tendencije rasipanja mjernih podataka a kao najpovoljnije odabrane su medijan i aritmetička sredina sa standardnom devijacijom kao mjerom rasipanja te vrijednosti Za aritmetičku sredinu kao srednju vrijednosti opažanih podataka postavljen je uvjet da preciznost smije biti maksimalno plusmn005 uz 95 vjerovatnosti Međutim Hitrec (1996) navodi teškoće u pridržavanju takvog uvjeta zbog jako velikog potrebnog uzorka kako bi se dobila potrebna preciznost i zadovoljavajuća pouzdanost što dovodi do predugog trajanja vremena pokusa i njegovog poskupljivanja

Pomoću testa razlike (Studentov t ndash test) provedeno je zaključivanje o značajnosti razlika među izračunatim srednjim vrijednostima opažanja (aritmetičkim sredinama) Na osnovi nulhipoteze pretpostavljeno je da su razlike između dviju sredina opažanja rezultat slučajne varijabilnosti vrijednosti u uzorcima te da između odgovarajućih sredina takve razlike nema Razlike između sredina dijeljene su sa standardnom pogreškom a zatim je kvocijent uspoređen s iznosom od 196 standardne pogreške Tamo gdje je kvocijent veći odbacujemo nulhipotezu a ako je manji smatramo da razlika između sredina nije značajna na 5 -tnoj razini signifikatnosti (Pavlić 1985)

Za testiranje značajnosti razlika prosječnih vrijednosti više skupova podataka (više od dva) istog mjernog parametra korištena je jednostruka analiza varijance (ANOVA) koja predstavlja postupak kojim se ukupna varijabilnost rastavlja na varijabilnost između prosječnih vrijednosti grupa opažanja i na varijabilnost unutar grupa opažanja (Serdar i Šošić 1981) Tim postupkom ova metoda odgovara na pitanje je li značajnija varijabilnost između srednjih vrijednosti grupa ili varijabilnost unutar pojedinih grupa podataka (Vasilj 2000)

Metode statističke analize vremenskih nizova korištene su za opis promjena fizičko-mehaničkih i vodno-fizičkih značajki šumskog tla koje su posljedica višekratnog prolaska forvardera Pri tome su korištena dva individualna indeksa kojima se iskazala dinamika sabijanja tla Indeks sa stalnom bazom iskazuje razinu promjene u odnosu na neku odabranu vrijednost (neizgaženo tlo) Lančani (verižni) indeks korišten je za prikaz promjene praćenih parametara tla u odnosu na svaki ponovni prolazak vozila po šumskom tlu

Za istraživanje mogućih stohastičkih ovisnosti između zadovoljavajuće koreliranih varijabli korištena je regresijska analiza Odabir krivulje izjednačenja vršen je na osnovi slijedećih parametara koeficijenta (determinacije) korelacije (R) standardne devijacije zavisne varijable oko linije izjednačenja (sYX) te t-varijable (tStat) i vjerovatnosti greške prve vrste (P-value) regresijskih koeficjenata (Serdar i Šošić 1981 Kachigan 1991) Za utvrđivanje jakosti veze između izjednačenih nezavisnih i zavisnih varijabli korištena je Roumlmer-Orphal-ova skala (Kump i dr 1970)

Slika 67 Roumlmer-Orphal-ova raspodjela

Matematičko ndash statistička obrada podataka obavljena je uz pomoć osobnog računala primjenom programskih paketa Microsoft Excel 97 i Sta Soft Statistica 50

69

Za izjednačavanje ovisnosti parova podataka koji porastom nezavisne varijable pokazuju da podaci zavisne varijable imaju asimptotski trend porasta korišten je eksponencijalni regresijski računalni program REGEXE primarno razvijen za istraživanja krivulja klizanja kotača vozila (Hitrec i Horvat 1987) Navedeni računalni program čvrstoću veza odabranih regresijskih modela prikazuje pomoću tri parametra r ndash koeficijenta korelacije R ndash indeksa korelacije i R gt ndash testiranja indeksa korelacije temeljem broja opažanja

Utvrđivanje razlika u stupnju sabijenosti tla višekratnim prolaskom skidera je izvršeno usporedbom površina ispod krivulja izjednačenja prodirnih značajki Poznavajući oblik i koeficijente jednadžbi izjednačenja metodom određenih integrala izračunate su površina ispod krivulja

52

Promjenom temperature mijenja se i k - faktor Kako je opće poznato zagrijavanjem materijala dolazi do njegovog termičkog istezanja Riječ je o relativnom temperaturnom istezanju materijala Stoga se uvodi tzv temperaturni koeficijent produljenja kao produljenje štapa jedinične duljine pri povišenju temperature za 1K odnosno

T

L

L ∆∆

sdot=1

α (61)

gdje je ∆T promjena temperature L duljina štapa a ∆L temperaturno produljenje

Na pouzdanost pri mjerenju značajno utječu i podloga na koju je mjerna traka nalijepljena ljepilo s kojim se zajedno s podlogom pričvršćuje na mjerno mjesto hrapavost podloge na koju se pričvršćuje i drugi utjecajni parametri Idealan materijal za izradu mrežica tenzometrijskih traka trebao bi posjedovati slijedeće karakteristike

što veću osjetljivost odnosno što veći k ndash faktor

veliki jedinični otpor

malu osjetljivost na temperaturne promjene

visoku granicu razvlačenja

visoku dinamičku izdržljivost

malu mehaničku histerezu

otpornost na koroziju i dr

Mjerenja pomoću elektrootpornih mjernih traka mogu se provoditi svim električnim mjernim mostovima koji se rabe i za mjerenje otpora Da bi se mjerenje provelo kvalitetno treba upotrijebiti mjerni most koji udovoljava slijedećim značajkama

valja postići linearnu karakteristiku između otpora R i signala na instrumentu

kada otpor R teži k nuli treba i odgovarajući odziv na pokaznom instrumentu težiti k nuli

valja postojati mogućnost pojačanja signala povećanjem napona napajanja mosta

mogućnost umjeravanja valja biti što jednostavnija

Gore navedenim zahtjevima najviše udovoljava Wheatestonov most Kako je ranije spomenuto i sasvim male promjene električnog otpora reda veličine tisućinke Ω koje se pojavljuju u mjernim trakama uslijed naprezanja te odgovarajućih istezanja moguće je pouzdano mjeriti pomoću Wheatestonovog mosta

Mjerni sustav se sastoji od mjernih traka povezanih u Wheatestoneov mjerni krug pojačala koji će predati ulazni napon mjernoj traci te primiti izlazni signal napona Postavljanjem mjerne trake na ispitni predmet naprezanja se u njemu prenose na mjernu traku što uzrokuje promjenu električnog otpora trake Promjenom otpora trake most gubi simetriju te dolazi do razlike između ulaznog i izlaznog napona

Osnovna izvedba Wheatestonovog mosta prikazana je na slici 37 na kojoj otpori prikazani u sva četiri mjerna kraka mosta mogu predstavljati elektrootpornu mjernu traku

Simboli koji će se rabiti u ovom poglavlju imaju slijedeća značenja

R - otpornik Ω

∆R - promjena otpora Ω

Uu - ulazni napon V

Ui - izlazni napon mosta V Slika 37 Shematski prikaz Wheatestonova mosta

53

Na početku ćemo pretpostaviti da su otpornici u svim krakovima mosta identični To znači da je most u ravnoteži (izbalansiran) Odatle slijedi da pad napona kroz otpornik R24 mora biti identičan padu napona kroz otpornik R23 Lako se može pokazati da je

13

23

14

24

R

R

R

R= (62)

Ovaj je odnos izuzetno bitan budući da upućuje na to da bilo koja promjena otpora na jednoj strani mosta može biti uravnotežena podešavanjem otpora na suprotnoj strani mosta Na osnovi gornje jednadžbe može se napisati

13

142324

R

RRR

sdot= (63)

Jednadžba ukazuje na to da se uz pouzdano poznavanje otpora R14 te uz pouzdano poznavanje odnosa dvaju otpora na drugoj strani mosta može isto tako pouzdano odrediti nepoznati otpor R24 Nadovezujući se na ovaj primjer može se pretpostaviti slučaj u kojem je nepoznati otpornik upravo naša mjerna traka pričvršćena na ispitivanom uzorku To znači da je most moguće umjeriti prije opterećivanja elementa Nakon uvođenja opterećenja most se može ponovno uravnotežiti podešavanjem odnosa dvaju otpornika R23R13 Ukoliko je poznata promjena odnosa moguće je odrediti razliku otpora mjerne trake prije i poslije opterećenja Ta je razlika bila izazvana relativnim produljenjem kao posljedicom djelovanja vanjskih sila Stoga se relativno produljenje može računati prema relaciji

kR

R

kR

R 1∆∆sdot=

sdot=ε (64)

Ranije je pokazano da je promjena otpora direktno srazmjerna relativnom istezanju tako da je odnos tih dviju veličina moguće veoma lako međusobno umjeriti Mnogo se pogodnija rješenja postižu onda kada se indikator izravno umjeri u vrijednostima relativnog istezanja To znači da se nakon uravnotežavanja mosta na početku mjerenja može očitavati svaku promjenu istezanja u mjerilu izravno na indikatoru

U slučajevima u kojima se pri mjerenjima koriste mjerna pojačala izravna su očitanja promjena naprezanja još mnogo jednostavnija Posebne pogodnosti imaju noviji sustavi za prikupljanje podataka koji preko analogno - digitalne konverzije mjernog signala omogućuju direktnu obradu rezultata mjerenja o čemu će kasnije biti više riječi

Za mjerenja se istodobno može koristiti jedna dvije ili četiri aktivne mjerne trake Ovisno o broju aktivnih mjernih traka razlika se potencijala određuje po slijedećim relacijama

Mjerni pretvornik sa samo jednom ugrađenom mjernom trakom u mjerni most još se naziva četvrt mosta Za četvrt most se može pokazati da vrijedi relacija

4

RR

E

V ∆= (65)

Uvrštavanjem vrijednosti iz relacije (59) u (65) te preuređenjem dobiva se izraz za relativno produljenje

kE

V

sdotsdot

=4

ε (66)

Shematski prikaz četvrt mosta vidi se na slici 38

Osnovna je značajka četvrt mosta samo jedna aktivna mjerna traka Preostala tri kraka mosta mogu činiti neaktivne ili fiktivne mjerne trake ili jednostavno obični otpornici Od posebnog je značaja relacija (66) koja pokazuje da postoji izravna veza između prisutnog relativnog istezanja i napona na dijagonali Ukoliko su poznati napon pobude mosta i k - faktor trake dovoljno je izmjeriti koliko iznosi napon dijagonale izvan

Slika 38 Izvedbe Wheatstoneovog mosta

54

ravnoteže da bi se odredila razina relativnog istezanja Prema nekim mišljenjima mjerni most sa samo jednom aktivnom mjernom trakom posjeduje samo približnu linearnost između promjene otpora i razlike potencijala na dijagonali Ta linearnost postoji samo pri relativno malim promjenama kao što je to slučaj kod žičanih mjernih traka

Mjerni pretvornik s dvije ugrađene mjerne trake naziva se polu most Za polu most je moguće lako dokazati slijedeće odnose

2

RR

E

V ∆= (67)

Mnoge se prednosti postižu uporabom dviju i više aktivnih mjernih traka koje su pod utjecajem promjena nakon što nastupi vanjsko opterećenje ispitivanog uzorka Budući da će kod uporabe dvije aktivne mjerne trake obje utjecati na promjenu električnoga otpora nakon pojave deformacije to će odmak od ravnoteže mosta biti veći To samo po sebi podrazumjeva znatno veću osjetljivost takvoga mosta Posebna je prednost takvih mjernih pretvornika i u tome što se utjecaj temperature pri kojoj se vrše mjerenja može potpuno zanemariti U mnogim će se slučajevima pored navedenog dobiti i značajno veća točnost pri mjerenjima

Mjerni pretvornik s četiri ugrađene mjerne trake naziva se puni most Kod punog mosta vrijedi slijedeći odnos

R

R

E

V ∆= (68)

Shematski se prikaz punog mosta vidi na slici 38 Upotrebom četiriju mjernih traka u mjernom pretvorniku još se više podiže njegova osjetljivost I kod punog mosta valja naglasiti da se utjecaj promijenjivih temperaturnih uvjeta na rezultate mjerenja u potpunosti može zanemariti U punom se mostu ravnoteža mora postići nekim dodatnim otpornicima Upotrebom punog mosta osjetljivost mjernog pretvornika u odnosu na četvrt mosta može se učetverostručiti

Poznavanjem osnovnih značajki mjerne trake s obzirom na objekt mjerenja uvjete mjerenja i potrebnu pouzdanost mjerenja vrši se odabir mjerne trake

Mjerne se trake obično učvršćuju lijepljenjem mada valja spomenuti da se u posebnim slučajevima i točkasto zavaruju Presudnim za uspjeh mjerenja smatra se izbor ljepila te način lijepljenja s obzirom na materijal i površinu mjernog mjesta U pripremi mjernog mjesta mora se obratiti pozornost na pravilno postavljanje i zaštitu mjerne trake kako bi odstranili moguće greške mjerenja Površina mjernog mjesta mora biti potpuno očišćena kako ostanak nečistoća ispod mjerne mrežice ne bi utjecao na točnost mjerenje i suha kako bi se onemogućila korozija trake Osim toga sama površina treba biti glatka bez najmanjih pukotina u materijalu koje bi utjecale na nepravilno prenošenje naprezanje s materijala na mjernu traku Zbog istog razloga sloj ljepila mora biti vrlo tanak ali dovoljan da omogući čvrsto prijanjanje mjerne trake na mjerno mjesto Odmah nakon pripreme mjernoga mjesta valja nalijepiti mjerne trake Postupak lijepljenja ilustriran je na slici 39

Pri povezivanju priključnih vodova mjernih traka lemljenjem pomoću vodiča također postoji opasnost oštećenja mjernih traka Na kraju mjerno mjesto je potrebno zaštiti od vanjskih utjecaja prvenstveno od vlage i mehaničkih oštećenja (slika 40)

Slika 39 Lijepljenje mjerne trake

Slika 40 Zaštita mjerne trake

55

332 Mjerila i mjerna oprema

Za mjerenje predviđenih značajki kretnosti skidera konstruirana su ili primjenjena mjerila za istovremeno određivanje 16 veličina Te veličine su

1 zakretni moment na prednjem desnom kotaču MPD (Nm)

2 zakretni moment na prednjem lijevom kotaču MPL (Nm)

3 zakretni moment na stražnjem desnom kotaču MSD (Nm)

4 zakretni moment na stražnjem lijevom kotaču MSL (Nm)

5 opterećenje na prednjem desnom kotaču GaPD (kN)

6 opterećenje na prednjem lijevom kotaču GaPL (kN)

7 opterećenje na stražnjem desnom kotaču GaSD (kN)

8 opterećenje na stražnjem lijevom kotaču GaSL (kN)

9 broj okretaja prednjeg desnog kotača nPD

10 broj okretaja prednjeg lijevog kotača nPL

11 broj okretaja stražnjeg desnog kotača nSD

12 broj okretaja stražnjeg lijevog kotača nSL

13 broj okretaja petog kotača n5K

14 horizontalna sastavnica sile u užetu H (kN)

15 vertikalna sastavnica sile u užetu V (kN)

16 vrijeme t (s)

Na osnovu podataka izmjere navedenih veličina može se izvršiti proračun potrebnih tehničkih značajki skidera pri privlačenju drva kao što su adhezijska težina skidera vučna i obodna sila faktori privlačenja bruto i neto vuče te kotrljanja dinamički polumjer kotača sila u užetu i kut nagiba užeta koeficijent raspodjele težine tovara brzina kretanja skidera klizanje kotača obodna i vučna snaga te snaga kotrljanja i korisnost kotača

Vertikalna opterećenja kotača predstavljaju masu odnosno težinu koju nose Mogu se odrediti na nekoliko načina proračunskim putem prilikom konstruiranja vozila vaganjem vozila (statički teret dobiven kao izvaga praznog i punog vozila) te kao stvarno opterećenje u radu - dinamička opterećenja (Sever i dr 1989)

Za mjerenje dinamičkih opterećenja na kotačima mjerne su trake postavljene odmah iza kotača na gornju stranu kućišta vratila koji izlazi iz diferencijala prema kotaču (završnom ili planetarnom reduktoru) Upotrebljene su mjerne trake oznake LY11-6120 što označava linearnu mjernu traku (L) nosive podloge od poliamida i mjerne mrežice od konstantana (Y) namijenjenom za postavljanje na čeličnim konstrukcijama (1) s jednom mjernom mrežicom duljine 6 mm i otpora 120 Ω Mjerne trake su kod svakog kotača postavljene u Wheatestone-ov polu-most pri čemu su dvije mjerne trake postavljene pod kutem od 90deg međusobno i s obzirom na uzdužnu i poprečnu os kućišta vratila (slika 42)

Mjerenje zakretnih momenata izvršeno je pomoću mjernih traka postavljenih na obodu kućišta završnih planetarnih reduktora Upotrebljene su mjerne trake oznake XY21-3120 što označava mjernu traku s nosivom podlogom od poliamida i mjerne mrežice od konstantana (Y) namijenjenom za postavljanje na čeličnim konstrukcijama (1) s dvije mjerne mrežice duljine 3 mm i otpora 120 Ω postavljene međusobno pod kutem od 90deg pri čemu je svaka mjerna mrežica otklonjena za 45deg od uzdužne osi mjerne trake (X) Za mjerenje su bile potrebne dvije mjerne trake koje su se postavile dijametralno suprotno na obodu kućišta završnog

Slika 41 Položaj mjernih traka pri mjerenju momenata

56

reduktora (slika 41) Točno postavljanje mjernih traka se izvršilo na osnovu mjerenja opsega oboda kućišta Mjerne trake su na svakom kotaču postavljene u Wheatestone-ov puni-most

Povezivanje je priključnih vodova mjernih traka izvršeno lemljenjem pomoću vodiča površine presjeka 015 mm2 do spojnog mjesta za svaki Wheatestoneov most Na spojnim mjestima su priključeni 4-žilni 15 pinski oklopljeni kablovi koje vode do pojačala

Zbog okretanja kotača bilo je potrebno postaviti klizni prijenosnik na svakom kotaču Nosači su kliznog prijenosnika učvršćeni na kućište završnog reduktora (slika 43) Klizni prijenosnik se sastoji od rotora kliznog prstena i kućišta Rotor je spojen s nosačem te se okreće zajedno s kotačem Na utičnicu rotora je doveden kabel sa spojnog mjesta Kućiste kliznog prijenosnika je učvršćeno elastičnim užetom na dodatnu konstrukciju koja je postavljenja iznad osovina skidera kako bi se omogućilo nesmetano okretanje kotača Signal se promjene otpora traka s utičnice na rotoru prenosi preko prstena i grafitnih četkica na utičnice na kućištu kliznog prijenosnika odakle kabel dalje vodi do pojačala

Dodatni prsten i grafitna četkica u kliznom prijenosniku su iskorišteni kao davači impulsa za određivanje broja okretaja kotača Ovaj postupak je opisao i primjenio Horvat (1993A) za istovremeno očitanje mjernog signala zakretnog momenta i broja okretaja vratila forvardera Od četiri klizna prijenosnika dva su imala prsten podijeljen na 10 segmenata tj za jedan puni okret kotača su bilježila 10 impulsa dok su ostala dva za jedan okret kotača bilježila jedan impuls Klizni prijenosnici s prstenom od 10 segmenata su postavljeni na prednji desni i stražnji lijevi kotač Raspon napona impulsa okreta kotača se kretao od 5 V do 9 V S druge utičnice na kućištu kliznog prijenosnika pomoću kabela se signal prenosio do pojačala S obzirom da je izlazni napon pojačala manji od raspona napona davača impulsa upotrebljeno je vanjsko napajanje pomoću 2 baterijska uloška napona 45 V

Stvarno prevaljeni put mjeren je pomoću slobodno kotrljajućeg petog kotača a njegova primjena je potrebna za određivanje brzine kretanja skidera i klizanja kotača usporedbom njegovog broja okretaja i broja okretaja pogonskih kotača Primjena petog kotača je dosta česta kod ispitivanja poljoprivrednih traktora a kod istraživanja specijalnih šumskih vozila koriste ga mnogi istraživači i može se smatrati najčešćim mjerilom puta (Hassan 1989) Isti autor (1988) opisuje optičko mjerilo puta razvijeno u NCSU za istraživanja skidera u eksploatacijskim uvjetima Sever (1980) kod istraživanja vučne značajke skidera te Horvat (1993A) kod istraživanja forvardera također koriste peti kotač

Peti kotač je zglobno učvršćen na prednju dasku skidera (slika 44) a duljina prevaljenog puta je određena na osnovu njegovog broja okretaja i izmjerenog opsega Na peti kotač je također bio postavljen klizni prijenosnik preko kojeg se na opisani način prenosio impuls promjene napona pomoću prstena s podjelom od 10 segmenata i grafitne četkice

Slika 42 Mjerno mjesto na kućištu osovine kotača

Slika 43 Prepariranje planetarnog reduktora

Slika 44 Peti kotač

57

Određivanje se horizontalne i vertikalne sastavnice sile u užetu pri privlačenju drva izvršilo pomoću dva vlačno-tlačna dinamometra HBM 50 kN i HBM 20 kN Dinamometri su međusobno spojeni pod kutem od 90deg stupnjeva te postavljeni na nosač zglobno učvršćen na mjestu vertikalnih valjaka vitla (slika 45) Sever (1980) navodi da je postavljanje dinamometara na nosač jedini mogući način da se istovremeno registriraju horizontalna i vertikalna sila u užetu u eksploatacijskim uvjetima Na spoju dinamometara je postavljen držač veznog užeta tovara Na taj način je omogućeno točno određivanje sastavnica sila te kuta nagiba užeta Dinamometri su se nalazili točno u horizontalnoj i vertikalnoj ravnini s obzirom na podlogu pri potpuno podignutoj zadnjoj prihvatno-zaštitno-sidrenoj dasci skidera upravo kakav je njen položaj pri privlačenju drva Nedostatak mjerenja vučnih sila dinamometrima pri privlačenju drva se ogleda u pojavi postranih bočnih sila uzrokovanih njihanjem tovara pri kretanju skidera koje vlačno-tlačni dinamometri ne mogu zabilježiti

Svi mjerni pretvornici (mjerne trake davači impulsa napona dinamometri) su spojeni s mjernim pojačalima HBM Spider 8 S obzirom na 15 mjerenih veličina upotrebljena su dva mjerna pojačala Spider 8 spojena u seriju od kojih svaki ima 8 ulaznih kanala SR55 (15-pinski kanali) Za napajanje pojačala je potreban napon od 12 V Prema mjernim pretvornicima šalju izlazni napon od 25 V te primaju povratni naponski signal s mjernih pretvornika i bilježe promjene napona do 2 mVV

Mjerna pojačala su smještena na postolje učvršćeno iza kabine skidera te zaštićeni od vlage i mehaničkih oštećenja

Daljinski prijenos podataka je omogućen primjenom radio modema ELPRO 805 U (ELPRO Technologies Pty Ltd) Radio modem je bio postavljen na samom skideru i spojen preko COM ulaza s mjernim pojačalom HBM Spider 8 primao analogno pojačane mjerne signale te ih odašiljao preko antene postavljene na krovu kabine skidera Drugi radio modem je primao mjerne signale te ih prenosio na terensko računalo

Računalnim programom Catman 40 (Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH) su bilježeni podaci mjerenja Navedeni računalni program je prvenstveno namijenjen mjerenju mehaničkih veličina električnim putem što se ogleda u nekim osnovnim karakteristikama

bull odabir različitih vrsta mjernih pojačala

bull provjera veze između mjernog pretvornika (mjerne trake dinamometra) i računala

bull unošenje mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull prikaz rezultata mjerenja mehaničkih veličina na osnovu primljenog signala i mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull određivanja tare i postavka mjernog pretvornika u nulto stanje

bull određivanje frekvencije očitanja signala s mjernog pretvornika

bull zapis proteklog vremena od pokretanja mjerenja do završetka prema frekvenciji očitanja

bull mogućnost istovremenog primanja mjernih podataka s 40 mjernih pretvornika (40 kanala)

bull snimanje do 10 000 mjernih rezultata po kanalu

bull grafičko i brojčano praćenje mjernih vrijednosti tijekom snimanja podataka

bull prenošenje snimljenih podataka u druge računalne programe (Microsoft Excell)

bull mogućnost matematičke obrade mjernih rezultata s jednog ili više kanala

bull mogućnost programiranja postupka mjerenja

Slika 45 Nosač s vlačno-tlačnim dinamometrima

58

U računalni program Catman 40 su po kanalima označeni mjerni pretvornici i unošene mjerne konstante dobivene umjeravanjem mjernih pretvornika Frekvencija očitanja ulaznog signala je podešena na 50 Hz po kanalu tj vrši se 50 očitanja mjernog rezultata u sekundi na svakom kanalu S obzirom na 15 korištenih kanala tijekom mjerenja te zapisa proteklog vremena mjerenja postignuto je 800 očitanja mjernih veličina u sekundi Rezulati mjerenja su spremani u datoteku Microsoft Excell gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjernja svake 150 sekunde

Programiranje je radio modema izvršeno programom Cfg_805UD Pomoću programa potrebno je odrediti slijedeće postavke na oba radio modema izbor komunikacijskog moda između uređaja adresiranje radio modema serijsku i radio frekvenciju prijenosa mjernog signala

Pri izbor komunikacijskog moda između uređaja odabran je transparentni mod koji omogućava komunikaciju u oba smjera Komunikacijom od skidera do računala omogućen je prijenos mjernih signala dok komunikacijom od računala prema skideru omogućena je provjera veze do mjernog pretvornika U slučaju oštećenja mjernog pretvornika spojnih kablova ili konektora te nepravilnosti električnog napajanja dijela mjernog lanca na skideru možemo odmah uočiti grešku pomoću računalnog programa Catman 40 Kontrolni mod omogućava jednosmjernu komunikaciju između radio modema i ne zadovoljava potrebe mjerenja

Adrese oba radio modema moraju biti postavljene na istu vrijednost jer samo uređaji s istim adresama mogu direktno međusobno komunicirati

Serijski se prijenos podataka ostvaruje između mjernog pojačala i radio modema te radio modema i računala

Radio frekvencija određuje frekvenciju prijenosa podataka između uređaja Zbog toga postavka radio frekvencije prijenosa podataka na oba uređaja mora biti istovjetna Od tri moguće postavke radio frekvencije (19 200 38 400 76 800 bits) izabrana je radio frekvencija od 38 400 bits

Slika 46 Shema mjernog lanca

Radio modemi su opremljeni spremišnim diskom (bufferom) od 2 KB Prijenos podataka počinje kad se napuni spremišni disk a isto tako veza između modema se prekida ukoliko se tijekom mjerenja spremišni disk potpuno isprazni sve do trenutka njegovog punjenja Zbog navedene značajke radio modema najpovoljnije je odabrati iste vrijednosti serijske i radio frekvencije u cilju kontinuiranog prijenosa podataka Pri tome je bilo potrebno uskladiti izlaznu frekvenciju mjernog

59

signala iz pojačala sa serijskom frekvencijom radio modema Mjerno pojačalo HBM Spider 8 se proizvodi s tvornički podešenom izlaznom frekvencijom mjernog signala od 9600 bits Ali pri tome dolazi do prekida veze između radio modema budući da je veća brzina slanja signala od brzine punjenja spremišnog diska od strane mjernog pojačala Povećanje izlazne frekvencije mjernog pojačala HBM Spider 8 izvršeno je direktnim povezivanjem s računalom unosom Hayes-ovih naredbi putem HyperTerminala

Veliki se dio mjerne opreme nalazi na skideru te je za napajanje električnom energijom mjernih pojačala i radio modema na krov kabine učvršćen prijenosni generator

Postavljanjem mjerne opreme nosača i pomoćnih konstrukcija i uređaja povećala se masa skidera (slika 47) Prije početka mjerenja bilo je potrebno odrediti masu opremljenog skidera i opterećenja na kotačima Rezultat mjerenja opterećenja na kotačima pri privlačenju drva je promjena težine na osnovu opterećenja praznog skidera na ravnoj podlozi Određivanje mase i opterećenja na kotačima praznog skidera je izvršeno s četiri vage švedskog proizvođača TELUB

U svakoj se vagi nalaze po četiri neovisna dinamometra namjenjena mjerenju tlačnih naprezanja Na svakom je dinamometru postavljeno po četiri aktivne mjerne trake što znači da je riječ o mjernim pretvornicima s mjernim trakama u punom mostu Mjerni su pretvornici spojeni tako da pojedinačno i zajednički registriraju svako vanjsko opterećenje Svaka je vaga granično opteretiva sa 90 kN Budući da se opterećenje ne mora simetrično rasporediti na sva četiri dinamometra u krajnosti je moguća i takva situacija u kojoj se svaki od tih tlačnih dinamometara može pojedinačno opteretiti s graničnom nosivošću čitave vage Sva četiri tlačna dinamometra na svakoj vagi pripremljena su kao puni mostovi Mjerni pretvornici kvadratnog presjeka postavljeni su u sva četiri kuta podnožja vaga a vijcima su pričvršćeni kako za podnožje vage tako i za njezin poklopac Shematski prikaz jednog od dinamometra dat je na slici 48

Sve su vage spojene s mjernim pojačalom HBM Spider 8 koji je direktno povezan s prijenosnim računalom te su pomoću računalnog programa Catman 40 naprijed opisanom metodom očitani rezultati mjerenja

Vagama su također izmjerene mase svih drvnih sortimenata koje smo koristili u vučnim pokusima

Otpor kotrljanja i nulto klizanje kotača na podlozi (šumskom tlu) na kojem se vrši ispitiavanje vučne značajke utvrđuje se prije početka testiranja povlačenjem traktora u praznom hodu i s položajem transmisije u neutralnom položaju te s dinamometrom pričvršćenim između traktora i vozila koje ga vuče (Hassan 1989) Pri tome je korišten vlačno-tlačni dinamometar HBM 100 kN direktno povezan preko mjernog pojačala HBM Spider 8 s računalom te sila vuče očitana računalnim programom Catman 40

Primjena opisane mjerne opreme kao i potrebitost mjerenja težine tovara i nagiba terena uvjetovala je ispitivanje u kontroliranim uvjetima Ispitivanje u stvarnim eksploatacijskim uvjetima je neizvedivo zbog pretvorbe dijelova skidera u mjerila Zbog postavljanja nosača dinamometara na valjke vitla onemogućen je rad vitla Vitlo je korišteno samo za pripremu i vezanje tovara a pri privlačenju tovar se držao na nosaču Također mjerna oprema je osjetljiva na vlagu (opasnost kondenzacije vlage u mjernim pojačalima konektorima opasnost od kratkog spoja u prijenosu električne struje vrlo malih napona u mjernom lancu) te se u pravilu ispitivanja ne vrše u uvjetima kišnih ili sniježnih oborina

Slika 47 Skider s postavljenom mjernom opremom

Slika 48 Shematski prikaz jednog od četiriju

dinamometara svake vage

60

333 Umjeravanje mjernih pretvornika

Umjeravanje mjernih pretvornika je postupak određivanja mjernih konstanti za točno očitanje rezultata mjerenja Mjerno pojačalo HBM Spider 8 bilježi promjene napona do 2mvV Na osnovu promjene napona u navedenom rasponu pomoću mjernih konstanti unesenih u računalni program Catman 40 za svaki mjerni pretvornik odredit će se točno očitanje signala

Postupak umjeravanja se sastoji od usporedbe ostvarene poznate veličine na mjernom pretvorniku i rezultat očitanja veličine preko mjernog lanca Promjenom mjerne konstante utječemo na rezultat očitanja sve dok se odnos ostvarene i mjerene vrijednosti ne izjednači

Umjeravanja su mjernih pretvornika na skideru obavljena na poligonu za ispitivanje poljoprivredne mehanizacije Poljoprivrednoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu Umjeravanje mjernih traka za mjerenje zakretnih momenta na kotačima postavljenih na završnim reduktorima skidera izvršeno je djelovanjem poznate sile na kraku od 1 m Poluga za opterećivanje je vijcima pričvršćena na vanjsku stranu naplatka kotača dignutoga u zrak Poluga je libelom postavljena u vodoravan položaj te je točno određen krak od 1 m od središta osovine kotača Na tom mjestu je vršeno vertikalno opterećivanje poluge silom koja se mjerila pomoću dinamometra HBM 50 kN (slika 49)

Podaci umjeravanja obrađeni su statističkim metodama s ciljem da se utvrdi ovisnost između ostvarenih i izmjerenih vrijednosti Za svaki kotač su izračunavane linearne regresije podataka umjeravanja kao i vrijednosti koeficijenata korelacije Linearno izjednačenje podataka umjeravanja pokazuju slike od 50 do 53 Na slikama su unesene određene mjerne konstante Sva umjeravanja imaju visoke koeficijente korelacije što znači da je korelacijska veza vrlo čvrsta

Umjeravanje mjernih traka za mjerenje opterećenja na kotačima obavljeno je na način da su kotači postupno opterećivani s utezima sve veće mase Primjenjeni su utezi s certifikatom umjerene masene vrijednosti dobiveni od strane Državnog zavoda za normizaciju i mjeriteljstvo Istodobno su očitavane vrijednosti pomoću TELUB vaga koje su postavljene ispod kotača skidera Podaci o umjeravanju regresijske jednadžbe izjednačavanja podataka s koeficijentima korelacije te mjerne konstante su prikazane na slikama od 54 do 57

Slika 50 Umjeravanje zakretnog momenta na prednjem

lijevom kotaču Slika 51 Umjeravanje zakretnog momenta na

prednjem desnom kotaču

Slika 49 Umjeravanje zakretnog momenta

61

Slika 52 Umjeravanje zakretnog momenta na stražnjem

lijevom kotaču Slika 53 Umjeravanje zakretnog momenta na

stražnjem desnom kotaču

Slika 54 Umjeravanje opterećenja na prednjem lijevom

kotaču Slika 55 Umjeravanje opterećenja na prednjem

desnom kotaču

Slika 56 Umjeravanje opterećenja na stražnjem lijevom

kotaču Slika 57 Umjeravanje opterećenja na stražnjem

desnom kotaču

62

TELUB vage su umjeravane ranije za potrebe istraživanja u okviru rada Laboratorija za mjerenje mehaničkih veličina šumarskih strojeva Šumarskog fakulteta u Zagrebu Mjerne konstante TELUB vaga su prikazane u tablici 10 Korišteni HBM dinamometri su imali tvorničke podatke o umjeravanju i mjernim konstantama koje su provjerene istim opisanim postupkom

Tablica 8 Mjerne konstante TELUB vaga i HBM dinamometara

Mjerna vrijednost

Promjena napona

Vaga 1 Vaga 2 Vaga 3 Vaga 4 Dinamometar 20 kN

Dinamometar 50 kN

Dinamometar 100 kN

mVV t t t t kN kN kN

0 0 0 0 0 0 0 0

2 13143 13268 13305 13118 20 50 100

334 Obrada podataka

Rezultati mjerenja svakog prolaska skidera šumskom vlakom su pohranjivani u datoteke Microsoft Excell-a gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjerenja svake 150 sekunde Isti postupak je izvršen pri mjerenju sile vuče praznog skidera drugim vozilom opterećenja na kotačima opremljenog skidera na ravnoj podlozi i vaganja drvnih sortimenata

Početak snimanja svakog turnusa je počinjao prije kretanja skidera vlakom kako bi se provjerila veza i uspostavio daljinski prijenos podataka Isto tako snimanje podataka se završavalo u trenutka zaustavljanja skidera na kraju vlake Zbog navedenog načina snimanja mjernih podataka u snimljenim datotekama je potrebno ustanoviti samo niz podataka za svaku veličinu koja se odnosi na kretanje skidera Ovaj postupak je izvršen na osnovu grafičkog prikaza mjernih podataka koji se uočljivo razlikuju od trenutka pokretanja do zaustavljanja skidera na osnovu računalnog zapisa vremena Za svaki turnus je određeno vremensko trajanje kretanja skidera s točnošću 002 sekunde i u tom vremenskom intervalu su određene mjere središnje tendencije rasipanja podataka metodama deskriptivne statistike broj opažanja aritmetička sredina i standardna devijacija

Rezultati mjerenja broja okretaja pogonskih kotača i petog kotača predstavljaju niz promjena napona između vrijednosti 5 V i 9 V te su obrađeni pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i Datoteka navedenog računalnog programa je podešena da unosom niza promjena napona zabilježenog na kotaču i frekvencije očitanja mjernih podataka (50 Hz) broj impulsa po jednom okretu kotača prikaže kao ukupan broj okretaja kotača (n) i frekvenciju vrtnje kotača u vremenskim intervalima (slika 58) Ova analiza je izvršena za sve kotače i turnuse u vučnim pokusima

Slika 58 Prikaz obrade podataka pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i

63

34 Mjerenja na tlu

Istraživanja na tlu obuhvatila su kopanje pedoloških profila uzimanje uzoraka tla u narušenom i nenarušenom (prirodnom) stanju mjerenje prodirne značajke tla mjerenje otpora tla na smicanje te mjerenja dubine kolotraga

Informacije o osnovnim značajkama šumskog tla na mjestu istraživanja prikupljene su otvaranjem pedološkog profila i uzimanjem uzoraka tla u narušenom stanju

Mjerenjem prodirne značajke tla i otpora tla na smicanje te uzimanjem uzoraka tla na neizgaženom tlu i tlu na vlakama ovisno o broju prolazaka skidera utvrdila bi se razina oštećenosti šumskoga tla uslijed privlačenja drva

Uzimanje bi se uzoraka tla u nenarušenom stanju također provelo na neizgaženom tlu u tlu vlake a rezultati vodno-fizičkih svojstva tla dobiveni laboratorijskom analizom uzoraka tla također bi bili upotrebljeni za procjenu utjecaja prolaska skidera na oštećenja tla

Istim metodama oštećenja tla prolaskom skidera su utvrđivali Vranković i Pernar (1993) Meek (1996) i Mathies i dr (2003) Seixas i dr (2003)

341 Vrsta tla i sklop horizonata

Analizom pedoloških profila (pedoloških jama) utvrđuju se vrsta i tip tla te sklop njegovih horizonata

Sklop profila čine horizonti njihov broj izraženost debljina te prijelaz jednog horizonta u drugi Horizont je sloj tla sa značajkama koje su rezultat pedogenetskih čimbenika Osim utvđivanja vrste i tipa tla te dubine rasprostiranja pojedinih horizonata na pedološkom profilu vađeni su i Kopeckijevi valjci radi dobivanja spoznaja o gustoći tla i strukturi poroziteta svakog pojedinog horizonta

Pedološki profil je otvoren (kopan) prema dimenzijama na slici 59 Prilikom određivanja njegovoga položaja smještan je ispod vanjskih dijelova krošanja dubećih stabala te su izbjegavana mjesta gdje su u prošlosti prolazile stare vlake s ciljem dobivanja što reprezentativnijeg podatka

342 Uzorci tla u narušenom stanju

Iz uzoraka tla u narušenom (prirodno poremećenom) stanju laboratorijskim analizama mjere se i izračunavaju vodno-fizička svojstva tla zasnovana na masi uzorka Svrha uzimanja ove vrste uzoraka na terenu je određivanje granulometrijskoga sastava tla

Laboratorijske (direktne) metode određivanje granulometrijskoga sastava tla obuhvaćaju sušenje uzorka odvajanje skeleta usitnjavanje i prosijavanje tla preko sita s rupicama promjera 2 mm kako bi se odvojilo sitno tlo (sitnica) Nakon prve faze rada slijedi priprema sitnice za mehaničku analizu prema jednoj od propisanih metoda čija je svrha odvajanje povezanih čestica pijeska praha i gline te spriječavanje njihove ponovne koagulacije uslijed dijelovanja čestica gline U šumarskoj i poljoprivrednoj pedologiji ova faza rada najčešće se izvodi kuhanjem uzorka tla nakon čega se on prebacuje u valjke za sedimentaciju a zatim se vrši određivanje postotnoga sadržaja pojedinih frakcija pipet metodom (Škorić 1986) Pipet metoda se zasniva na poznatoj brzini padanja pojedinih čestica u suspenziji Na osnovi toga se pipetiranjem s određene dubine u valjku nakon točno određenoga vremena odpipetiraju čestice gline čestice praha i gline a krupni i sitni pijesak dobiju se računskim putem

Slika 59 Položaj i dimenzije pedološkog profila

64

Kemijske analize uzoraka tla provedene su po ovim postupcima

minus reakcija tla izmjerena je elektrometrijski kombiniranom elektrodom u suspenziji tla u vodi odnosno u 001 M CaCl2 u odnosu 125 Za mjerenje je korišten laboratorijski mikroprocesorski pH metar oznake MA 5736 točnosti plusmn 001 pH tvrtke Metrel

minus sadržaj humusa određen je bikromatnom metodom po Tjurinu

minus sadržaj ukupnog dušika određen je spaljivanjem po postupku Kjeldahla i destilacijom po Bremneru

343 Uzorci tla u nenarušenom stanju

Svrha uzimanja uzoraka tla u prirodnom stanju je utvrđivanje vodno-fizičkih svojstava tla zasnovanih na volumenu uzorka

Uzorak tla u nenarušenom stanju uziman je pomoću Kopeckijevog valjka zapremine 100 cm3 (visina 44 cm promjer 55 cm) Sam valjak sastoji se od tijela valjka koje je na jednom kraju zabrušen radi lakšeg utiskivanja u tlo metalne mrežice te dva poklopca Valjci moraju biti označeni s istim oznakama na tijelu valjka i poklopcima Prije izlaska na teren pomičnim je mjerilom provjereno odstupaju li dimenzije valjaka od normiranih vrijednosti Da bi se valjak lakše utisnuo u tlo koristi se metalni nastavak za valjke te drveni ili gumeni bat Nakon utiskivanja valjka u tlo skida se nastavak i lopatom se isijeca tlo oko valjka kako bi se on lakše oslobodio od okolnoga tla

Ovako izvađen valjak najčešće ima višak tla s gornje i donje strane koje je potrebno obrezati oštrim nožem da površina tla bude u visini rubova valjka Nakon stavljanja metalne mrežice i oba poklopca valjak je zamatan u najlon te odlagan u putni hladnjak radi sprečavanja isušivanja uzorka tla tijekom transporta do laboratorija Oznake s tijela valjka i podaci o mjestu vađenja (neizgaženo tlo lijevi ili desni kolotrag broj prolaska skidera broj vlake) upisuju se u terenski manual Prilikom uzimanja uzoraka valjci su utiskivani usporedno s površinom tla na dubini od 15 cm Nakon prolaska skidera vađeno je nekoliko valjaka iz lijevog i desnog kolotraga skidera Pri svakom turnusu je također vađeno nekoliko valjaka na neizgaženom tlu u cilju utvrđivanja dnevnih promjena vodno-fizičkih svojstava tla

S obzirom na veliku neujednačenost tla važno je uzeti veći broj uzoraka a kao minimalna količina repeticija preporuča se vađenje pet valjaka u istim uvjetima (Anon1971) S druge strane u ovom istraživanju je vrlo teško ostvariti dovoljan broj uzoraka jer bi se navedenim brojem uzimanja valjaka kopanjem narušila struktura tla šumskih vlaka što bi utjecalo na pogrešno utvrđivanje odnosa kotača i tla

Analize uzoraka tla provedene su u Pedološkom laboratoriju Zavoda za uzgajanje šuma Šumarskoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu u skladu sa Priručnikom za pedološka istraživanja (Škorić 1982) Iz uzoraka tla u nenarušenom stanju laboratorijskim su analizama utvrđena sljedeća vodno-fizička svojstava

Prirodna gustoća tla ρb = (mS V) gcm3

(69)

Određivanje prirodne gustoće tla vrši se tako da se masa suhoga tla podijeli s volumenom koje tlo ima u prirodnom stanju tj tlo iz Kopeckijevoga valjka stavlja se u sušionik te se suši na 105˚C do konstantne mase Masa osušenoga tla (mS) stavlja se u omjer s volumenom valjka (V)

Gustoća čvrste faze tla ρp gcm3

(70)

Ova gustoća određuje se na način da se masa potpuno suhoga tla podijeli s volumenom koji zaprema neporozna masa čvrstih čestica tla koja se određuje na principu tekućine koju istisnu čvrste čestice tla iz napunjene baždarene posude (piknometra) Poznavanje vrijednosti prirodne gustoće tla i gustoće čvrste faze tla omogućuje izračunavanje poroziteta tla

Porozitet tla Φ = [1 ndash (ρb ρp)] vol (71)

Porozitet tla je suma svih šupljina tla ispunjenih vodom i zrakom a izračunava se pomoću prirodne gustoće tla (ρb) i gustoće čvrste faze tla (ρp) Tla mogu biti vrlo malo porozna (lt30 ) malo porozna (30 - 45 ) porozna (45 - 60 ) i vrlo porozna (gt 60 )

65

Trenutna vlaga tla θV0 = [(mW ndash mS) V)] 100 vol (72)

Trenutna vlaga tla predstavlja razliku u masi prirodno vlažnog tla (mW) i osušenoga tla na 105˚C do konstantne mase (mS) koja je svedena na obujam uzorka ndash valjka (V)

Retencijski kapacitet tla za vodu θVS = [(∆mW + mW ndash mS) V] 100 vol (73)

Predstavlja sposobnost tla da drži vodu molekularnom adhezijom hidratacijskim i kapilarnim silama i površinskom napetošću Određivanje retencijskog kapaciteta se vrši na način da se Kopeckijev valjak postavi u posudu na stalak pokriven filter papirom čiji rubovi poniru u vodu Na taj način uzorak tla u valjku upija vodu preko filtar papira Kada se tlo na površini valjka orosi znači da se zasitilo s vodom do retencijskoga kapaciteta Valjak se skida sa stalka ostavlja desetak minuta na filtar papiru da se suvišna vlaga odstrani te se nakon toga obriše i važe Potom se valjak stavlja u sušionik i suši na 105˚C do konstantne mase Retencijski kapacitet tla za vodu izračunava se iz razlike mase navlaženoga tla do retencijskoga kapaciteta (∆mW + mW) i mase suhoga tla (mS) svedene na volumen valjka (V) S obzirom na rezultat retencijski kapacitet tla za vodu može biti vrlo malen (lt 25 ) malen (25 - 35 ) srednji (35 -45 ) velik (45 - 60 ) i vrlo velik (gt 60 )

Kapacitet tla za zrak Φa = Φ ndash θVS vol (74)

Kapacitet tla za zrak je udjel pora tla koje ispunjava zrak u trenutku zasićenja tla do njegovog retencijskog kapaciteta za vodu a izračunava se iz razlike poroziteta tla i retencijskoga kapaciteta tla za vodu Kapacitet tla za vodu se izražava kao vrlo malen (lt 5 ) malen (5 - 10 ) srednji (10 -15 ) velik (15 - 20 ) i vrlo velik (gt 20 )

344 Prodirna značajka tla

Za mjerenje prodirne značajke tla rabljen je digitalni penetrometar Eijkelkamp čije osnovne sastavnice prikazuje slika 60 penetrologger- mjerni uređaj (1) dinamometar (2) čelični nastavci (3) konus (4) referentna ploča (5) te PC konektor (6) Načelo rada ovog penetrometra zasniva se na dinamometarskoj izmjeri primjenjene sile na rukohvatu uređaja kojim se konus poznatih dimenzija utiskuje u tlo Tijekom utiskivanja konusa u tlo ultrazvučni senzor penetrologgera mjeri dubinu prodiranja na osnovi odbijenih valova od referentne ploče (predstavlja površinu tla) s preciznošću od 1 cm Mjerni raspon dinamometra iznosi od 0 do 1 kN s preciznošću izmjere od 1 N Pri samom mjerenju računalo penetrometra zapisuje u njegovu internu memoriju parove izmjerenih podataka tj vrijednosti sile (tlak) i pomaka (dubina prodiranja) pomoću računalnog programa (data acquisition) u ASCII kodu Set penetrometra opremljen je s deset mjernih konusa različitih površina i vršnog kuta (30deg i 60deg) čime je omogućen širok raspon primjene ovog uređaja

Pomoću računalne aplikacije Eijkelkamp PenetroViewer (slika 62) ostvaruje se veza između digitalnog penetrometra i osobnog računala (COM port) kojom je omogućeno programiranje plana istraživanja (odabir veličine i vršnog kuta konusa brzine prodiranja konusa u tlo kao i broj repeticija mjerenja) odnosno vrši prijenos izmjerenih podataka Navedena aplikacija omugućuje i grafički pregled izmjerenih podataka te njihov prijenos iz ASCII koda u format koji koriste standardni tablični kalkulatori (txt csv xls) i statistički paketi Tijekom terenskih istraživanja korišten je konus s površinom presjeka 2 cm2 i vršnim kutem 30deg koji se utiskivao u tlo brzinom 1 cmsec U turnusu je izvođeno po 10 utiskivanja konusa u lijevom desnom kolotragu i na neizgaženom tlu (slika 61)

Slika 60 Eijkelkamp penetrometar

66

Slika 61 Mjerenje penetrometrom Eijkelkamp Slika 62 Aplikacija PenetroViewer ver 424

Uslijed nehomogenosti strukture tla Ronai (1983) i Horvat(1993A 1994A) primjećuju veliko rasipanje podataka između repeticija izmjere prodirnih značajki

Horvat (1994B 1995 1996A 1996B) navodi da se istraživanje ovisnosti otpora tla prodiranju konusa o dubini prodiranja regresijskom analizom može raditi sa srednjim vrijednostima otpora za pojedinu dubinu prodiranja iz ponovljenih mjerenja jednako dobro kao i sa svim podacima Isti autor u citiranim radovima za izjednačavanje podataka koristi eksponencijalni korelacijski oblik p = A sdot (BZ ndash 1) + C za koji navodi da karakteristična točka u kojoj se sijeku vodoravna asimptota i tangenta krivulje iz vrijednosti C može poslužiti za brojčano određenje i ocjenu prodirne značajke tla (slika 63)

345 Posmična čvrstoća tla

Krilna sonda je uređaj koji se sastoji od mjernog krila pričvršćenog na šipku na kojoj se nalazi moment metar naprava kojom se mjeri moment potreban da se okrene krilo u trenutku savladavanja čvrstoće na smicanje uzduž plašta valjka opisanog oko krila (Nonveiller 1979)

Mjerna krila predstavljaju dvije metalne ploče visine (H) i širine (B) međusobno poprečno pričvršćene na metalnu šipku (slika 64)

Krila sonde utiskuju se u tlo do željene dubine mjerenja Okretanjem krila tlo se lomi po plaštu valjka kojemu je promjer jednak širini krila Iz jednakosti momenta torzije (MT) i momenta otpora tla na smicanje na plaštu i bazi valjka kojeg stvaraju krila pri okretanju dobiva se čvrstoća smicanja tla

rArrsdotsdotsdotsdotsdot+sdotsdotsdotsdot= 23

2

22

2

2

TBBB

HBM πτπτ (75)

+sdotsdotπ

sdot=τ

3

2

2

T

BHB

M (76)

Otpor tla na smicanje (posmična čvrstoća) mjeren je krilnom sondom (Eijkelkamp ndash Field inspection Vane tester) Dimenzije krila sonde su 16 mm x 32 mm a mjerno područje ovog instrumenta je u rasponu od 0 do 260 kPa s točnošću očitanja mjernog rezultata od 4 kPa

Slika 63 Izjednačenje podataka prodirne značajke tla

Slika 64 Krilna sonda

67

Mjerni rezultat ovog instrumenta odnosi se na otpor pri smicanju tla u trenutku njegovog sloma Krilnom sondom su izvršena mjerenja u površinskom sloju tla i na dubini od 15 cm i to po 10 mjerenja u lijevom i desnom kolotragu te na nezgaženom tlu u svakom vučnom pokusu

346 Širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga

Za deformacije tla koje nastaju uslijed kretanja vozila po šumskom bespuću ne postoje standardizirane metode izmjere već se u literaturi opisuju kroz širinu gaženog traga dubinu kolotraga ili površinu presjeka gaženog profila tla

Kolotrag kotača vozila Saarilahti (2002A) definira kao površinsku deformaciju tla (ulegnuće) dublje od 10 cm i dulje od 05 m koje je nastalo uslijed sloma i sabijanja tla kretanjem vozila Pod razinom površine tla podrazumijeva dno sloja šumskog listinca ili mahovine Isti autor za prikupljanje podataka o dubini kolotraga na terenu preporuča uzimanje sistematskog uzorka na osnovi kvadratne mreže čija gustoća čvorova (grid) ovisi o željenom intenzitetu izmjereZa izmjeru na terenu koristi se tzv nultom točkom uzorka koja predstavlja čvor položene zamišljene mreže a samu izmjeru vrši na kolotragu koji mu je najbliži Pri tome od nulte točke kolotraga u uzdužnom smjeru vlake sa svake strane na duljini od 15 m mjeri dubinu deformacije tla Samu dubinu kolotraga raščlanjuje u dva razreda prihvatljivu (lt 10 cm) i neprihvatljivu (gt 10 cm) Zadano ograničenje dubine kolotraga (10 cm) zasniva se na procjeni kakvoće izvođenja radova ali i preporukama istraživača (Owende i dr 2002)

Za operativnu procjenu kakvoće izvođenja privlačenja drva Saarilahti (2002I) preporučuje prihvatljivu prosječnu dubinu kolotraga kao onu koja ne prelazi dubinu od 10 cm na više od 10 ukupne duljine cjelokupnoga gaženja tla sječne jedinice

Meek (1996) te Nugent i dr (2001) mjere značajke kolotraga (dubina širina gaženja) prema metodici prikazanoj na slici 65 Košir (2002) navodi da širina gaženja tla pri privlačenju drva ovisi o širini primjenjenoga vozila Usljed višekratnog prolaska vozila isti autor utvrđuje povećanje širine gaženja tla za 05 m sa svake strane vozila

Tijekom istraživanja širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga mjerili su se pomoću geodetske letve duljine 5 m položene na usidrene oslonce nakon svakog prolaska skidera (slika 66) Na svakoj vlaci su određena dva mjesta izmjere dubine kolotraga

Slika 65 Postupak izmjere kolotraga

Slika 66 Mjerenje dubine kolotraga na terenu

68

35 Statistička obrada podataka mjerenja

Terenski podaci mjerenja na tlu prenijeti su iz snimačkih listova u računalne datoteke radi lakše dostupnosti pri obradi podataka Obradom snimljenih podataka obuhvaćeni su kontrola i odabir podataka njihovo razvrstavanje kao i izračunavanje traženih parametara

Obrada podataka provedena je po sljedećem redoslijedu

rArr unošenje snimljenih podataka u računalo i stvaranje datoteka podataka za daljnju obradu

rArr određivanje zahtjeva s obzirom na cilj i razinu pojedinih obrada

rArr izbor metoda analize ili funkcija izjednačenja

rArr izračunavanje traženih parametara

rArr testiranje i analiza rezultata

rArr oblikovanje izlaza

Za opis temeljnih značajki skupova promatranih podataka (neovisne varijable) korištene su metode deskriptivne statistike gdje su izračunate različite mjere središnje tendencije rasipanja mjernih podataka a kao najpovoljnije odabrane su medijan i aritmetička sredina sa standardnom devijacijom kao mjerom rasipanja te vrijednosti Za aritmetičku sredinu kao srednju vrijednosti opažanih podataka postavljen je uvjet da preciznost smije biti maksimalno plusmn005 uz 95 vjerovatnosti Međutim Hitrec (1996) navodi teškoće u pridržavanju takvog uvjeta zbog jako velikog potrebnog uzorka kako bi se dobila potrebna preciznost i zadovoljavajuća pouzdanost što dovodi do predugog trajanja vremena pokusa i njegovog poskupljivanja

Pomoću testa razlike (Studentov t ndash test) provedeno je zaključivanje o značajnosti razlika među izračunatim srednjim vrijednostima opažanja (aritmetičkim sredinama) Na osnovi nulhipoteze pretpostavljeno je da su razlike između dviju sredina opažanja rezultat slučajne varijabilnosti vrijednosti u uzorcima te da između odgovarajućih sredina takve razlike nema Razlike između sredina dijeljene su sa standardnom pogreškom a zatim je kvocijent uspoređen s iznosom od 196 standardne pogreške Tamo gdje je kvocijent veći odbacujemo nulhipotezu a ako je manji smatramo da razlika između sredina nije značajna na 5 -tnoj razini signifikatnosti (Pavlić 1985)

Za testiranje značajnosti razlika prosječnih vrijednosti više skupova podataka (više od dva) istog mjernog parametra korištena je jednostruka analiza varijance (ANOVA) koja predstavlja postupak kojim se ukupna varijabilnost rastavlja na varijabilnost između prosječnih vrijednosti grupa opažanja i na varijabilnost unutar grupa opažanja (Serdar i Šošić 1981) Tim postupkom ova metoda odgovara na pitanje je li značajnija varijabilnost između srednjih vrijednosti grupa ili varijabilnost unutar pojedinih grupa podataka (Vasilj 2000)

Metode statističke analize vremenskih nizova korištene su za opis promjena fizičko-mehaničkih i vodno-fizičkih značajki šumskog tla koje su posljedica višekratnog prolaska forvardera Pri tome su korištena dva individualna indeksa kojima se iskazala dinamika sabijanja tla Indeks sa stalnom bazom iskazuje razinu promjene u odnosu na neku odabranu vrijednost (neizgaženo tlo) Lančani (verižni) indeks korišten je za prikaz promjene praćenih parametara tla u odnosu na svaki ponovni prolazak vozila po šumskom tlu

Za istraživanje mogućih stohastičkih ovisnosti između zadovoljavajuće koreliranih varijabli korištena je regresijska analiza Odabir krivulje izjednačenja vršen je na osnovi slijedećih parametara koeficijenta (determinacije) korelacije (R) standardne devijacije zavisne varijable oko linije izjednačenja (sYX) te t-varijable (tStat) i vjerovatnosti greške prve vrste (P-value) regresijskih koeficjenata (Serdar i Šošić 1981 Kachigan 1991) Za utvrđivanje jakosti veze između izjednačenih nezavisnih i zavisnih varijabli korištena je Roumlmer-Orphal-ova skala (Kump i dr 1970)

Slika 67 Roumlmer-Orphal-ova raspodjela

Matematičko ndash statistička obrada podataka obavljena je uz pomoć osobnog računala primjenom programskih paketa Microsoft Excel 97 i Sta Soft Statistica 50

69

Za izjednačavanje ovisnosti parova podataka koji porastom nezavisne varijable pokazuju da podaci zavisne varijable imaju asimptotski trend porasta korišten je eksponencijalni regresijski računalni program REGEXE primarno razvijen za istraživanja krivulja klizanja kotača vozila (Hitrec i Horvat 1987) Navedeni računalni program čvrstoću veza odabranih regresijskih modela prikazuje pomoću tri parametra r ndash koeficijenta korelacije R ndash indeksa korelacije i R gt ndash testiranja indeksa korelacije temeljem broja opažanja

Utvrđivanje razlika u stupnju sabijenosti tla višekratnim prolaskom skidera je izvršeno usporedbom površina ispod krivulja izjednačenja prodirnih značajki Poznavajući oblik i koeficijente jednadžbi izjednačenja metodom određenih integrala izračunate su površina ispod krivulja

53

Na početku ćemo pretpostaviti da su otpornici u svim krakovima mosta identični To znači da je most u ravnoteži (izbalansiran) Odatle slijedi da pad napona kroz otpornik R24 mora biti identičan padu napona kroz otpornik R23 Lako se može pokazati da je

13

23

14

24

R

R

R

R= (62)

Ovaj je odnos izuzetno bitan budući da upućuje na to da bilo koja promjena otpora na jednoj strani mosta može biti uravnotežena podešavanjem otpora na suprotnoj strani mosta Na osnovi gornje jednadžbe može se napisati

13

142324

R

RRR

sdot= (63)

Jednadžba ukazuje na to da se uz pouzdano poznavanje otpora R14 te uz pouzdano poznavanje odnosa dvaju otpora na drugoj strani mosta može isto tako pouzdano odrediti nepoznati otpor R24 Nadovezujući se na ovaj primjer može se pretpostaviti slučaj u kojem je nepoznati otpornik upravo naša mjerna traka pričvršćena na ispitivanom uzorku To znači da je most moguće umjeriti prije opterećivanja elementa Nakon uvođenja opterećenja most se može ponovno uravnotežiti podešavanjem odnosa dvaju otpornika R23R13 Ukoliko je poznata promjena odnosa moguće je odrediti razliku otpora mjerne trake prije i poslije opterećenja Ta je razlika bila izazvana relativnim produljenjem kao posljedicom djelovanja vanjskih sila Stoga se relativno produljenje može računati prema relaciji

kR

R

kR

R 1∆∆sdot=

sdot=ε (64)

Ranije je pokazano da je promjena otpora direktno srazmjerna relativnom istezanju tako da je odnos tih dviju veličina moguće veoma lako međusobno umjeriti Mnogo se pogodnija rješenja postižu onda kada se indikator izravno umjeri u vrijednostima relativnog istezanja To znači da se nakon uravnotežavanja mosta na početku mjerenja može očitavati svaku promjenu istezanja u mjerilu izravno na indikatoru

U slučajevima u kojima se pri mjerenjima koriste mjerna pojačala izravna su očitanja promjena naprezanja još mnogo jednostavnija Posebne pogodnosti imaju noviji sustavi za prikupljanje podataka koji preko analogno - digitalne konverzije mjernog signala omogućuju direktnu obradu rezultata mjerenja o čemu će kasnije biti više riječi

Za mjerenja se istodobno može koristiti jedna dvije ili četiri aktivne mjerne trake Ovisno o broju aktivnih mjernih traka razlika se potencijala određuje po slijedećim relacijama

Mjerni pretvornik sa samo jednom ugrađenom mjernom trakom u mjerni most još se naziva četvrt mosta Za četvrt most se može pokazati da vrijedi relacija

4

RR

E

V ∆= (65)

Uvrštavanjem vrijednosti iz relacije (59) u (65) te preuređenjem dobiva se izraz za relativno produljenje

kE

V

sdotsdot

=4

ε (66)

Shematski prikaz četvrt mosta vidi se na slici 38

Osnovna je značajka četvrt mosta samo jedna aktivna mjerna traka Preostala tri kraka mosta mogu činiti neaktivne ili fiktivne mjerne trake ili jednostavno obični otpornici Od posebnog je značaja relacija (66) koja pokazuje da postoji izravna veza između prisutnog relativnog istezanja i napona na dijagonali Ukoliko su poznati napon pobude mosta i k - faktor trake dovoljno je izmjeriti koliko iznosi napon dijagonale izvan

Slika 38 Izvedbe Wheatstoneovog mosta

54

ravnoteže da bi se odredila razina relativnog istezanja Prema nekim mišljenjima mjerni most sa samo jednom aktivnom mjernom trakom posjeduje samo približnu linearnost između promjene otpora i razlike potencijala na dijagonali Ta linearnost postoji samo pri relativno malim promjenama kao što je to slučaj kod žičanih mjernih traka

Mjerni pretvornik s dvije ugrađene mjerne trake naziva se polu most Za polu most je moguće lako dokazati slijedeće odnose

2

RR

E

V ∆= (67)

Mnoge se prednosti postižu uporabom dviju i više aktivnih mjernih traka koje su pod utjecajem promjena nakon što nastupi vanjsko opterećenje ispitivanog uzorka Budući da će kod uporabe dvije aktivne mjerne trake obje utjecati na promjenu električnoga otpora nakon pojave deformacije to će odmak od ravnoteže mosta biti veći To samo po sebi podrazumjeva znatno veću osjetljivost takvoga mosta Posebna je prednost takvih mjernih pretvornika i u tome što se utjecaj temperature pri kojoj se vrše mjerenja može potpuno zanemariti U mnogim će se slučajevima pored navedenog dobiti i značajno veća točnost pri mjerenjima

Mjerni pretvornik s četiri ugrađene mjerne trake naziva se puni most Kod punog mosta vrijedi slijedeći odnos

R

R

E

V ∆= (68)

Shematski se prikaz punog mosta vidi na slici 38 Upotrebom četiriju mjernih traka u mjernom pretvorniku još se više podiže njegova osjetljivost I kod punog mosta valja naglasiti da se utjecaj promijenjivih temperaturnih uvjeta na rezultate mjerenja u potpunosti može zanemariti U punom se mostu ravnoteža mora postići nekim dodatnim otpornicima Upotrebom punog mosta osjetljivost mjernog pretvornika u odnosu na četvrt mosta može se učetverostručiti

Poznavanjem osnovnih značajki mjerne trake s obzirom na objekt mjerenja uvjete mjerenja i potrebnu pouzdanost mjerenja vrši se odabir mjerne trake

Mjerne se trake obično učvršćuju lijepljenjem mada valja spomenuti da se u posebnim slučajevima i točkasto zavaruju Presudnim za uspjeh mjerenja smatra se izbor ljepila te način lijepljenja s obzirom na materijal i površinu mjernog mjesta U pripremi mjernog mjesta mora se obratiti pozornost na pravilno postavljanje i zaštitu mjerne trake kako bi odstranili moguće greške mjerenja Površina mjernog mjesta mora biti potpuno očišćena kako ostanak nečistoća ispod mjerne mrežice ne bi utjecao na točnost mjerenje i suha kako bi se onemogućila korozija trake Osim toga sama površina treba biti glatka bez najmanjih pukotina u materijalu koje bi utjecale na nepravilno prenošenje naprezanje s materijala na mjernu traku Zbog istog razloga sloj ljepila mora biti vrlo tanak ali dovoljan da omogući čvrsto prijanjanje mjerne trake na mjerno mjesto Odmah nakon pripreme mjernoga mjesta valja nalijepiti mjerne trake Postupak lijepljenja ilustriran je na slici 39

Pri povezivanju priključnih vodova mjernih traka lemljenjem pomoću vodiča također postoji opasnost oštećenja mjernih traka Na kraju mjerno mjesto je potrebno zaštiti od vanjskih utjecaja prvenstveno od vlage i mehaničkih oštećenja (slika 40)

Slika 39 Lijepljenje mjerne trake

Slika 40 Zaštita mjerne trake

55

332 Mjerila i mjerna oprema

Za mjerenje predviđenih značajki kretnosti skidera konstruirana su ili primjenjena mjerila za istovremeno određivanje 16 veličina Te veličine su

1 zakretni moment na prednjem desnom kotaču MPD (Nm)

2 zakretni moment na prednjem lijevom kotaču MPL (Nm)

3 zakretni moment na stražnjem desnom kotaču MSD (Nm)

4 zakretni moment na stražnjem lijevom kotaču MSL (Nm)

5 opterećenje na prednjem desnom kotaču GaPD (kN)

6 opterećenje na prednjem lijevom kotaču GaPL (kN)

7 opterećenje na stražnjem desnom kotaču GaSD (kN)

8 opterećenje na stražnjem lijevom kotaču GaSL (kN)

9 broj okretaja prednjeg desnog kotača nPD

10 broj okretaja prednjeg lijevog kotača nPL

11 broj okretaja stražnjeg desnog kotača nSD

12 broj okretaja stražnjeg lijevog kotača nSL

13 broj okretaja petog kotača n5K

14 horizontalna sastavnica sile u užetu H (kN)

15 vertikalna sastavnica sile u užetu V (kN)

16 vrijeme t (s)

Na osnovu podataka izmjere navedenih veličina može se izvršiti proračun potrebnih tehničkih značajki skidera pri privlačenju drva kao što su adhezijska težina skidera vučna i obodna sila faktori privlačenja bruto i neto vuče te kotrljanja dinamički polumjer kotača sila u užetu i kut nagiba užeta koeficijent raspodjele težine tovara brzina kretanja skidera klizanje kotača obodna i vučna snaga te snaga kotrljanja i korisnost kotača

Vertikalna opterećenja kotača predstavljaju masu odnosno težinu koju nose Mogu se odrediti na nekoliko načina proračunskim putem prilikom konstruiranja vozila vaganjem vozila (statički teret dobiven kao izvaga praznog i punog vozila) te kao stvarno opterećenje u radu - dinamička opterećenja (Sever i dr 1989)

Za mjerenje dinamičkih opterećenja na kotačima mjerne su trake postavljene odmah iza kotača na gornju stranu kućišta vratila koji izlazi iz diferencijala prema kotaču (završnom ili planetarnom reduktoru) Upotrebljene su mjerne trake oznake LY11-6120 što označava linearnu mjernu traku (L) nosive podloge od poliamida i mjerne mrežice od konstantana (Y) namijenjenom za postavljanje na čeličnim konstrukcijama (1) s jednom mjernom mrežicom duljine 6 mm i otpora 120 Ω Mjerne trake su kod svakog kotača postavljene u Wheatestone-ov polu-most pri čemu su dvije mjerne trake postavljene pod kutem od 90deg međusobno i s obzirom na uzdužnu i poprečnu os kućišta vratila (slika 42)

Mjerenje zakretnih momenata izvršeno je pomoću mjernih traka postavljenih na obodu kućišta završnih planetarnih reduktora Upotrebljene su mjerne trake oznake XY21-3120 što označava mjernu traku s nosivom podlogom od poliamida i mjerne mrežice od konstantana (Y) namijenjenom za postavljanje na čeličnim konstrukcijama (1) s dvije mjerne mrežice duljine 3 mm i otpora 120 Ω postavljene međusobno pod kutem od 90deg pri čemu je svaka mjerna mrežica otklonjena za 45deg od uzdužne osi mjerne trake (X) Za mjerenje su bile potrebne dvije mjerne trake koje su se postavile dijametralno suprotno na obodu kućišta završnog

Slika 41 Položaj mjernih traka pri mjerenju momenata

56

reduktora (slika 41) Točno postavljanje mjernih traka se izvršilo na osnovu mjerenja opsega oboda kućišta Mjerne trake su na svakom kotaču postavljene u Wheatestone-ov puni-most

Povezivanje je priključnih vodova mjernih traka izvršeno lemljenjem pomoću vodiča površine presjeka 015 mm2 do spojnog mjesta za svaki Wheatestoneov most Na spojnim mjestima su priključeni 4-žilni 15 pinski oklopljeni kablovi koje vode do pojačala

Zbog okretanja kotača bilo je potrebno postaviti klizni prijenosnik na svakom kotaču Nosači su kliznog prijenosnika učvršćeni na kućište završnog reduktora (slika 43) Klizni prijenosnik se sastoji od rotora kliznog prstena i kućišta Rotor je spojen s nosačem te se okreće zajedno s kotačem Na utičnicu rotora je doveden kabel sa spojnog mjesta Kućiste kliznog prijenosnika je učvršćeno elastičnim užetom na dodatnu konstrukciju koja je postavljenja iznad osovina skidera kako bi se omogućilo nesmetano okretanje kotača Signal se promjene otpora traka s utičnice na rotoru prenosi preko prstena i grafitnih četkica na utičnice na kućištu kliznog prijenosnika odakle kabel dalje vodi do pojačala

Dodatni prsten i grafitna četkica u kliznom prijenosniku su iskorišteni kao davači impulsa za određivanje broja okretaja kotača Ovaj postupak je opisao i primjenio Horvat (1993A) za istovremeno očitanje mjernog signala zakretnog momenta i broja okretaja vratila forvardera Od četiri klizna prijenosnika dva su imala prsten podijeljen na 10 segmenata tj za jedan puni okret kotača su bilježila 10 impulsa dok su ostala dva za jedan okret kotača bilježila jedan impuls Klizni prijenosnici s prstenom od 10 segmenata su postavljeni na prednji desni i stražnji lijevi kotač Raspon napona impulsa okreta kotača se kretao od 5 V do 9 V S druge utičnice na kućištu kliznog prijenosnika pomoću kabela se signal prenosio do pojačala S obzirom da je izlazni napon pojačala manji od raspona napona davača impulsa upotrebljeno je vanjsko napajanje pomoću 2 baterijska uloška napona 45 V

Stvarno prevaljeni put mjeren je pomoću slobodno kotrljajućeg petog kotača a njegova primjena je potrebna za određivanje brzine kretanja skidera i klizanja kotača usporedbom njegovog broja okretaja i broja okretaja pogonskih kotača Primjena petog kotača je dosta česta kod ispitivanja poljoprivrednih traktora a kod istraživanja specijalnih šumskih vozila koriste ga mnogi istraživači i može se smatrati najčešćim mjerilom puta (Hassan 1989) Isti autor (1988) opisuje optičko mjerilo puta razvijeno u NCSU za istraživanja skidera u eksploatacijskim uvjetima Sever (1980) kod istraživanja vučne značajke skidera te Horvat (1993A) kod istraživanja forvardera također koriste peti kotač

Peti kotač je zglobno učvršćen na prednju dasku skidera (slika 44) a duljina prevaljenog puta je određena na osnovu njegovog broja okretaja i izmjerenog opsega Na peti kotač je također bio postavljen klizni prijenosnik preko kojeg se na opisani način prenosio impuls promjene napona pomoću prstena s podjelom od 10 segmenata i grafitne četkice

Slika 42 Mjerno mjesto na kućištu osovine kotača

Slika 43 Prepariranje planetarnog reduktora

Slika 44 Peti kotač

57

Određivanje se horizontalne i vertikalne sastavnice sile u užetu pri privlačenju drva izvršilo pomoću dva vlačno-tlačna dinamometra HBM 50 kN i HBM 20 kN Dinamometri su međusobno spojeni pod kutem od 90deg stupnjeva te postavljeni na nosač zglobno učvršćen na mjestu vertikalnih valjaka vitla (slika 45) Sever (1980) navodi da je postavljanje dinamometara na nosač jedini mogući način da se istovremeno registriraju horizontalna i vertikalna sila u užetu u eksploatacijskim uvjetima Na spoju dinamometara je postavljen držač veznog užeta tovara Na taj način je omogućeno točno određivanje sastavnica sila te kuta nagiba užeta Dinamometri su se nalazili točno u horizontalnoj i vertikalnoj ravnini s obzirom na podlogu pri potpuno podignutoj zadnjoj prihvatno-zaštitno-sidrenoj dasci skidera upravo kakav je njen položaj pri privlačenju drva Nedostatak mjerenja vučnih sila dinamometrima pri privlačenju drva se ogleda u pojavi postranih bočnih sila uzrokovanih njihanjem tovara pri kretanju skidera koje vlačno-tlačni dinamometri ne mogu zabilježiti

Svi mjerni pretvornici (mjerne trake davači impulsa napona dinamometri) su spojeni s mjernim pojačalima HBM Spider 8 S obzirom na 15 mjerenih veličina upotrebljena su dva mjerna pojačala Spider 8 spojena u seriju od kojih svaki ima 8 ulaznih kanala SR55 (15-pinski kanali) Za napajanje pojačala je potreban napon od 12 V Prema mjernim pretvornicima šalju izlazni napon od 25 V te primaju povratni naponski signal s mjernih pretvornika i bilježe promjene napona do 2 mVV

Mjerna pojačala su smještena na postolje učvršćeno iza kabine skidera te zaštićeni od vlage i mehaničkih oštećenja

Daljinski prijenos podataka je omogućen primjenom radio modema ELPRO 805 U (ELPRO Technologies Pty Ltd) Radio modem je bio postavljen na samom skideru i spojen preko COM ulaza s mjernim pojačalom HBM Spider 8 primao analogno pojačane mjerne signale te ih odašiljao preko antene postavljene na krovu kabine skidera Drugi radio modem je primao mjerne signale te ih prenosio na terensko računalo

Računalnim programom Catman 40 (Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH) su bilježeni podaci mjerenja Navedeni računalni program je prvenstveno namijenjen mjerenju mehaničkih veličina električnim putem što se ogleda u nekim osnovnim karakteristikama

bull odabir različitih vrsta mjernih pojačala

bull provjera veze između mjernog pretvornika (mjerne trake dinamometra) i računala

bull unošenje mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull prikaz rezultata mjerenja mehaničkih veličina na osnovu primljenog signala i mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull određivanja tare i postavka mjernog pretvornika u nulto stanje

bull određivanje frekvencije očitanja signala s mjernog pretvornika

bull zapis proteklog vremena od pokretanja mjerenja do završetka prema frekvenciji očitanja

bull mogućnost istovremenog primanja mjernih podataka s 40 mjernih pretvornika (40 kanala)

bull snimanje do 10 000 mjernih rezultata po kanalu

bull grafičko i brojčano praćenje mjernih vrijednosti tijekom snimanja podataka

bull prenošenje snimljenih podataka u druge računalne programe (Microsoft Excell)

bull mogućnost matematičke obrade mjernih rezultata s jednog ili više kanala

bull mogućnost programiranja postupka mjerenja

Slika 45 Nosač s vlačno-tlačnim dinamometrima

58

U računalni program Catman 40 su po kanalima označeni mjerni pretvornici i unošene mjerne konstante dobivene umjeravanjem mjernih pretvornika Frekvencija očitanja ulaznog signala je podešena na 50 Hz po kanalu tj vrši se 50 očitanja mjernog rezultata u sekundi na svakom kanalu S obzirom na 15 korištenih kanala tijekom mjerenja te zapisa proteklog vremena mjerenja postignuto je 800 očitanja mjernih veličina u sekundi Rezulati mjerenja su spremani u datoteku Microsoft Excell gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjernja svake 150 sekunde

Programiranje je radio modema izvršeno programom Cfg_805UD Pomoću programa potrebno je odrediti slijedeće postavke na oba radio modema izbor komunikacijskog moda između uređaja adresiranje radio modema serijsku i radio frekvenciju prijenosa mjernog signala

Pri izbor komunikacijskog moda između uređaja odabran je transparentni mod koji omogućava komunikaciju u oba smjera Komunikacijom od skidera do računala omogućen je prijenos mjernih signala dok komunikacijom od računala prema skideru omogućena je provjera veze do mjernog pretvornika U slučaju oštećenja mjernog pretvornika spojnih kablova ili konektora te nepravilnosti električnog napajanja dijela mjernog lanca na skideru možemo odmah uočiti grešku pomoću računalnog programa Catman 40 Kontrolni mod omogućava jednosmjernu komunikaciju između radio modema i ne zadovoljava potrebe mjerenja

Adrese oba radio modema moraju biti postavljene na istu vrijednost jer samo uređaji s istim adresama mogu direktno međusobno komunicirati

Serijski se prijenos podataka ostvaruje između mjernog pojačala i radio modema te radio modema i računala

Radio frekvencija određuje frekvenciju prijenosa podataka između uređaja Zbog toga postavka radio frekvencije prijenosa podataka na oba uređaja mora biti istovjetna Od tri moguće postavke radio frekvencije (19 200 38 400 76 800 bits) izabrana je radio frekvencija od 38 400 bits

Slika 46 Shema mjernog lanca

Radio modemi su opremljeni spremišnim diskom (bufferom) od 2 KB Prijenos podataka počinje kad se napuni spremišni disk a isto tako veza između modema se prekida ukoliko se tijekom mjerenja spremišni disk potpuno isprazni sve do trenutka njegovog punjenja Zbog navedene značajke radio modema najpovoljnije je odabrati iste vrijednosti serijske i radio frekvencije u cilju kontinuiranog prijenosa podataka Pri tome je bilo potrebno uskladiti izlaznu frekvenciju mjernog

59

signala iz pojačala sa serijskom frekvencijom radio modema Mjerno pojačalo HBM Spider 8 se proizvodi s tvornički podešenom izlaznom frekvencijom mjernog signala od 9600 bits Ali pri tome dolazi do prekida veze između radio modema budući da je veća brzina slanja signala od brzine punjenja spremišnog diska od strane mjernog pojačala Povećanje izlazne frekvencije mjernog pojačala HBM Spider 8 izvršeno je direktnim povezivanjem s računalom unosom Hayes-ovih naredbi putem HyperTerminala

Veliki se dio mjerne opreme nalazi na skideru te je za napajanje električnom energijom mjernih pojačala i radio modema na krov kabine učvršćen prijenosni generator

Postavljanjem mjerne opreme nosača i pomoćnih konstrukcija i uređaja povećala se masa skidera (slika 47) Prije početka mjerenja bilo je potrebno odrediti masu opremljenog skidera i opterećenja na kotačima Rezultat mjerenja opterećenja na kotačima pri privlačenju drva je promjena težine na osnovu opterećenja praznog skidera na ravnoj podlozi Određivanje mase i opterećenja na kotačima praznog skidera je izvršeno s četiri vage švedskog proizvođača TELUB

U svakoj se vagi nalaze po četiri neovisna dinamometra namjenjena mjerenju tlačnih naprezanja Na svakom je dinamometru postavljeno po četiri aktivne mjerne trake što znači da je riječ o mjernim pretvornicima s mjernim trakama u punom mostu Mjerni su pretvornici spojeni tako da pojedinačno i zajednički registriraju svako vanjsko opterećenje Svaka je vaga granično opteretiva sa 90 kN Budući da se opterećenje ne mora simetrično rasporediti na sva četiri dinamometra u krajnosti je moguća i takva situacija u kojoj se svaki od tih tlačnih dinamometara može pojedinačno opteretiti s graničnom nosivošću čitave vage Sva četiri tlačna dinamometra na svakoj vagi pripremljena su kao puni mostovi Mjerni pretvornici kvadratnog presjeka postavljeni su u sva četiri kuta podnožja vaga a vijcima su pričvršćeni kako za podnožje vage tako i za njezin poklopac Shematski prikaz jednog od dinamometra dat je na slici 48

Sve su vage spojene s mjernim pojačalom HBM Spider 8 koji je direktno povezan s prijenosnim računalom te su pomoću računalnog programa Catman 40 naprijed opisanom metodom očitani rezultati mjerenja

Vagama su također izmjerene mase svih drvnih sortimenata koje smo koristili u vučnim pokusima

Otpor kotrljanja i nulto klizanje kotača na podlozi (šumskom tlu) na kojem se vrši ispitiavanje vučne značajke utvrđuje se prije početka testiranja povlačenjem traktora u praznom hodu i s položajem transmisije u neutralnom položaju te s dinamometrom pričvršćenim između traktora i vozila koje ga vuče (Hassan 1989) Pri tome je korišten vlačno-tlačni dinamometar HBM 100 kN direktno povezan preko mjernog pojačala HBM Spider 8 s računalom te sila vuče očitana računalnim programom Catman 40

Primjena opisane mjerne opreme kao i potrebitost mjerenja težine tovara i nagiba terena uvjetovala je ispitivanje u kontroliranim uvjetima Ispitivanje u stvarnim eksploatacijskim uvjetima je neizvedivo zbog pretvorbe dijelova skidera u mjerila Zbog postavljanja nosača dinamometara na valjke vitla onemogućen je rad vitla Vitlo je korišteno samo za pripremu i vezanje tovara a pri privlačenju tovar se držao na nosaču Također mjerna oprema je osjetljiva na vlagu (opasnost kondenzacije vlage u mjernim pojačalima konektorima opasnost od kratkog spoja u prijenosu električne struje vrlo malih napona u mjernom lancu) te se u pravilu ispitivanja ne vrše u uvjetima kišnih ili sniježnih oborina

Slika 47 Skider s postavljenom mjernom opremom

Slika 48 Shematski prikaz jednog od četiriju

dinamometara svake vage

60

333 Umjeravanje mjernih pretvornika

Umjeravanje mjernih pretvornika je postupak određivanja mjernih konstanti za točno očitanje rezultata mjerenja Mjerno pojačalo HBM Spider 8 bilježi promjene napona do 2mvV Na osnovu promjene napona u navedenom rasponu pomoću mjernih konstanti unesenih u računalni program Catman 40 za svaki mjerni pretvornik odredit će se točno očitanje signala

Postupak umjeravanja se sastoji od usporedbe ostvarene poznate veličine na mjernom pretvorniku i rezultat očitanja veličine preko mjernog lanca Promjenom mjerne konstante utječemo na rezultat očitanja sve dok se odnos ostvarene i mjerene vrijednosti ne izjednači

Umjeravanja su mjernih pretvornika na skideru obavljena na poligonu za ispitivanje poljoprivredne mehanizacije Poljoprivrednoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu Umjeravanje mjernih traka za mjerenje zakretnih momenta na kotačima postavljenih na završnim reduktorima skidera izvršeno je djelovanjem poznate sile na kraku od 1 m Poluga za opterećivanje je vijcima pričvršćena na vanjsku stranu naplatka kotača dignutoga u zrak Poluga je libelom postavljena u vodoravan položaj te je točno određen krak od 1 m od središta osovine kotača Na tom mjestu je vršeno vertikalno opterećivanje poluge silom koja se mjerila pomoću dinamometra HBM 50 kN (slika 49)

Podaci umjeravanja obrađeni su statističkim metodama s ciljem da se utvrdi ovisnost između ostvarenih i izmjerenih vrijednosti Za svaki kotač su izračunavane linearne regresije podataka umjeravanja kao i vrijednosti koeficijenata korelacije Linearno izjednačenje podataka umjeravanja pokazuju slike od 50 do 53 Na slikama su unesene određene mjerne konstante Sva umjeravanja imaju visoke koeficijente korelacije što znači da je korelacijska veza vrlo čvrsta

Umjeravanje mjernih traka za mjerenje opterećenja na kotačima obavljeno je na način da su kotači postupno opterećivani s utezima sve veće mase Primjenjeni su utezi s certifikatom umjerene masene vrijednosti dobiveni od strane Državnog zavoda za normizaciju i mjeriteljstvo Istodobno su očitavane vrijednosti pomoću TELUB vaga koje su postavljene ispod kotača skidera Podaci o umjeravanju regresijske jednadžbe izjednačavanja podataka s koeficijentima korelacije te mjerne konstante su prikazane na slikama od 54 do 57

Slika 50 Umjeravanje zakretnog momenta na prednjem

lijevom kotaču Slika 51 Umjeravanje zakretnog momenta na

prednjem desnom kotaču

Slika 49 Umjeravanje zakretnog momenta

61

Slika 52 Umjeravanje zakretnog momenta na stražnjem

lijevom kotaču Slika 53 Umjeravanje zakretnog momenta na

stražnjem desnom kotaču

Slika 54 Umjeravanje opterećenja na prednjem lijevom

kotaču Slika 55 Umjeravanje opterećenja na prednjem

desnom kotaču

Slika 56 Umjeravanje opterećenja na stražnjem lijevom

kotaču Slika 57 Umjeravanje opterećenja na stražnjem

desnom kotaču

62

TELUB vage su umjeravane ranije za potrebe istraživanja u okviru rada Laboratorija za mjerenje mehaničkih veličina šumarskih strojeva Šumarskog fakulteta u Zagrebu Mjerne konstante TELUB vaga su prikazane u tablici 10 Korišteni HBM dinamometri su imali tvorničke podatke o umjeravanju i mjernim konstantama koje su provjerene istim opisanim postupkom

Tablica 8 Mjerne konstante TELUB vaga i HBM dinamometara

Mjerna vrijednost

Promjena napona

Vaga 1 Vaga 2 Vaga 3 Vaga 4 Dinamometar 20 kN

Dinamometar 50 kN

Dinamometar 100 kN

mVV t t t t kN kN kN

0 0 0 0 0 0 0 0

2 13143 13268 13305 13118 20 50 100

334 Obrada podataka

Rezultati mjerenja svakog prolaska skidera šumskom vlakom su pohranjivani u datoteke Microsoft Excell-a gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjerenja svake 150 sekunde Isti postupak je izvršen pri mjerenju sile vuče praznog skidera drugim vozilom opterećenja na kotačima opremljenog skidera na ravnoj podlozi i vaganja drvnih sortimenata

Početak snimanja svakog turnusa je počinjao prije kretanja skidera vlakom kako bi se provjerila veza i uspostavio daljinski prijenos podataka Isto tako snimanje podataka se završavalo u trenutka zaustavljanja skidera na kraju vlake Zbog navedenog načina snimanja mjernih podataka u snimljenim datotekama je potrebno ustanoviti samo niz podataka za svaku veličinu koja se odnosi na kretanje skidera Ovaj postupak je izvršen na osnovu grafičkog prikaza mjernih podataka koji se uočljivo razlikuju od trenutka pokretanja do zaustavljanja skidera na osnovu računalnog zapisa vremena Za svaki turnus je određeno vremensko trajanje kretanja skidera s točnošću 002 sekunde i u tom vremenskom intervalu su određene mjere središnje tendencije rasipanja podataka metodama deskriptivne statistike broj opažanja aritmetička sredina i standardna devijacija

Rezultati mjerenja broja okretaja pogonskih kotača i petog kotača predstavljaju niz promjena napona između vrijednosti 5 V i 9 V te su obrađeni pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i Datoteka navedenog računalnog programa je podešena da unosom niza promjena napona zabilježenog na kotaču i frekvencije očitanja mjernih podataka (50 Hz) broj impulsa po jednom okretu kotača prikaže kao ukupan broj okretaja kotača (n) i frekvenciju vrtnje kotača u vremenskim intervalima (slika 58) Ova analiza je izvršena za sve kotače i turnuse u vučnim pokusima

Slika 58 Prikaz obrade podataka pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i

63

34 Mjerenja na tlu

Istraživanja na tlu obuhvatila su kopanje pedoloških profila uzimanje uzoraka tla u narušenom i nenarušenom (prirodnom) stanju mjerenje prodirne značajke tla mjerenje otpora tla na smicanje te mjerenja dubine kolotraga

Informacije o osnovnim značajkama šumskog tla na mjestu istraživanja prikupljene su otvaranjem pedološkog profila i uzimanjem uzoraka tla u narušenom stanju

Mjerenjem prodirne značajke tla i otpora tla na smicanje te uzimanjem uzoraka tla na neizgaženom tlu i tlu na vlakama ovisno o broju prolazaka skidera utvrdila bi se razina oštećenosti šumskoga tla uslijed privlačenja drva

Uzimanje bi se uzoraka tla u nenarušenom stanju također provelo na neizgaženom tlu u tlu vlake a rezultati vodno-fizičkih svojstva tla dobiveni laboratorijskom analizom uzoraka tla također bi bili upotrebljeni za procjenu utjecaja prolaska skidera na oštećenja tla

Istim metodama oštećenja tla prolaskom skidera su utvrđivali Vranković i Pernar (1993) Meek (1996) i Mathies i dr (2003) Seixas i dr (2003)

341 Vrsta tla i sklop horizonata

Analizom pedoloških profila (pedoloških jama) utvrđuju se vrsta i tip tla te sklop njegovih horizonata

Sklop profila čine horizonti njihov broj izraženost debljina te prijelaz jednog horizonta u drugi Horizont je sloj tla sa značajkama koje su rezultat pedogenetskih čimbenika Osim utvđivanja vrste i tipa tla te dubine rasprostiranja pojedinih horizonata na pedološkom profilu vađeni su i Kopeckijevi valjci radi dobivanja spoznaja o gustoći tla i strukturi poroziteta svakog pojedinog horizonta

Pedološki profil je otvoren (kopan) prema dimenzijama na slici 59 Prilikom određivanja njegovoga položaja smještan je ispod vanjskih dijelova krošanja dubećih stabala te su izbjegavana mjesta gdje su u prošlosti prolazile stare vlake s ciljem dobivanja što reprezentativnijeg podatka

342 Uzorci tla u narušenom stanju

Iz uzoraka tla u narušenom (prirodno poremećenom) stanju laboratorijskim analizama mjere se i izračunavaju vodno-fizička svojstva tla zasnovana na masi uzorka Svrha uzimanja ove vrste uzoraka na terenu je određivanje granulometrijskoga sastava tla

Laboratorijske (direktne) metode određivanje granulometrijskoga sastava tla obuhvaćaju sušenje uzorka odvajanje skeleta usitnjavanje i prosijavanje tla preko sita s rupicama promjera 2 mm kako bi se odvojilo sitno tlo (sitnica) Nakon prve faze rada slijedi priprema sitnice za mehaničku analizu prema jednoj od propisanih metoda čija je svrha odvajanje povezanih čestica pijeska praha i gline te spriječavanje njihove ponovne koagulacije uslijed dijelovanja čestica gline U šumarskoj i poljoprivrednoj pedologiji ova faza rada najčešće se izvodi kuhanjem uzorka tla nakon čega se on prebacuje u valjke za sedimentaciju a zatim se vrši određivanje postotnoga sadržaja pojedinih frakcija pipet metodom (Škorić 1986) Pipet metoda se zasniva na poznatoj brzini padanja pojedinih čestica u suspenziji Na osnovi toga se pipetiranjem s određene dubine u valjku nakon točno određenoga vremena odpipetiraju čestice gline čestice praha i gline a krupni i sitni pijesak dobiju se računskim putem

Slika 59 Položaj i dimenzije pedološkog profila

64

Kemijske analize uzoraka tla provedene su po ovim postupcima

minus reakcija tla izmjerena je elektrometrijski kombiniranom elektrodom u suspenziji tla u vodi odnosno u 001 M CaCl2 u odnosu 125 Za mjerenje je korišten laboratorijski mikroprocesorski pH metar oznake MA 5736 točnosti plusmn 001 pH tvrtke Metrel

minus sadržaj humusa određen je bikromatnom metodom po Tjurinu

minus sadržaj ukupnog dušika određen je spaljivanjem po postupku Kjeldahla i destilacijom po Bremneru

343 Uzorci tla u nenarušenom stanju

Svrha uzimanja uzoraka tla u prirodnom stanju je utvrđivanje vodno-fizičkih svojstava tla zasnovanih na volumenu uzorka

Uzorak tla u nenarušenom stanju uziman je pomoću Kopeckijevog valjka zapremine 100 cm3 (visina 44 cm promjer 55 cm) Sam valjak sastoji se od tijela valjka koje je na jednom kraju zabrušen radi lakšeg utiskivanja u tlo metalne mrežice te dva poklopca Valjci moraju biti označeni s istim oznakama na tijelu valjka i poklopcima Prije izlaska na teren pomičnim je mjerilom provjereno odstupaju li dimenzije valjaka od normiranih vrijednosti Da bi se valjak lakše utisnuo u tlo koristi se metalni nastavak za valjke te drveni ili gumeni bat Nakon utiskivanja valjka u tlo skida se nastavak i lopatom se isijeca tlo oko valjka kako bi se on lakše oslobodio od okolnoga tla

Ovako izvađen valjak najčešće ima višak tla s gornje i donje strane koje je potrebno obrezati oštrim nožem da površina tla bude u visini rubova valjka Nakon stavljanja metalne mrežice i oba poklopca valjak je zamatan u najlon te odlagan u putni hladnjak radi sprečavanja isušivanja uzorka tla tijekom transporta do laboratorija Oznake s tijela valjka i podaci o mjestu vađenja (neizgaženo tlo lijevi ili desni kolotrag broj prolaska skidera broj vlake) upisuju se u terenski manual Prilikom uzimanja uzoraka valjci su utiskivani usporedno s površinom tla na dubini od 15 cm Nakon prolaska skidera vađeno je nekoliko valjaka iz lijevog i desnog kolotraga skidera Pri svakom turnusu je također vađeno nekoliko valjaka na neizgaženom tlu u cilju utvrđivanja dnevnih promjena vodno-fizičkih svojstava tla

S obzirom na veliku neujednačenost tla važno je uzeti veći broj uzoraka a kao minimalna količina repeticija preporuča se vađenje pet valjaka u istim uvjetima (Anon1971) S druge strane u ovom istraživanju je vrlo teško ostvariti dovoljan broj uzoraka jer bi se navedenim brojem uzimanja valjaka kopanjem narušila struktura tla šumskih vlaka što bi utjecalo na pogrešno utvrđivanje odnosa kotača i tla

Analize uzoraka tla provedene su u Pedološkom laboratoriju Zavoda za uzgajanje šuma Šumarskoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu u skladu sa Priručnikom za pedološka istraživanja (Škorić 1982) Iz uzoraka tla u nenarušenom stanju laboratorijskim su analizama utvrđena sljedeća vodno-fizička svojstava

Prirodna gustoća tla ρb = (mS V) gcm3

(69)

Određivanje prirodne gustoće tla vrši se tako da se masa suhoga tla podijeli s volumenom koje tlo ima u prirodnom stanju tj tlo iz Kopeckijevoga valjka stavlja se u sušionik te se suši na 105˚C do konstantne mase Masa osušenoga tla (mS) stavlja se u omjer s volumenom valjka (V)

Gustoća čvrste faze tla ρp gcm3

(70)

Ova gustoća određuje se na način da se masa potpuno suhoga tla podijeli s volumenom koji zaprema neporozna masa čvrstih čestica tla koja se određuje na principu tekućine koju istisnu čvrste čestice tla iz napunjene baždarene posude (piknometra) Poznavanje vrijednosti prirodne gustoće tla i gustoće čvrste faze tla omogućuje izračunavanje poroziteta tla

Porozitet tla Φ = [1 ndash (ρb ρp)] vol (71)

Porozitet tla je suma svih šupljina tla ispunjenih vodom i zrakom a izračunava se pomoću prirodne gustoće tla (ρb) i gustoće čvrste faze tla (ρp) Tla mogu biti vrlo malo porozna (lt30 ) malo porozna (30 - 45 ) porozna (45 - 60 ) i vrlo porozna (gt 60 )

65

Trenutna vlaga tla θV0 = [(mW ndash mS) V)] 100 vol (72)

Trenutna vlaga tla predstavlja razliku u masi prirodno vlažnog tla (mW) i osušenoga tla na 105˚C do konstantne mase (mS) koja je svedena na obujam uzorka ndash valjka (V)

Retencijski kapacitet tla za vodu θVS = [(∆mW + mW ndash mS) V] 100 vol (73)

Predstavlja sposobnost tla da drži vodu molekularnom adhezijom hidratacijskim i kapilarnim silama i površinskom napetošću Određivanje retencijskog kapaciteta se vrši na način da se Kopeckijev valjak postavi u posudu na stalak pokriven filter papirom čiji rubovi poniru u vodu Na taj način uzorak tla u valjku upija vodu preko filtar papira Kada se tlo na površini valjka orosi znači da se zasitilo s vodom do retencijskoga kapaciteta Valjak se skida sa stalka ostavlja desetak minuta na filtar papiru da se suvišna vlaga odstrani te se nakon toga obriše i važe Potom se valjak stavlja u sušionik i suši na 105˚C do konstantne mase Retencijski kapacitet tla za vodu izračunava se iz razlike mase navlaženoga tla do retencijskoga kapaciteta (∆mW + mW) i mase suhoga tla (mS) svedene na volumen valjka (V) S obzirom na rezultat retencijski kapacitet tla za vodu može biti vrlo malen (lt 25 ) malen (25 - 35 ) srednji (35 -45 ) velik (45 - 60 ) i vrlo velik (gt 60 )

Kapacitet tla za zrak Φa = Φ ndash θVS vol (74)

Kapacitet tla za zrak je udjel pora tla koje ispunjava zrak u trenutku zasićenja tla do njegovog retencijskog kapaciteta za vodu a izračunava se iz razlike poroziteta tla i retencijskoga kapaciteta tla za vodu Kapacitet tla za vodu se izražava kao vrlo malen (lt 5 ) malen (5 - 10 ) srednji (10 -15 ) velik (15 - 20 ) i vrlo velik (gt 20 )

344 Prodirna značajka tla

Za mjerenje prodirne značajke tla rabljen je digitalni penetrometar Eijkelkamp čije osnovne sastavnice prikazuje slika 60 penetrologger- mjerni uređaj (1) dinamometar (2) čelični nastavci (3) konus (4) referentna ploča (5) te PC konektor (6) Načelo rada ovog penetrometra zasniva se na dinamometarskoj izmjeri primjenjene sile na rukohvatu uređaja kojim se konus poznatih dimenzija utiskuje u tlo Tijekom utiskivanja konusa u tlo ultrazvučni senzor penetrologgera mjeri dubinu prodiranja na osnovi odbijenih valova od referentne ploče (predstavlja površinu tla) s preciznošću od 1 cm Mjerni raspon dinamometra iznosi od 0 do 1 kN s preciznošću izmjere od 1 N Pri samom mjerenju računalo penetrometra zapisuje u njegovu internu memoriju parove izmjerenih podataka tj vrijednosti sile (tlak) i pomaka (dubina prodiranja) pomoću računalnog programa (data acquisition) u ASCII kodu Set penetrometra opremljen je s deset mjernih konusa različitih površina i vršnog kuta (30deg i 60deg) čime je omogućen širok raspon primjene ovog uređaja

Pomoću računalne aplikacije Eijkelkamp PenetroViewer (slika 62) ostvaruje se veza između digitalnog penetrometra i osobnog računala (COM port) kojom je omogućeno programiranje plana istraživanja (odabir veličine i vršnog kuta konusa brzine prodiranja konusa u tlo kao i broj repeticija mjerenja) odnosno vrši prijenos izmjerenih podataka Navedena aplikacija omugućuje i grafički pregled izmjerenih podataka te njihov prijenos iz ASCII koda u format koji koriste standardni tablični kalkulatori (txt csv xls) i statistički paketi Tijekom terenskih istraživanja korišten je konus s površinom presjeka 2 cm2 i vršnim kutem 30deg koji se utiskivao u tlo brzinom 1 cmsec U turnusu je izvođeno po 10 utiskivanja konusa u lijevom desnom kolotragu i na neizgaženom tlu (slika 61)

Slika 60 Eijkelkamp penetrometar

66

Slika 61 Mjerenje penetrometrom Eijkelkamp Slika 62 Aplikacija PenetroViewer ver 424

Uslijed nehomogenosti strukture tla Ronai (1983) i Horvat(1993A 1994A) primjećuju veliko rasipanje podataka između repeticija izmjere prodirnih značajki

Horvat (1994B 1995 1996A 1996B) navodi da se istraživanje ovisnosti otpora tla prodiranju konusa o dubini prodiranja regresijskom analizom može raditi sa srednjim vrijednostima otpora za pojedinu dubinu prodiranja iz ponovljenih mjerenja jednako dobro kao i sa svim podacima Isti autor u citiranim radovima za izjednačavanje podataka koristi eksponencijalni korelacijski oblik p = A sdot (BZ ndash 1) + C za koji navodi da karakteristična točka u kojoj se sijeku vodoravna asimptota i tangenta krivulje iz vrijednosti C može poslužiti za brojčano određenje i ocjenu prodirne značajke tla (slika 63)

345 Posmična čvrstoća tla

Krilna sonda je uređaj koji se sastoji od mjernog krila pričvršćenog na šipku na kojoj se nalazi moment metar naprava kojom se mjeri moment potreban da se okrene krilo u trenutku savladavanja čvrstoće na smicanje uzduž plašta valjka opisanog oko krila (Nonveiller 1979)

Mjerna krila predstavljaju dvije metalne ploče visine (H) i širine (B) međusobno poprečno pričvršćene na metalnu šipku (slika 64)

Krila sonde utiskuju se u tlo do željene dubine mjerenja Okretanjem krila tlo se lomi po plaštu valjka kojemu je promjer jednak širini krila Iz jednakosti momenta torzije (MT) i momenta otpora tla na smicanje na plaštu i bazi valjka kojeg stvaraju krila pri okretanju dobiva se čvrstoća smicanja tla

rArrsdotsdotsdotsdotsdot+sdotsdotsdotsdot= 23

2

22

2

2

TBBB

HBM πτπτ (75)

+sdotsdotπ

sdot=τ

3

2

2

T

BHB

M (76)

Otpor tla na smicanje (posmična čvrstoća) mjeren je krilnom sondom (Eijkelkamp ndash Field inspection Vane tester) Dimenzije krila sonde su 16 mm x 32 mm a mjerno područje ovog instrumenta je u rasponu od 0 do 260 kPa s točnošću očitanja mjernog rezultata od 4 kPa

Slika 63 Izjednačenje podataka prodirne značajke tla

Slika 64 Krilna sonda

67

Mjerni rezultat ovog instrumenta odnosi se na otpor pri smicanju tla u trenutku njegovog sloma Krilnom sondom su izvršena mjerenja u površinskom sloju tla i na dubini od 15 cm i to po 10 mjerenja u lijevom i desnom kolotragu te na nezgaženom tlu u svakom vučnom pokusu

346 Širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga

Za deformacije tla koje nastaju uslijed kretanja vozila po šumskom bespuću ne postoje standardizirane metode izmjere već se u literaturi opisuju kroz širinu gaženog traga dubinu kolotraga ili površinu presjeka gaženog profila tla

Kolotrag kotača vozila Saarilahti (2002A) definira kao površinsku deformaciju tla (ulegnuće) dublje od 10 cm i dulje od 05 m koje je nastalo uslijed sloma i sabijanja tla kretanjem vozila Pod razinom površine tla podrazumijeva dno sloja šumskog listinca ili mahovine Isti autor za prikupljanje podataka o dubini kolotraga na terenu preporuča uzimanje sistematskog uzorka na osnovi kvadratne mreže čija gustoća čvorova (grid) ovisi o željenom intenzitetu izmjereZa izmjeru na terenu koristi se tzv nultom točkom uzorka koja predstavlja čvor položene zamišljene mreže a samu izmjeru vrši na kolotragu koji mu je najbliži Pri tome od nulte točke kolotraga u uzdužnom smjeru vlake sa svake strane na duljini od 15 m mjeri dubinu deformacije tla Samu dubinu kolotraga raščlanjuje u dva razreda prihvatljivu (lt 10 cm) i neprihvatljivu (gt 10 cm) Zadano ograničenje dubine kolotraga (10 cm) zasniva se na procjeni kakvoće izvođenja radova ali i preporukama istraživača (Owende i dr 2002)

Za operativnu procjenu kakvoće izvođenja privlačenja drva Saarilahti (2002I) preporučuje prihvatljivu prosječnu dubinu kolotraga kao onu koja ne prelazi dubinu od 10 cm na više od 10 ukupne duljine cjelokupnoga gaženja tla sječne jedinice

Meek (1996) te Nugent i dr (2001) mjere značajke kolotraga (dubina širina gaženja) prema metodici prikazanoj na slici 65 Košir (2002) navodi da širina gaženja tla pri privlačenju drva ovisi o širini primjenjenoga vozila Usljed višekratnog prolaska vozila isti autor utvrđuje povećanje širine gaženja tla za 05 m sa svake strane vozila

Tijekom istraživanja širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga mjerili su se pomoću geodetske letve duljine 5 m položene na usidrene oslonce nakon svakog prolaska skidera (slika 66) Na svakoj vlaci su određena dva mjesta izmjere dubine kolotraga

Slika 65 Postupak izmjere kolotraga

Slika 66 Mjerenje dubine kolotraga na terenu

68

35 Statistička obrada podataka mjerenja

Terenski podaci mjerenja na tlu prenijeti su iz snimačkih listova u računalne datoteke radi lakše dostupnosti pri obradi podataka Obradom snimljenih podataka obuhvaćeni su kontrola i odabir podataka njihovo razvrstavanje kao i izračunavanje traženih parametara

Obrada podataka provedena je po sljedećem redoslijedu

rArr unošenje snimljenih podataka u računalo i stvaranje datoteka podataka za daljnju obradu

rArr određivanje zahtjeva s obzirom na cilj i razinu pojedinih obrada

rArr izbor metoda analize ili funkcija izjednačenja

rArr izračunavanje traženih parametara

rArr testiranje i analiza rezultata

rArr oblikovanje izlaza

Za opis temeljnih značajki skupova promatranih podataka (neovisne varijable) korištene su metode deskriptivne statistike gdje su izračunate različite mjere središnje tendencije rasipanja mjernih podataka a kao najpovoljnije odabrane su medijan i aritmetička sredina sa standardnom devijacijom kao mjerom rasipanja te vrijednosti Za aritmetičku sredinu kao srednju vrijednosti opažanih podataka postavljen je uvjet da preciznost smije biti maksimalno plusmn005 uz 95 vjerovatnosti Međutim Hitrec (1996) navodi teškoće u pridržavanju takvog uvjeta zbog jako velikog potrebnog uzorka kako bi se dobila potrebna preciznost i zadovoljavajuća pouzdanost što dovodi do predugog trajanja vremena pokusa i njegovog poskupljivanja

Pomoću testa razlike (Studentov t ndash test) provedeno je zaključivanje o značajnosti razlika među izračunatim srednjim vrijednostima opažanja (aritmetičkim sredinama) Na osnovi nulhipoteze pretpostavljeno je da su razlike između dviju sredina opažanja rezultat slučajne varijabilnosti vrijednosti u uzorcima te da između odgovarajućih sredina takve razlike nema Razlike između sredina dijeljene su sa standardnom pogreškom a zatim je kvocijent uspoređen s iznosom od 196 standardne pogreške Tamo gdje je kvocijent veći odbacujemo nulhipotezu a ako je manji smatramo da razlika između sredina nije značajna na 5 -tnoj razini signifikatnosti (Pavlić 1985)

Za testiranje značajnosti razlika prosječnih vrijednosti više skupova podataka (više od dva) istog mjernog parametra korištena je jednostruka analiza varijance (ANOVA) koja predstavlja postupak kojim se ukupna varijabilnost rastavlja na varijabilnost između prosječnih vrijednosti grupa opažanja i na varijabilnost unutar grupa opažanja (Serdar i Šošić 1981) Tim postupkom ova metoda odgovara na pitanje je li značajnija varijabilnost između srednjih vrijednosti grupa ili varijabilnost unutar pojedinih grupa podataka (Vasilj 2000)

Metode statističke analize vremenskih nizova korištene su za opis promjena fizičko-mehaničkih i vodno-fizičkih značajki šumskog tla koje su posljedica višekratnog prolaska forvardera Pri tome su korištena dva individualna indeksa kojima se iskazala dinamika sabijanja tla Indeks sa stalnom bazom iskazuje razinu promjene u odnosu na neku odabranu vrijednost (neizgaženo tlo) Lančani (verižni) indeks korišten je za prikaz promjene praćenih parametara tla u odnosu na svaki ponovni prolazak vozila po šumskom tlu

Za istraživanje mogućih stohastičkih ovisnosti između zadovoljavajuće koreliranih varijabli korištena je regresijska analiza Odabir krivulje izjednačenja vršen je na osnovi slijedećih parametara koeficijenta (determinacije) korelacije (R) standardne devijacije zavisne varijable oko linije izjednačenja (sYX) te t-varijable (tStat) i vjerovatnosti greške prve vrste (P-value) regresijskih koeficjenata (Serdar i Šošić 1981 Kachigan 1991) Za utvrđivanje jakosti veze između izjednačenih nezavisnih i zavisnih varijabli korištena je Roumlmer-Orphal-ova skala (Kump i dr 1970)

Slika 67 Roumlmer-Orphal-ova raspodjela

Matematičko ndash statistička obrada podataka obavljena je uz pomoć osobnog računala primjenom programskih paketa Microsoft Excel 97 i Sta Soft Statistica 50

69

Za izjednačavanje ovisnosti parova podataka koji porastom nezavisne varijable pokazuju da podaci zavisne varijable imaju asimptotski trend porasta korišten je eksponencijalni regresijski računalni program REGEXE primarno razvijen za istraživanja krivulja klizanja kotača vozila (Hitrec i Horvat 1987) Navedeni računalni program čvrstoću veza odabranih regresijskih modela prikazuje pomoću tri parametra r ndash koeficijenta korelacije R ndash indeksa korelacije i R gt ndash testiranja indeksa korelacije temeljem broja opažanja

Utvrđivanje razlika u stupnju sabijenosti tla višekratnim prolaskom skidera je izvršeno usporedbom površina ispod krivulja izjednačenja prodirnih značajki Poznavajući oblik i koeficijente jednadžbi izjednačenja metodom određenih integrala izračunate su površina ispod krivulja

54

ravnoteže da bi se odredila razina relativnog istezanja Prema nekim mišljenjima mjerni most sa samo jednom aktivnom mjernom trakom posjeduje samo približnu linearnost između promjene otpora i razlike potencijala na dijagonali Ta linearnost postoji samo pri relativno malim promjenama kao što je to slučaj kod žičanih mjernih traka

Mjerni pretvornik s dvije ugrađene mjerne trake naziva se polu most Za polu most je moguće lako dokazati slijedeće odnose

2

RR

E

V ∆= (67)

Mnoge se prednosti postižu uporabom dviju i više aktivnih mjernih traka koje su pod utjecajem promjena nakon što nastupi vanjsko opterećenje ispitivanog uzorka Budući da će kod uporabe dvije aktivne mjerne trake obje utjecati na promjenu električnoga otpora nakon pojave deformacije to će odmak od ravnoteže mosta biti veći To samo po sebi podrazumjeva znatno veću osjetljivost takvoga mosta Posebna je prednost takvih mjernih pretvornika i u tome što se utjecaj temperature pri kojoj se vrše mjerenja može potpuno zanemariti U mnogim će se slučajevima pored navedenog dobiti i značajno veća točnost pri mjerenjima

Mjerni pretvornik s četiri ugrađene mjerne trake naziva se puni most Kod punog mosta vrijedi slijedeći odnos

R

R

E

V ∆= (68)

Shematski se prikaz punog mosta vidi na slici 38 Upotrebom četiriju mjernih traka u mjernom pretvorniku još se više podiže njegova osjetljivost I kod punog mosta valja naglasiti da se utjecaj promijenjivih temperaturnih uvjeta na rezultate mjerenja u potpunosti može zanemariti U punom se mostu ravnoteža mora postići nekim dodatnim otpornicima Upotrebom punog mosta osjetljivost mjernog pretvornika u odnosu na četvrt mosta može se učetverostručiti

Poznavanjem osnovnih značajki mjerne trake s obzirom na objekt mjerenja uvjete mjerenja i potrebnu pouzdanost mjerenja vrši se odabir mjerne trake

Mjerne se trake obično učvršćuju lijepljenjem mada valja spomenuti da se u posebnim slučajevima i točkasto zavaruju Presudnim za uspjeh mjerenja smatra se izbor ljepila te način lijepljenja s obzirom na materijal i površinu mjernog mjesta U pripremi mjernog mjesta mora se obratiti pozornost na pravilno postavljanje i zaštitu mjerne trake kako bi odstranili moguće greške mjerenja Površina mjernog mjesta mora biti potpuno očišćena kako ostanak nečistoća ispod mjerne mrežice ne bi utjecao na točnost mjerenje i suha kako bi se onemogućila korozija trake Osim toga sama površina treba biti glatka bez najmanjih pukotina u materijalu koje bi utjecale na nepravilno prenošenje naprezanje s materijala na mjernu traku Zbog istog razloga sloj ljepila mora biti vrlo tanak ali dovoljan da omogući čvrsto prijanjanje mjerne trake na mjerno mjesto Odmah nakon pripreme mjernoga mjesta valja nalijepiti mjerne trake Postupak lijepljenja ilustriran je na slici 39

Pri povezivanju priključnih vodova mjernih traka lemljenjem pomoću vodiča također postoji opasnost oštećenja mjernih traka Na kraju mjerno mjesto je potrebno zaštiti od vanjskih utjecaja prvenstveno od vlage i mehaničkih oštećenja (slika 40)

Slika 39 Lijepljenje mjerne trake

Slika 40 Zaštita mjerne trake

55

332 Mjerila i mjerna oprema

Za mjerenje predviđenih značajki kretnosti skidera konstruirana su ili primjenjena mjerila za istovremeno određivanje 16 veličina Te veličine su

1 zakretni moment na prednjem desnom kotaču MPD (Nm)

2 zakretni moment na prednjem lijevom kotaču MPL (Nm)

3 zakretni moment na stražnjem desnom kotaču MSD (Nm)

4 zakretni moment na stražnjem lijevom kotaču MSL (Nm)

5 opterećenje na prednjem desnom kotaču GaPD (kN)

6 opterećenje na prednjem lijevom kotaču GaPL (kN)

7 opterećenje na stražnjem desnom kotaču GaSD (kN)

8 opterećenje na stražnjem lijevom kotaču GaSL (kN)

9 broj okretaja prednjeg desnog kotača nPD

10 broj okretaja prednjeg lijevog kotača nPL

11 broj okretaja stražnjeg desnog kotača nSD

12 broj okretaja stražnjeg lijevog kotača nSL

13 broj okretaja petog kotača n5K

14 horizontalna sastavnica sile u užetu H (kN)

15 vertikalna sastavnica sile u užetu V (kN)

16 vrijeme t (s)

Na osnovu podataka izmjere navedenih veličina može se izvršiti proračun potrebnih tehničkih značajki skidera pri privlačenju drva kao što su adhezijska težina skidera vučna i obodna sila faktori privlačenja bruto i neto vuče te kotrljanja dinamički polumjer kotača sila u užetu i kut nagiba užeta koeficijent raspodjele težine tovara brzina kretanja skidera klizanje kotača obodna i vučna snaga te snaga kotrljanja i korisnost kotača

Vertikalna opterećenja kotača predstavljaju masu odnosno težinu koju nose Mogu se odrediti na nekoliko načina proračunskim putem prilikom konstruiranja vozila vaganjem vozila (statički teret dobiven kao izvaga praznog i punog vozila) te kao stvarno opterećenje u radu - dinamička opterećenja (Sever i dr 1989)

Za mjerenje dinamičkih opterećenja na kotačima mjerne su trake postavljene odmah iza kotača na gornju stranu kućišta vratila koji izlazi iz diferencijala prema kotaču (završnom ili planetarnom reduktoru) Upotrebljene su mjerne trake oznake LY11-6120 što označava linearnu mjernu traku (L) nosive podloge od poliamida i mjerne mrežice od konstantana (Y) namijenjenom za postavljanje na čeličnim konstrukcijama (1) s jednom mjernom mrežicom duljine 6 mm i otpora 120 Ω Mjerne trake su kod svakog kotača postavljene u Wheatestone-ov polu-most pri čemu su dvije mjerne trake postavljene pod kutem od 90deg međusobno i s obzirom na uzdužnu i poprečnu os kućišta vratila (slika 42)

Mjerenje zakretnih momenata izvršeno je pomoću mjernih traka postavljenih na obodu kućišta završnih planetarnih reduktora Upotrebljene su mjerne trake oznake XY21-3120 što označava mjernu traku s nosivom podlogom od poliamida i mjerne mrežice od konstantana (Y) namijenjenom za postavljanje na čeličnim konstrukcijama (1) s dvije mjerne mrežice duljine 3 mm i otpora 120 Ω postavljene međusobno pod kutem od 90deg pri čemu je svaka mjerna mrežica otklonjena za 45deg od uzdužne osi mjerne trake (X) Za mjerenje su bile potrebne dvije mjerne trake koje su se postavile dijametralno suprotno na obodu kućišta završnog

Slika 41 Položaj mjernih traka pri mjerenju momenata

56

reduktora (slika 41) Točno postavljanje mjernih traka se izvršilo na osnovu mjerenja opsega oboda kućišta Mjerne trake su na svakom kotaču postavljene u Wheatestone-ov puni-most

Povezivanje je priključnih vodova mjernih traka izvršeno lemljenjem pomoću vodiča površine presjeka 015 mm2 do spojnog mjesta za svaki Wheatestoneov most Na spojnim mjestima su priključeni 4-žilni 15 pinski oklopljeni kablovi koje vode do pojačala

Zbog okretanja kotača bilo je potrebno postaviti klizni prijenosnik na svakom kotaču Nosači su kliznog prijenosnika učvršćeni na kućište završnog reduktora (slika 43) Klizni prijenosnik se sastoji od rotora kliznog prstena i kućišta Rotor je spojen s nosačem te se okreće zajedno s kotačem Na utičnicu rotora je doveden kabel sa spojnog mjesta Kućiste kliznog prijenosnika je učvršćeno elastičnim užetom na dodatnu konstrukciju koja je postavljenja iznad osovina skidera kako bi se omogućilo nesmetano okretanje kotača Signal se promjene otpora traka s utičnice na rotoru prenosi preko prstena i grafitnih četkica na utičnice na kućištu kliznog prijenosnika odakle kabel dalje vodi do pojačala

Dodatni prsten i grafitna četkica u kliznom prijenosniku su iskorišteni kao davači impulsa za određivanje broja okretaja kotača Ovaj postupak je opisao i primjenio Horvat (1993A) za istovremeno očitanje mjernog signala zakretnog momenta i broja okretaja vratila forvardera Od četiri klizna prijenosnika dva su imala prsten podijeljen na 10 segmenata tj za jedan puni okret kotača su bilježila 10 impulsa dok su ostala dva za jedan okret kotača bilježila jedan impuls Klizni prijenosnici s prstenom od 10 segmenata su postavljeni na prednji desni i stražnji lijevi kotač Raspon napona impulsa okreta kotača se kretao od 5 V do 9 V S druge utičnice na kućištu kliznog prijenosnika pomoću kabela se signal prenosio do pojačala S obzirom da je izlazni napon pojačala manji od raspona napona davača impulsa upotrebljeno je vanjsko napajanje pomoću 2 baterijska uloška napona 45 V

Stvarno prevaljeni put mjeren je pomoću slobodno kotrljajućeg petog kotača a njegova primjena je potrebna za određivanje brzine kretanja skidera i klizanja kotača usporedbom njegovog broja okretaja i broja okretaja pogonskih kotača Primjena petog kotača je dosta česta kod ispitivanja poljoprivrednih traktora a kod istraživanja specijalnih šumskih vozila koriste ga mnogi istraživači i može se smatrati najčešćim mjerilom puta (Hassan 1989) Isti autor (1988) opisuje optičko mjerilo puta razvijeno u NCSU za istraživanja skidera u eksploatacijskim uvjetima Sever (1980) kod istraživanja vučne značajke skidera te Horvat (1993A) kod istraživanja forvardera također koriste peti kotač

Peti kotač je zglobno učvršćen na prednju dasku skidera (slika 44) a duljina prevaljenog puta je određena na osnovu njegovog broja okretaja i izmjerenog opsega Na peti kotač je također bio postavljen klizni prijenosnik preko kojeg se na opisani način prenosio impuls promjene napona pomoću prstena s podjelom od 10 segmenata i grafitne četkice

Slika 42 Mjerno mjesto na kućištu osovine kotača

Slika 43 Prepariranje planetarnog reduktora

Slika 44 Peti kotač

57

Određivanje se horizontalne i vertikalne sastavnice sile u užetu pri privlačenju drva izvršilo pomoću dva vlačno-tlačna dinamometra HBM 50 kN i HBM 20 kN Dinamometri su međusobno spojeni pod kutem od 90deg stupnjeva te postavljeni na nosač zglobno učvršćen na mjestu vertikalnih valjaka vitla (slika 45) Sever (1980) navodi da je postavljanje dinamometara na nosač jedini mogući način da se istovremeno registriraju horizontalna i vertikalna sila u užetu u eksploatacijskim uvjetima Na spoju dinamometara je postavljen držač veznog užeta tovara Na taj način je omogućeno točno određivanje sastavnica sila te kuta nagiba užeta Dinamometri su se nalazili točno u horizontalnoj i vertikalnoj ravnini s obzirom na podlogu pri potpuno podignutoj zadnjoj prihvatno-zaštitno-sidrenoj dasci skidera upravo kakav je njen položaj pri privlačenju drva Nedostatak mjerenja vučnih sila dinamometrima pri privlačenju drva se ogleda u pojavi postranih bočnih sila uzrokovanih njihanjem tovara pri kretanju skidera koje vlačno-tlačni dinamometri ne mogu zabilježiti

Svi mjerni pretvornici (mjerne trake davači impulsa napona dinamometri) su spojeni s mjernim pojačalima HBM Spider 8 S obzirom na 15 mjerenih veličina upotrebljena su dva mjerna pojačala Spider 8 spojena u seriju od kojih svaki ima 8 ulaznih kanala SR55 (15-pinski kanali) Za napajanje pojačala je potreban napon od 12 V Prema mjernim pretvornicima šalju izlazni napon od 25 V te primaju povratni naponski signal s mjernih pretvornika i bilježe promjene napona do 2 mVV

Mjerna pojačala su smještena na postolje učvršćeno iza kabine skidera te zaštićeni od vlage i mehaničkih oštećenja

Daljinski prijenos podataka je omogućen primjenom radio modema ELPRO 805 U (ELPRO Technologies Pty Ltd) Radio modem je bio postavljen na samom skideru i spojen preko COM ulaza s mjernim pojačalom HBM Spider 8 primao analogno pojačane mjerne signale te ih odašiljao preko antene postavljene na krovu kabine skidera Drugi radio modem je primao mjerne signale te ih prenosio na terensko računalo

Računalnim programom Catman 40 (Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH) su bilježeni podaci mjerenja Navedeni računalni program je prvenstveno namijenjen mjerenju mehaničkih veličina električnim putem što se ogleda u nekim osnovnim karakteristikama

bull odabir različitih vrsta mjernih pojačala

bull provjera veze između mjernog pretvornika (mjerne trake dinamometra) i računala

bull unošenje mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull prikaz rezultata mjerenja mehaničkih veličina na osnovu primljenog signala i mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull određivanja tare i postavka mjernog pretvornika u nulto stanje

bull određivanje frekvencije očitanja signala s mjernog pretvornika

bull zapis proteklog vremena od pokretanja mjerenja do završetka prema frekvenciji očitanja

bull mogućnost istovremenog primanja mjernih podataka s 40 mjernih pretvornika (40 kanala)

bull snimanje do 10 000 mjernih rezultata po kanalu

bull grafičko i brojčano praćenje mjernih vrijednosti tijekom snimanja podataka

bull prenošenje snimljenih podataka u druge računalne programe (Microsoft Excell)

bull mogućnost matematičke obrade mjernih rezultata s jednog ili više kanala

bull mogućnost programiranja postupka mjerenja

Slika 45 Nosač s vlačno-tlačnim dinamometrima

58

U računalni program Catman 40 su po kanalima označeni mjerni pretvornici i unošene mjerne konstante dobivene umjeravanjem mjernih pretvornika Frekvencija očitanja ulaznog signala je podešena na 50 Hz po kanalu tj vrši se 50 očitanja mjernog rezultata u sekundi na svakom kanalu S obzirom na 15 korištenih kanala tijekom mjerenja te zapisa proteklog vremena mjerenja postignuto je 800 očitanja mjernih veličina u sekundi Rezulati mjerenja su spremani u datoteku Microsoft Excell gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjernja svake 150 sekunde

Programiranje je radio modema izvršeno programom Cfg_805UD Pomoću programa potrebno je odrediti slijedeće postavke na oba radio modema izbor komunikacijskog moda između uređaja adresiranje radio modema serijsku i radio frekvenciju prijenosa mjernog signala

Pri izbor komunikacijskog moda između uređaja odabran je transparentni mod koji omogućava komunikaciju u oba smjera Komunikacijom od skidera do računala omogućen je prijenos mjernih signala dok komunikacijom od računala prema skideru omogućena je provjera veze do mjernog pretvornika U slučaju oštećenja mjernog pretvornika spojnih kablova ili konektora te nepravilnosti električnog napajanja dijela mjernog lanca na skideru možemo odmah uočiti grešku pomoću računalnog programa Catman 40 Kontrolni mod omogućava jednosmjernu komunikaciju između radio modema i ne zadovoljava potrebe mjerenja

Adrese oba radio modema moraju biti postavljene na istu vrijednost jer samo uređaji s istim adresama mogu direktno međusobno komunicirati

Serijski se prijenos podataka ostvaruje između mjernog pojačala i radio modema te radio modema i računala

Radio frekvencija određuje frekvenciju prijenosa podataka između uređaja Zbog toga postavka radio frekvencije prijenosa podataka na oba uređaja mora biti istovjetna Od tri moguće postavke radio frekvencije (19 200 38 400 76 800 bits) izabrana je radio frekvencija od 38 400 bits

Slika 46 Shema mjernog lanca

Radio modemi su opremljeni spremišnim diskom (bufferom) od 2 KB Prijenos podataka počinje kad se napuni spremišni disk a isto tako veza između modema se prekida ukoliko se tijekom mjerenja spremišni disk potpuno isprazni sve do trenutka njegovog punjenja Zbog navedene značajke radio modema najpovoljnije je odabrati iste vrijednosti serijske i radio frekvencije u cilju kontinuiranog prijenosa podataka Pri tome je bilo potrebno uskladiti izlaznu frekvenciju mjernog

59

signala iz pojačala sa serijskom frekvencijom radio modema Mjerno pojačalo HBM Spider 8 se proizvodi s tvornički podešenom izlaznom frekvencijom mjernog signala od 9600 bits Ali pri tome dolazi do prekida veze između radio modema budući da je veća brzina slanja signala od brzine punjenja spremišnog diska od strane mjernog pojačala Povećanje izlazne frekvencije mjernog pojačala HBM Spider 8 izvršeno je direktnim povezivanjem s računalom unosom Hayes-ovih naredbi putem HyperTerminala

Veliki se dio mjerne opreme nalazi na skideru te je za napajanje električnom energijom mjernih pojačala i radio modema na krov kabine učvršćen prijenosni generator

Postavljanjem mjerne opreme nosača i pomoćnih konstrukcija i uređaja povećala se masa skidera (slika 47) Prije početka mjerenja bilo je potrebno odrediti masu opremljenog skidera i opterećenja na kotačima Rezultat mjerenja opterećenja na kotačima pri privlačenju drva je promjena težine na osnovu opterećenja praznog skidera na ravnoj podlozi Određivanje mase i opterećenja na kotačima praznog skidera je izvršeno s četiri vage švedskog proizvođača TELUB

U svakoj se vagi nalaze po četiri neovisna dinamometra namjenjena mjerenju tlačnih naprezanja Na svakom je dinamometru postavljeno po četiri aktivne mjerne trake što znači da je riječ o mjernim pretvornicima s mjernim trakama u punom mostu Mjerni su pretvornici spojeni tako da pojedinačno i zajednički registriraju svako vanjsko opterećenje Svaka je vaga granično opteretiva sa 90 kN Budući da se opterećenje ne mora simetrično rasporediti na sva četiri dinamometra u krajnosti je moguća i takva situacija u kojoj se svaki od tih tlačnih dinamometara može pojedinačno opteretiti s graničnom nosivošću čitave vage Sva četiri tlačna dinamometra na svakoj vagi pripremljena su kao puni mostovi Mjerni pretvornici kvadratnog presjeka postavljeni su u sva četiri kuta podnožja vaga a vijcima su pričvršćeni kako za podnožje vage tako i za njezin poklopac Shematski prikaz jednog od dinamometra dat je na slici 48

Sve su vage spojene s mjernim pojačalom HBM Spider 8 koji je direktno povezan s prijenosnim računalom te su pomoću računalnog programa Catman 40 naprijed opisanom metodom očitani rezultati mjerenja

Vagama su također izmjerene mase svih drvnih sortimenata koje smo koristili u vučnim pokusima

Otpor kotrljanja i nulto klizanje kotača na podlozi (šumskom tlu) na kojem se vrši ispitiavanje vučne značajke utvrđuje se prije početka testiranja povlačenjem traktora u praznom hodu i s položajem transmisije u neutralnom položaju te s dinamometrom pričvršćenim između traktora i vozila koje ga vuče (Hassan 1989) Pri tome je korišten vlačno-tlačni dinamometar HBM 100 kN direktno povezan preko mjernog pojačala HBM Spider 8 s računalom te sila vuče očitana računalnim programom Catman 40

Primjena opisane mjerne opreme kao i potrebitost mjerenja težine tovara i nagiba terena uvjetovala je ispitivanje u kontroliranim uvjetima Ispitivanje u stvarnim eksploatacijskim uvjetima je neizvedivo zbog pretvorbe dijelova skidera u mjerila Zbog postavljanja nosača dinamometara na valjke vitla onemogućen je rad vitla Vitlo je korišteno samo za pripremu i vezanje tovara a pri privlačenju tovar se držao na nosaču Također mjerna oprema je osjetljiva na vlagu (opasnost kondenzacije vlage u mjernim pojačalima konektorima opasnost od kratkog spoja u prijenosu električne struje vrlo malih napona u mjernom lancu) te se u pravilu ispitivanja ne vrše u uvjetima kišnih ili sniježnih oborina

Slika 47 Skider s postavljenom mjernom opremom

Slika 48 Shematski prikaz jednog od četiriju

dinamometara svake vage

60

333 Umjeravanje mjernih pretvornika

Umjeravanje mjernih pretvornika je postupak određivanja mjernih konstanti za točno očitanje rezultata mjerenja Mjerno pojačalo HBM Spider 8 bilježi promjene napona do 2mvV Na osnovu promjene napona u navedenom rasponu pomoću mjernih konstanti unesenih u računalni program Catman 40 za svaki mjerni pretvornik odredit će se točno očitanje signala

Postupak umjeravanja se sastoji od usporedbe ostvarene poznate veličine na mjernom pretvorniku i rezultat očitanja veličine preko mjernog lanca Promjenom mjerne konstante utječemo na rezultat očitanja sve dok se odnos ostvarene i mjerene vrijednosti ne izjednači

Umjeravanja su mjernih pretvornika na skideru obavljena na poligonu za ispitivanje poljoprivredne mehanizacije Poljoprivrednoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu Umjeravanje mjernih traka za mjerenje zakretnih momenta na kotačima postavljenih na završnim reduktorima skidera izvršeno je djelovanjem poznate sile na kraku od 1 m Poluga za opterećivanje je vijcima pričvršćena na vanjsku stranu naplatka kotača dignutoga u zrak Poluga je libelom postavljena u vodoravan položaj te je točno određen krak od 1 m od središta osovine kotača Na tom mjestu je vršeno vertikalno opterećivanje poluge silom koja se mjerila pomoću dinamometra HBM 50 kN (slika 49)

Podaci umjeravanja obrađeni su statističkim metodama s ciljem da se utvrdi ovisnost između ostvarenih i izmjerenih vrijednosti Za svaki kotač su izračunavane linearne regresije podataka umjeravanja kao i vrijednosti koeficijenata korelacije Linearno izjednačenje podataka umjeravanja pokazuju slike od 50 do 53 Na slikama su unesene određene mjerne konstante Sva umjeravanja imaju visoke koeficijente korelacije što znači da je korelacijska veza vrlo čvrsta

Umjeravanje mjernih traka za mjerenje opterećenja na kotačima obavljeno je na način da su kotači postupno opterećivani s utezima sve veće mase Primjenjeni su utezi s certifikatom umjerene masene vrijednosti dobiveni od strane Državnog zavoda za normizaciju i mjeriteljstvo Istodobno su očitavane vrijednosti pomoću TELUB vaga koje su postavljene ispod kotača skidera Podaci o umjeravanju regresijske jednadžbe izjednačavanja podataka s koeficijentima korelacije te mjerne konstante su prikazane na slikama od 54 do 57

Slika 50 Umjeravanje zakretnog momenta na prednjem

lijevom kotaču Slika 51 Umjeravanje zakretnog momenta na

prednjem desnom kotaču

Slika 49 Umjeravanje zakretnog momenta

61

Slika 52 Umjeravanje zakretnog momenta na stražnjem

lijevom kotaču Slika 53 Umjeravanje zakretnog momenta na

stražnjem desnom kotaču

Slika 54 Umjeravanje opterećenja na prednjem lijevom

kotaču Slika 55 Umjeravanje opterećenja na prednjem

desnom kotaču

Slika 56 Umjeravanje opterećenja na stražnjem lijevom

kotaču Slika 57 Umjeravanje opterećenja na stražnjem

desnom kotaču

62

TELUB vage su umjeravane ranije za potrebe istraživanja u okviru rada Laboratorija za mjerenje mehaničkih veličina šumarskih strojeva Šumarskog fakulteta u Zagrebu Mjerne konstante TELUB vaga su prikazane u tablici 10 Korišteni HBM dinamometri su imali tvorničke podatke o umjeravanju i mjernim konstantama koje su provjerene istim opisanim postupkom

Tablica 8 Mjerne konstante TELUB vaga i HBM dinamometara

Mjerna vrijednost

Promjena napona

Vaga 1 Vaga 2 Vaga 3 Vaga 4 Dinamometar 20 kN

Dinamometar 50 kN

Dinamometar 100 kN

mVV t t t t kN kN kN

0 0 0 0 0 0 0 0

2 13143 13268 13305 13118 20 50 100

334 Obrada podataka

Rezultati mjerenja svakog prolaska skidera šumskom vlakom su pohranjivani u datoteke Microsoft Excell-a gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjerenja svake 150 sekunde Isti postupak je izvršen pri mjerenju sile vuče praznog skidera drugim vozilom opterećenja na kotačima opremljenog skidera na ravnoj podlozi i vaganja drvnih sortimenata

Početak snimanja svakog turnusa je počinjao prije kretanja skidera vlakom kako bi se provjerila veza i uspostavio daljinski prijenos podataka Isto tako snimanje podataka se završavalo u trenutka zaustavljanja skidera na kraju vlake Zbog navedenog načina snimanja mjernih podataka u snimljenim datotekama je potrebno ustanoviti samo niz podataka za svaku veličinu koja se odnosi na kretanje skidera Ovaj postupak je izvršen na osnovu grafičkog prikaza mjernih podataka koji se uočljivo razlikuju od trenutka pokretanja do zaustavljanja skidera na osnovu računalnog zapisa vremena Za svaki turnus je određeno vremensko trajanje kretanja skidera s točnošću 002 sekunde i u tom vremenskom intervalu su određene mjere središnje tendencije rasipanja podataka metodama deskriptivne statistike broj opažanja aritmetička sredina i standardna devijacija

Rezultati mjerenja broja okretaja pogonskih kotača i petog kotača predstavljaju niz promjena napona između vrijednosti 5 V i 9 V te su obrađeni pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i Datoteka navedenog računalnog programa je podešena da unosom niza promjena napona zabilježenog na kotaču i frekvencije očitanja mjernih podataka (50 Hz) broj impulsa po jednom okretu kotača prikaže kao ukupan broj okretaja kotača (n) i frekvenciju vrtnje kotača u vremenskim intervalima (slika 58) Ova analiza je izvršena za sve kotače i turnuse u vučnim pokusima

Slika 58 Prikaz obrade podataka pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i

63

34 Mjerenja na tlu

Istraživanja na tlu obuhvatila su kopanje pedoloških profila uzimanje uzoraka tla u narušenom i nenarušenom (prirodnom) stanju mjerenje prodirne značajke tla mjerenje otpora tla na smicanje te mjerenja dubine kolotraga

Informacije o osnovnim značajkama šumskog tla na mjestu istraživanja prikupljene su otvaranjem pedološkog profila i uzimanjem uzoraka tla u narušenom stanju

Mjerenjem prodirne značajke tla i otpora tla na smicanje te uzimanjem uzoraka tla na neizgaženom tlu i tlu na vlakama ovisno o broju prolazaka skidera utvrdila bi se razina oštećenosti šumskoga tla uslijed privlačenja drva

Uzimanje bi se uzoraka tla u nenarušenom stanju također provelo na neizgaženom tlu u tlu vlake a rezultati vodno-fizičkih svojstva tla dobiveni laboratorijskom analizom uzoraka tla također bi bili upotrebljeni za procjenu utjecaja prolaska skidera na oštećenja tla

Istim metodama oštećenja tla prolaskom skidera su utvrđivali Vranković i Pernar (1993) Meek (1996) i Mathies i dr (2003) Seixas i dr (2003)

341 Vrsta tla i sklop horizonata

Analizom pedoloških profila (pedoloških jama) utvrđuju se vrsta i tip tla te sklop njegovih horizonata

Sklop profila čine horizonti njihov broj izraženost debljina te prijelaz jednog horizonta u drugi Horizont je sloj tla sa značajkama koje su rezultat pedogenetskih čimbenika Osim utvđivanja vrste i tipa tla te dubine rasprostiranja pojedinih horizonata na pedološkom profilu vađeni su i Kopeckijevi valjci radi dobivanja spoznaja o gustoći tla i strukturi poroziteta svakog pojedinog horizonta

Pedološki profil je otvoren (kopan) prema dimenzijama na slici 59 Prilikom određivanja njegovoga položaja smještan je ispod vanjskih dijelova krošanja dubećih stabala te su izbjegavana mjesta gdje su u prošlosti prolazile stare vlake s ciljem dobivanja što reprezentativnijeg podatka

342 Uzorci tla u narušenom stanju

Iz uzoraka tla u narušenom (prirodno poremećenom) stanju laboratorijskim analizama mjere se i izračunavaju vodno-fizička svojstva tla zasnovana na masi uzorka Svrha uzimanja ove vrste uzoraka na terenu je određivanje granulometrijskoga sastava tla

Laboratorijske (direktne) metode određivanje granulometrijskoga sastava tla obuhvaćaju sušenje uzorka odvajanje skeleta usitnjavanje i prosijavanje tla preko sita s rupicama promjera 2 mm kako bi se odvojilo sitno tlo (sitnica) Nakon prve faze rada slijedi priprema sitnice za mehaničku analizu prema jednoj od propisanih metoda čija je svrha odvajanje povezanih čestica pijeska praha i gline te spriječavanje njihove ponovne koagulacije uslijed dijelovanja čestica gline U šumarskoj i poljoprivrednoj pedologiji ova faza rada najčešće se izvodi kuhanjem uzorka tla nakon čega se on prebacuje u valjke za sedimentaciju a zatim se vrši određivanje postotnoga sadržaja pojedinih frakcija pipet metodom (Škorić 1986) Pipet metoda se zasniva na poznatoj brzini padanja pojedinih čestica u suspenziji Na osnovi toga se pipetiranjem s određene dubine u valjku nakon točno određenoga vremena odpipetiraju čestice gline čestice praha i gline a krupni i sitni pijesak dobiju se računskim putem

Slika 59 Položaj i dimenzije pedološkog profila

64

Kemijske analize uzoraka tla provedene su po ovim postupcima

minus reakcija tla izmjerena je elektrometrijski kombiniranom elektrodom u suspenziji tla u vodi odnosno u 001 M CaCl2 u odnosu 125 Za mjerenje je korišten laboratorijski mikroprocesorski pH metar oznake MA 5736 točnosti plusmn 001 pH tvrtke Metrel

minus sadržaj humusa određen je bikromatnom metodom po Tjurinu

minus sadržaj ukupnog dušika određen je spaljivanjem po postupku Kjeldahla i destilacijom po Bremneru

343 Uzorci tla u nenarušenom stanju

Svrha uzimanja uzoraka tla u prirodnom stanju je utvrđivanje vodno-fizičkih svojstava tla zasnovanih na volumenu uzorka

Uzorak tla u nenarušenom stanju uziman je pomoću Kopeckijevog valjka zapremine 100 cm3 (visina 44 cm promjer 55 cm) Sam valjak sastoji se od tijela valjka koje je na jednom kraju zabrušen radi lakšeg utiskivanja u tlo metalne mrežice te dva poklopca Valjci moraju biti označeni s istim oznakama na tijelu valjka i poklopcima Prije izlaska na teren pomičnim je mjerilom provjereno odstupaju li dimenzije valjaka od normiranih vrijednosti Da bi se valjak lakše utisnuo u tlo koristi se metalni nastavak za valjke te drveni ili gumeni bat Nakon utiskivanja valjka u tlo skida se nastavak i lopatom se isijeca tlo oko valjka kako bi se on lakše oslobodio od okolnoga tla

Ovako izvađen valjak najčešće ima višak tla s gornje i donje strane koje je potrebno obrezati oštrim nožem da površina tla bude u visini rubova valjka Nakon stavljanja metalne mrežice i oba poklopca valjak je zamatan u najlon te odlagan u putni hladnjak radi sprečavanja isušivanja uzorka tla tijekom transporta do laboratorija Oznake s tijela valjka i podaci o mjestu vađenja (neizgaženo tlo lijevi ili desni kolotrag broj prolaska skidera broj vlake) upisuju se u terenski manual Prilikom uzimanja uzoraka valjci su utiskivani usporedno s površinom tla na dubini od 15 cm Nakon prolaska skidera vađeno je nekoliko valjaka iz lijevog i desnog kolotraga skidera Pri svakom turnusu je također vađeno nekoliko valjaka na neizgaženom tlu u cilju utvrđivanja dnevnih promjena vodno-fizičkih svojstava tla

S obzirom na veliku neujednačenost tla važno je uzeti veći broj uzoraka a kao minimalna količina repeticija preporuča se vađenje pet valjaka u istim uvjetima (Anon1971) S druge strane u ovom istraživanju je vrlo teško ostvariti dovoljan broj uzoraka jer bi se navedenim brojem uzimanja valjaka kopanjem narušila struktura tla šumskih vlaka što bi utjecalo na pogrešno utvrđivanje odnosa kotača i tla

Analize uzoraka tla provedene su u Pedološkom laboratoriju Zavoda za uzgajanje šuma Šumarskoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu u skladu sa Priručnikom za pedološka istraživanja (Škorić 1982) Iz uzoraka tla u nenarušenom stanju laboratorijskim su analizama utvrđena sljedeća vodno-fizička svojstava

Prirodna gustoća tla ρb = (mS V) gcm3

(69)

Određivanje prirodne gustoće tla vrši se tako da se masa suhoga tla podijeli s volumenom koje tlo ima u prirodnom stanju tj tlo iz Kopeckijevoga valjka stavlja se u sušionik te se suši na 105˚C do konstantne mase Masa osušenoga tla (mS) stavlja se u omjer s volumenom valjka (V)

Gustoća čvrste faze tla ρp gcm3

(70)

Ova gustoća određuje se na način da se masa potpuno suhoga tla podijeli s volumenom koji zaprema neporozna masa čvrstih čestica tla koja se određuje na principu tekućine koju istisnu čvrste čestice tla iz napunjene baždarene posude (piknometra) Poznavanje vrijednosti prirodne gustoće tla i gustoće čvrste faze tla omogućuje izračunavanje poroziteta tla

Porozitet tla Φ = [1 ndash (ρb ρp)] vol (71)

Porozitet tla je suma svih šupljina tla ispunjenih vodom i zrakom a izračunava se pomoću prirodne gustoće tla (ρb) i gustoće čvrste faze tla (ρp) Tla mogu biti vrlo malo porozna (lt30 ) malo porozna (30 - 45 ) porozna (45 - 60 ) i vrlo porozna (gt 60 )

65

Trenutna vlaga tla θV0 = [(mW ndash mS) V)] 100 vol (72)

Trenutna vlaga tla predstavlja razliku u masi prirodno vlažnog tla (mW) i osušenoga tla na 105˚C do konstantne mase (mS) koja je svedena na obujam uzorka ndash valjka (V)

Retencijski kapacitet tla za vodu θVS = [(∆mW + mW ndash mS) V] 100 vol (73)

Predstavlja sposobnost tla da drži vodu molekularnom adhezijom hidratacijskim i kapilarnim silama i površinskom napetošću Određivanje retencijskog kapaciteta se vrši na način da se Kopeckijev valjak postavi u posudu na stalak pokriven filter papirom čiji rubovi poniru u vodu Na taj način uzorak tla u valjku upija vodu preko filtar papira Kada se tlo na površini valjka orosi znači da se zasitilo s vodom do retencijskoga kapaciteta Valjak se skida sa stalka ostavlja desetak minuta na filtar papiru da se suvišna vlaga odstrani te se nakon toga obriše i važe Potom se valjak stavlja u sušionik i suši na 105˚C do konstantne mase Retencijski kapacitet tla za vodu izračunava se iz razlike mase navlaženoga tla do retencijskoga kapaciteta (∆mW + mW) i mase suhoga tla (mS) svedene na volumen valjka (V) S obzirom na rezultat retencijski kapacitet tla za vodu može biti vrlo malen (lt 25 ) malen (25 - 35 ) srednji (35 -45 ) velik (45 - 60 ) i vrlo velik (gt 60 )

Kapacitet tla za zrak Φa = Φ ndash θVS vol (74)

Kapacitet tla za zrak je udjel pora tla koje ispunjava zrak u trenutku zasićenja tla do njegovog retencijskog kapaciteta za vodu a izračunava se iz razlike poroziteta tla i retencijskoga kapaciteta tla za vodu Kapacitet tla za vodu se izražava kao vrlo malen (lt 5 ) malen (5 - 10 ) srednji (10 -15 ) velik (15 - 20 ) i vrlo velik (gt 20 )

344 Prodirna značajka tla

Za mjerenje prodirne značajke tla rabljen je digitalni penetrometar Eijkelkamp čije osnovne sastavnice prikazuje slika 60 penetrologger- mjerni uređaj (1) dinamometar (2) čelični nastavci (3) konus (4) referentna ploča (5) te PC konektor (6) Načelo rada ovog penetrometra zasniva se na dinamometarskoj izmjeri primjenjene sile na rukohvatu uređaja kojim se konus poznatih dimenzija utiskuje u tlo Tijekom utiskivanja konusa u tlo ultrazvučni senzor penetrologgera mjeri dubinu prodiranja na osnovi odbijenih valova od referentne ploče (predstavlja površinu tla) s preciznošću od 1 cm Mjerni raspon dinamometra iznosi od 0 do 1 kN s preciznošću izmjere od 1 N Pri samom mjerenju računalo penetrometra zapisuje u njegovu internu memoriju parove izmjerenih podataka tj vrijednosti sile (tlak) i pomaka (dubina prodiranja) pomoću računalnog programa (data acquisition) u ASCII kodu Set penetrometra opremljen je s deset mjernih konusa različitih površina i vršnog kuta (30deg i 60deg) čime je omogućen širok raspon primjene ovog uređaja

Pomoću računalne aplikacije Eijkelkamp PenetroViewer (slika 62) ostvaruje se veza između digitalnog penetrometra i osobnog računala (COM port) kojom je omogućeno programiranje plana istraživanja (odabir veličine i vršnog kuta konusa brzine prodiranja konusa u tlo kao i broj repeticija mjerenja) odnosno vrši prijenos izmjerenih podataka Navedena aplikacija omugućuje i grafički pregled izmjerenih podataka te njihov prijenos iz ASCII koda u format koji koriste standardni tablični kalkulatori (txt csv xls) i statistički paketi Tijekom terenskih istraživanja korišten je konus s površinom presjeka 2 cm2 i vršnim kutem 30deg koji se utiskivao u tlo brzinom 1 cmsec U turnusu je izvođeno po 10 utiskivanja konusa u lijevom desnom kolotragu i na neizgaženom tlu (slika 61)

Slika 60 Eijkelkamp penetrometar

66

Slika 61 Mjerenje penetrometrom Eijkelkamp Slika 62 Aplikacija PenetroViewer ver 424

Uslijed nehomogenosti strukture tla Ronai (1983) i Horvat(1993A 1994A) primjećuju veliko rasipanje podataka između repeticija izmjere prodirnih značajki

Horvat (1994B 1995 1996A 1996B) navodi da se istraživanje ovisnosti otpora tla prodiranju konusa o dubini prodiranja regresijskom analizom može raditi sa srednjim vrijednostima otpora za pojedinu dubinu prodiranja iz ponovljenih mjerenja jednako dobro kao i sa svim podacima Isti autor u citiranim radovima za izjednačavanje podataka koristi eksponencijalni korelacijski oblik p = A sdot (BZ ndash 1) + C za koji navodi da karakteristična točka u kojoj se sijeku vodoravna asimptota i tangenta krivulje iz vrijednosti C može poslužiti za brojčano određenje i ocjenu prodirne značajke tla (slika 63)

345 Posmična čvrstoća tla

Krilna sonda je uređaj koji se sastoji od mjernog krila pričvršćenog na šipku na kojoj se nalazi moment metar naprava kojom se mjeri moment potreban da se okrene krilo u trenutku savladavanja čvrstoće na smicanje uzduž plašta valjka opisanog oko krila (Nonveiller 1979)

Mjerna krila predstavljaju dvije metalne ploče visine (H) i širine (B) međusobno poprečno pričvršćene na metalnu šipku (slika 64)

Krila sonde utiskuju se u tlo do željene dubine mjerenja Okretanjem krila tlo se lomi po plaštu valjka kojemu je promjer jednak širini krila Iz jednakosti momenta torzije (MT) i momenta otpora tla na smicanje na plaštu i bazi valjka kojeg stvaraju krila pri okretanju dobiva se čvrstoća smicanja tla

rArrsdotsdotsdotsdotsdot+sdotsdotsdotsdot= 23

2

22

2

2

TBBB

HBM πτπτ (75)

+sdotsdotπ

sdot=τ

3

2

2

T

BHB

M (76)

Otpor tla na smicanje (posmična čvrstoća) mjeren je krilnom sondom (Eijkelkamp ndash Field inspection Vane tester) Dimenzije krila sonde su 16 mm x 32 mm a mjerno područje ovog instrumenta je u rasponu od 0 do 260 kPa s točnošću očitanja mjernog rezultata od 4 kPa

Slika 63 Izjednačenje podataka prodirne značajke tla

Slika 64 Krilna sonda

67

Mjerni rezultat ovog instrumenta odnosi se na otpor pri smicanju tla u trenutku njegovog sloma Krilnom sondom su izvršena mjerenja u površinskom sloju tla i na dubini od 15 cm i to po 10 mjerenja u lijevom i desnom kolotragu te na nezgaženom tlu u svakom vučnom pokusu

346 Širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga

Za deformacije tla koje nastaju uslijed kretanja vozila po šumskom bespuću ne postoje standardizirane metode izmjere već se u literaturi opisuju kroz širinu gaženog traga dubinu kolotraga ili površinu presjeka gaženog profila tla

Kolotrag kotača vozila Saarilahti (2002A) definira kao površinsku deformaciju tla (ulegnuće) dublje od 10 cm i dulje od 05 m koje je nastalo uslijed sloma i sabijanja tla kretanjem vozila Pod razinom površine tla podrazumijeva dno sloja šumskog listinca ili mahovine Isti autor za prikupljanje podataka o dubini kolotraga na terenu preporuča uzimanje sistematskog uzorka na osnovi kvadratne mreže čija gustoća čvorova (grid) ovisi o željenom intenzitetu izmjereZa izmjeru na terenu koristi se tzv nultom točkom uzorka koja predstavlja čvor položene zamišljene mreže a samu izmjeru vrši na kolotragu koji mu je najbliži Pri tome od nulte točke kolotraga u uzdužnom smjeru vlake sa svake strane na duljini od 15 m mjeri dubinu deformacije tla Samu dubinu kolotraga raščlanjuje u dva razreda prihvatljivu (lt 10 cm) i neprihvatljivu (gt 10 cm) Zadano ograničenje dubine kolotraga (10 cm) zasniva se na procjeni kakvoće izvođenja radova ali i preporukama istraživača (Owende i dr 2002)

Za operativnu procjenu kakvoće izvođenja privlačenja drva Saarilahti (2002I) preporučuje prihvatljivu prosječnu dubinu kolotraga kao onu koja ne prelazi dubinu od 10 cm na više od 10 ukupne duljine cjelokupnoga gaženja tla sječne jedinice

Meek (1996) te Nugent i dr (2001) mjere značajke kolotraga (dubina širina gaženja) prema metodici prikazanoj na slici 65 Košir (2002) navodi da širina gaženja tla pri privlačenju drva ovisi o širini primjenjenoga vozila Usljed višekratnog prolaska vozila isti autor utvrđuje povećanje širine gaženja tla za 05 m sa svake strane vozila

Tijekom istraživanja širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga mjerili su se pomoću geodetske letve duljine 5 m položene na usidrene oslonce nakon svakog prolaska skidera (slika 66) Na svakoj vlaci su određena dva mjesta izmjere dubine kolotraga

Slika 65 Postupak izmjere kolotraga

Slika 66 Mjerenje dubine kolotraga na terenu

68

35 Statistička obrada podataka mjerenja

Terenski podaci mjerenja na tlu prenijeti su iz snimačkih listova u računalne datoteke radi lakše dostupnosti pri obradi podataka Obradom snimljenih podataka obuhvaćeni su kontrola i odabir podataka njihovo razvrstavanje kao i izračunavanje traženih parametara

Obrada podataka provedena je po sljedećem redoslijedu

rArr unošenje snimljenih podataka u računalo i stvaranje datoteka podataka za daljnju obradu

rArr određivanje zahtjeva s obzirom na cilj i razinu pojedinih obrada

rArr izbor metoda analize ili funkcija izjednačenja

rArr izračunavanje traženih parametara

rArr testiranje i analiza rezultata

rArr oblikovanje izlaza

Za opis temeljnih značajki skupova promatranih podataka (neovisne varijable) korištene su metode deskriptivne statistike gdje su izračunate različite mjere središnje tendencije rasipanja mjernih podataka a kao najpovoljnije odabrane su medijan i aritmetička sredina sa standardnom devijacijom kao mjerom rasipanja te vrijednosti Za aritmetičku sredinu kao srednju vrijednosti opažanih podataka postavljen je uvjet da preciznost smije biti maksimalno plusmn005 uz 95 vjerovatnosti Međutim Hitrec (1996) navodi teškoće u pridržavanju takvog uvjeta zbog jako velikog potrebnog uzorka kako bi se dobila potrebna preciznost i zadovoljavajuća pouzdanost što dovodi do predugog trajanja vremena pokusa i njegovog poskupljivanja

Pomoću testa razlike (Studentov t ndash test) provedeno je zaključivanje o značajnosti razlika među izračunatim srednjim vrijednostima opažanja (aritmetičkim sredinama) Na osnovi nulhipoteze pretpostavljeno je da su razlike između dviju sredina opažanja rezultat slučajne varijabilnosti vrijednosti u uzorcima te da između odgovarajućih sredina takve razlike nema Razlike između sredina dijeljene su sa standardnom pogreškom a zatim je kvocijent uspoređen s iznosom od 196 standardne pogreške Tamo gdje je kvocijent veći odbacujemo nulhipotezu a ako je manji smatramo da razlika između sredina nije značajna na 5 -tnoj razini signifikatnosti (Pavlić 1985)

Za testiranje značajnosti razlika prosječnih vrijednosti više skupova podataka (više od dva) istog mjernog parametra korištena je jednostruka analiza varijance (ANOVA) koja predstavlja postupak kojim se ukupna varijabilnost rastavlja na varijabilnost između prosječnih vrijednosti grupa opažanja i na varijabilnost unutar grupa opažanja (Serdar i Šošić 1981) Tim postupkom ova metoda odgovara na pitanje je li značajnija varijabilnost između srednjih vrijednosti grupa ili varijabilnost unutar pojedinih grupa podataka (Vasilj 2000)

Metode statističke analize vremenskih nizova korištene su za opis promjena fizičko-mehaničkih i vodno-fizičkih značajki šumskog tla koje su posljedica višekratnog prolaska forvardera Pri tome su korištena dva individualna indeksa kojima se iskazala dinamika sabijanja tla Indeks sa stalnom bazom iskazuje razinu promjene u odnosu na neku odabranu vrijednost (neizgaženo tlo) Lančani (verižni) indeks korišten je za prikaz promjene praćenih parametara tla u odnosu na svaki ponovni prolazak vozila po šumskom tlu

Za istraživanje mogućih stohastičkih ovisnosti između zadovoljavajuće koreliranih varijabli korištena je regresijska analiza Odabir krivulje izjednačenja vršen je na osnovi slijedećih parametara koeficijenta (determinacije) korelacije (R) standardne devijacije zavisne varijable oko linije izjednačenja (sYX) te t-varijable (tStat) i vjerovatnosti greške prve vrste (P-value) regresijskih koeficjenata (Serdar i Šošić 1981 Kachigan 1991) Za utvrđivanje jakosti veze između izjednačenih nezavisnih i zavisnih varijabli korištena je Roumlmer-Orphal-ova skala (Kump i dr 1970)

Slika 67 Roumlmer-Orphal-ova raspodjela

Matematičko ndash statistička obrada podataka obavljena je uz pomoć osobnog računala primjenom programskih paketa Microsoft Excel 97 i Sta Soft Statistica 50

69

Za izjednačavanje ovisnosti parova podataka koji porastom nezavisne varijable pokazuju da podaci zavisne varijable imaju asimptotski trend porasta korišten je eksponencijalni regresijski računalni program REGEXE primarno razvijen za istraživanja krivulja klizanja kotača vozila (Hitrec i Horvat 1987) Navedeni računalni program čvrstoću veza odabranih regresijskih modela prikazuje pomoću tri parametra r ndash koeficijenta korelacije R ndash indeksa korelacije i R gt ndash testiranja indeksa korelacije temeljem broja opažanja

Utvrđivanje razlika u stupnju sabijenosti tla višekratnim prolaskom skidera je izvršeno usporedbom površina ispod krivulja izjednačenja prodirnih značajki Poznavajući oblik i koeficijente jednadžbi izjednačenja metodom određenih integrala izračunate su površina ispod krivulja

55

332 Mjerila i mjerna oprema

Za mjerenje predviđenih značajki kretnosti skidera konstruirana su ili primjenjena mjerila za istovremeno određivanje 16 veličina Te veličine su

1 zakretni moment na prednjem desnom kotaču MPD (Nm)

2 zakretni moment na prednjem lijevom kotaču MPL (Nm)

3 zakretni moment na stražnjem desnom kotaču MSD (Nm)

4 zakretni moment na stražnjem lijevom kotaču MSL (Nm)

5 opterećenje na prednjem desnom kotaču GaPD (kN)

6 opterećenje na prednjem lijevom kotaču GaPL (kN)

7 opterećenje na stražnjem desnom kotaču GaSD (kN)

8 opterećenje na stražnjem lijevom kotaču GaSL (kN)

9 broj okretaja prednjeg desnog kotača nPD

10 broj okretaja prednjeg lijevog kotača nPL

11 broj okretaja stražnjeg desnog kotača nSD

12 broj okretaja stražnjeg lijevog kotača nSL

13 broj okretaja petog kotača n5K

14 horizontalna sastavnica sile u užetu H (kN)

15 vertikalna sastavnica sile u užetu V (kN)

16 vrijeme t (s)

Na osnovu podataka izmjere navedenih veličina može se izvršiti proračun potrebnih tehničkih značajki skidera pri privlačenju drva kao što su adhezijska težina skidera vučna i obodna sila faktori privlačenja bruto i neto vuče te kotrljanja dinamički polumjer kotača sila u užetu i kut nagiba užeta koeficijent raspodjele težine tovara brzina kretanja skidera klizanje kotača obodna i vučna snaga te snaga kotrljanja i korisnost kotača

Vertikalna opterećenja kotača predstavljaju masu odnosno težinu koju nose Mogu se odrediti na nekoliko načina proračunskim putem prilikom konstruiranja vozila vaganjem vozila (statički teret dobiven kao izvaga praznog i punog vozila) te kao stvarno opterećenje u radu - dinamička opterećenja (Sever i dr 1989)

Za mjerenje dinamičkih opterećenja na kotačima mjerne su trake postavljene odmah iza kotača na gornju stranu kućišta vratila koji izlazi iz diferencijala prema kotaču (završnom ili planetarnom reduktoru) Upotrebljene su mjerne trake oznake LY11-6120 što označava linearnu mjernu traku (L) nosive podloge od poliamida i mjerne mrežice od konstantana (Y) namijenjenom za postavljanje na čeličnim konstrukcijama (1) s jednom mjernom mrežicom duljine 6 mm i otpora 120 Ω Mjerne trake su kod svakog kotača postavljene u Wheatestone-ov polu-most pri čemu su dvije mjerne trake postavljene pod kutem od 90deg međusobno i s obzirom na uzdužnu i poprečnu os kućišta vratila (slika 42)

Mjerenje zakretnih momenata izvršeno je pomoću mjernih traka postavljenih na obodu kućišta završnih planetarnih reduktora Upotrebljene su mjerne trake oznake XY21-3120 što označava mjernu traku s nosivom podlogom od poliamida i mjerne mrežice od konstantana (Y) namijenjenom za postavljanje na čeličnim konstrukcijama (1) s dvije mjerne mrežice duljine 3 mm i otpora 120 Ω postavljene međusobno pod kutem od 90deg pri čemu je svaka mjerna mrežica otklonjena za 45deg od uzdužne osi mjerne trake (X) Za mjerenje su bile potrebne dvije mjerne trake koje su se postavile dijametralno suprotno na obodu kućišta završnog

Slika 41 Položaj mjernih traka pri mjerenju momenata

56

reduktora (slika 41) Točno postavljanje mjernih traka se izvršilo na osnovu mjerenja opsega oboda kućišta Mjerne trake su na svakom kotaču postavljene u Wheatestone-ov puni-most

Povezivanje je priključnih vodova mjernih traka izvršeno lemljenjem pomoću vodiča površine presjeka 015 mm2 do spojnog mjesta za svaki Wheatestoneov most Na spojnim mjestima su priključeni 4-žilni 15 pinski oklopljeni kablovi koje vode do pojačala

Zbog okretanja kotača bilo je potrebno postaviti klizni prijenosnik na svakom kotaču Nosači su kliznog prijenosnika učvršćeni na kućište završnog reduktora (slika 43) Klizni prijenosnik se sastoji od rotora kliznog prstena i kućišta Rotor je spojen s nosačem te se okreće zajedno s kotačem Na utičnicu rotora je doveden kabel sa spojnog mjesta Kućiste kliznog prijenosnika je učvršćeno elastičnim užetom na dodatnu konstrukciju koja je postavljenja iznad osovina skidera kako bi se omogućilo nesmetano okretanje kotača Signal se promjene otpora traka s utičnice na rotoru prenosi preko prstena i grafitnih četkica na utičnice na kućištu kliznog prijenosnika odakle kabel dalje vodi do pojačala

Dodatni prsten i grafitna četkica u kliznom prijenosniku su iskorišteni kao davači impulsa za određivanje broja okretaja kotača Ovaj postupak je opisao i primjenio Horvat (1993A) za istovremeno očitanje mjernog signala zakretnog momenta i broja okretaja vratila forvardera Od četiri klizna prijenosnika dva su imala prsten podijeljen na 10 segmenata tj za jedan puni okret kotača su bilježila 10 impulsa dok su ostala dva za jedan okret kotača bilježila jedan impuls Klizni prijenosnici s prstenom od 10 segmenata su postavljeni na prednji desni i stražnji lijevi kotač Raspon napona impulsa okreta kotača se kretao od 5 V do 9 V S druge utičnice na kućištu kliznog prijenosnika pomoću kabela se signal prenosio do pojačala S obzirom da je izlazni napon pojačala manji od raspona napona davača impulsa upotrebljeno je vanjsko napajanje pomoću 2 baterijska uloška napona 45 V

Stvarno prevaljeni put mjeren je pomoću slobodno kotrljajućeg petog kotača a njegova primjena je potrebna za određivanje brzine kretanja skidera i klizanja kotača usporedbom njegovog broja okretaja i broja okretaja pogonskih kotača Primjena petog kotača je dosta česta kod ispitivanja poljoprivrednih traktora a kod istraživanja specijalnih šumskih vozila koriste ga mnogi istraživači i može se smatrati najčešćim mjerilom puta (Hassan 1989) Isti autor (1988) opisuje optičko mjerilo puta razvijeno u NCSU za istraživanja skidera u eksploatacijskim uvjetima Sever (1980) kod istraživanja vučne značajke skidera te Horvat (1993A) kod istraživanja forvardera također koriste peti kotač

Peti kotač je zglobno učvršćen na prednju dasku skidera (slika 44) a duljina prevaljenog puta je određena na osnovu njegovog broja okretaja i izmjerenog opsega Na peti kotač je također bio postavljen klizni prijenosnik preko kojeg se na opisani način prenosio impuls promjene napona pomoću prstena s podjelom od 10 segmenata i grafitne četkice

Slika 42 Mjerno mjesto na kućištu osovine kotača

Slika 43 Prepariranje planetarnog reduktora

Slika 44 Peti kotač

57

Određivanje se horizontalne i vertikalne sastavnice sile u užetu pri privlačenju drva izvršilo pomoću dva vlačno-tlačna dinamometra HBM 50 kN i HBM 20 kN Dinamometri su međusobno spojeni pod kutem od 90deg stupnjeva te postavljeni na nosač zglobno učvršćen na mjestu vertikalnih valjaka vitla (slika 45) Sever (1980) navodi da je postavljanje dinamometara na nosač jedini mogući način da se istovremeno registriraju horizontalna i vertikalna sila u užetu u eksploatacijskim uvjetima Na spoju dinamometara je postavljen držač veznog užeta tovara Na taj način je omogućeno točno određivanje sastavnica sila te kuta nagiba užeta Dinamometri su se nalazili točno u horizontalnoj i vertikalnoj ravnini s obzirom na podlogu pri potpuno podignutoj zadnjoj prihvatno-zaštitno-sidrenoj dasci skidera upravo kakav je njen položaj pri privlačenju drva Nedostatak mjerenja vučnih sila dinamometrima pri privlačenju drva se ogleda u pojavi postranih bočnih sila uzrokovanih njihanjem tovara pri kretanju skidera koje vlačno-tlačni dinamometri ne mogu zabilježiti

Svi mjerni pretvornici (mjerne trake davači impulsa napona dinamometri) su spojeni s mjernim pojačalima HBM Spider 8 S obzirom na 15 mjerenih veličina upotrebljena su dva mjerna pojačala Spider 8 spojena u seriju od kojih svaki ima 8 ulaznih kanala SR55 (15-pinski kanali) Za napajanje pojačala je potreban napon od 12 V Prema mjernim pretvornicima šalju izlazni napon od 25 V te primaju povratni naponski signal s mjernih pretvornika i bilježe promjene napona do 2 mVV

Mjerna pojačala su smještena na postolje učvršćeno iza kabine skidera te zaštićeni od vlage i mehaničkih oštećenja

Daljinski prijenos podataka je omogućen primjenom radio modema ELPRO 805 U (ELPRO Technologies Pty Ltd) Radio modem je bio postavljen na samom skideru i spojen preko COM ulaza s mjernim pojačalom HBM Spider 8 primao analogno pojačane mjerne signale te ih odašiljao preko antene postavljene na krovu kabine skidera Drugi radio modem je primao mjerne signale te ih prenosio na terensko računalo

Računalnim programom Catman 40 (Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH) su bilježeni podaci mjerenja Navedeni računalni program je prvenstveno namijenjen mjerenju mehaničkih veličina električnim putem što se ogleda u nekim osnovnim karakteristikama

bull odabir različitih vrsta mjernih pojačala

bull provjera veze između mjernog pretvornika (mjerne trake dinamometra) i računala

bull unošenje mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull prikaz rezultata mjerenja mehaničkih veličina na osnovu primljenog signala i mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull određivanja tare i postavka mjernog pretvornika u nulto stanje

bull određivanje frekvencije očitanja signala s mjernog pretvornika

bull zapis proteklog vremena od pokretanja mjerenja do završetka prema frekvenciji očitanja

bull mogućnost istovremenog primanja mjernih podataka s 40 mjernih pretvornika (40 kanala)

bull snimanje do 10 000 mjernih rezultata po kanalu

bull grafičko i brojčano praćenje mjernih vrijednosti tijekom snimanja podataka

bull prenošenje snimljenih podataka u druge računalne programe (Microsoft Excell)

bull mogućnost matematičke obrade mjernih rezultata s jednog ili više kanala

bull mogućnost programiranja postupka mjerenja

Slika 45 Nosač s vlačno-tlačnim dinamometrima

58

U računalni program Catman 40 su po kanalima označeni mjerni pretvornici i unošene mjerne konstante dobivene umjeravanjem mjernih pretvornika Frekvencija očitanja ulaznog signala je podešena na 50 Hz po kanalu tj vrši se 50 očitanja mjernog rezultata u sekundi na svakom kanalu S obzirom na 15 korištenih kanala tijekom mjerenja te zapisa proteklog vremena mjerenja postignuto je 800 očitanja mjernih veličina u sekundi Rezulati mjerenja su spremani u datoteku Microsoft Excell gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjernja svake 150 sekunde

Programiranje je radio modema izvršeno programom Cfg_805UD Pomoću programa potrebno je odrediti slijedeće postavke na oba radio modema izbor komunikacijskog moda između uređaja adresiranje radio modema serijsku i radio frekvenciju prijenosa mjernog signala

Pri izbor komunikacijskog moda između uređaja odabran je transparentni mod koji omogućava komunikaciju u oba smjera Komunikacijom od skidera do računala omogućen je prijenos mjernih signala dok komunikacijom od računala prema skideru omogućena je provjera veze do mjernog pretvornika U slučaju oštećenja mjernog pretvornika spojnih kablova ili konektora te nepravilnosti električnog napajanja dijela mjernog lanca na skideru možemo odmah uočiti grešku pomoću računalnog programa Catman 40 Kontrolni mod omogućava jednosmjernu komunikaciju između radio modema i ne zadovoljava potrebe mjerenja

Adrese oba radio modema moraju biti postavljene na istu vrijednost jer samo uređaji s istim adresama mogu direktno međusobno komunicirati

Serijski se prijenos podataka ostvaruje između mjernog pojačala i radio modema te radio modema i računala

Radio frekvencija određuje frekvenciju prijenosa podataka između uređaja Zbog toga postavka radio frekvencije prijenosa podataka na oba uređaja mora biti istovjetna Od tri moguće postavke radio frekvencije (19 200 38 400 76 800 bits) izabrana je radio frekvencija od 38 400 bits

Slika 46 Shema mjernog lanca

Radio modemi su opremljeni spremišnim diskom (bufferom) od 2 KB Prijenos podataka počinje kad se napuni spremišni disk a isto tako veza između modema se prekida ukoliko se tijekom mjerenja spremišni disk potpuno isprazni sve do trenutka njegovog punjenja Zbog navedene značajke radio modema najpovoljnije je odabrati iste vrijednosti serijske i radio frekvencije u cilju kontinuiranog prijenosa podataka Pri tome je bilo potrebno uskladiti izlaznu frekvenciju mjernog

59

signala iz pojačala sa serijskom frekvencijom radio modema Mjerno pojačalo HBM Spider 8 se proizvodi s tvornički podešenom izlaznom frekvencijom mjernog signala od 9600 bits Ali pri tome dolazi do prekida veze između radio modema budući da je veća brzina slanja signala od brzine punjenja spremišnog diska od strane mjernog pojačala Povećanje izlazne frekvencije mjernog pojačala HBM Spider 8 izvršeno je direktnim povezivanjem s računalom unosom Hayes-ovih naredbi putem HyperTerminala

Veliki se dio mjerne opreme nalazi na skideru te je za napajanje električnom energijom mjernih pojačala i radio modema na krov kabine učvršćen prijenosni generator

Postavljanjem mjerne opreme nosača i pomoćnih konstrukcija i uređaja povećala se masa skidera (slika 47) Prije početka mjerenja bilo je potrebno odrediti masu opremljenog skidera i opterećenja na kotačima Rezultat mjerenja opterećenja na kotačima pri privlačenju drva je promjena težine na osnovu opterećenja praznog skidera na ravnoj podlozi Određivanje mase i opterećenja na kotačima praznog skidera je izvršeno s četiri vage švedskog proizvođača TELUB

U svakoj se vagi nalaze po četiri neovisna dinamometra namjenjena mjerenju tlačnih naprezanja Na svakom je dinamometru postavljeno po četiri aktivne mjerne trake što znači da je riječ o mjernim pretvornicima s mjernim trakama u punom mostu Mjerni su pretvornici spojeni tako da pojedinačno i zajednički registriraju svako vanjsko opterećenje Svaka je vaga granično opteretiva sa 90 kN Budući da se opterećenje ne mora simetrično rasporediti na sva četiri dinamometra u krajnosti je moguća i takva situacija u kojoj se svaki od tih tlačnih dinamometara može pojedinačno opteretiti s graničnom nosivošću čitave vage Sva četiri tlačna dinamometra na svakoj vagi pripremljena su kao puni mostovi Mjerni pretvornici kvadratnog presjeka postavljeni su u sva četiri kuta podnožja vaga a vijcima su pričvršćeni kako za podnožje vage tako i za njezin poklopac Shematski prikaz jednog od dinamometra dat je na slici 48

Sve su vage spojene s mjernim pojačalom HBM Spider 8 koji je direktno povezan s prijenosnim računalom te su pomoću računalnog programa Catman 40 naprijed opisanom metodom očitani rezultati mjerenja

Vagama su također izmjerene mase svih drvnih sortimenata koje smo koristili u vučnim pokusima

Otpor kotrljanja i nulto klizanje kotača na podlozi (šumskom tlu) na kojem se vrši ispitiavanje vučne značajke utvrđuje se prije početka testiranja povlačenjem traktora u praznom hodu i s položajem transmisije u neutralnom položaju te s dinamometrom pričvršćenim između traktora i vozila koje ga vuče (Hassan 1989) Pri tome je korišten vlačno-tlačni dinamometar HBM 100 kN direktno povezan preko mjernog pojačala HBM Spider 8 s računalom te sila vuče očitana računalnim programom Catman 40

Primjena opisane mjerne opreme kao i potrebitost mjerenja težine tovara i nagiba terena uvjetovala je ispitivanje u kontroliranim uvjetima Ispitivanje u stvarnim eksploatacijskim uvjetima je neizvedivo zbog pretvorbe dijelova skidera u mjerila Zbog postavljanja nosača dinamometara na valjke vitla onemogućen je rad vitla Vitlo je korišteno samo za pripremu i vezanje tovara a pri privlačenju tovar se držao na nosaču Također mjerna oprema je osjetljiva na vlagu (opasnost kondenzacije vlage u mjernim pojačalima konektorima opasnost od kratkog spoja u prijenosu električne struje vrlo malih napona u mjernom lancu) te se u pravilu ispitivanja ne vrše u uvjetima kišnih ili sniježnih oborina

Slika 47 Skider s postavljenom mjernom opremom

Slika 48 Shematski prikaz jednog od četiriju

dinamometara svake vage

60

333 Umjeravanje mjernih pretvornika

Umjeravanje mjernih pretvornika je postupak određivanja mjernih konstanti za točno očitanje rezultata mjerenja Mjerno pojačalo HBM Spider 8 bilježi promjene napona do 2mvV Na osnovu promjene napona u navedenom rasponu pomoću mjernih konstanti unesenih u računalni program Catman 40 za svaki mjerni pretvornik odredit će se točno očitanje signala

Postupak umjeravanja se sastoji od usporedbe ostvarene poznate veličine na mjernom pretvorniku i rezultat očitanja veličine preko mjernog lanca Promjenom mjerne konstante utječemo na rezultat očitanja sve dok se odnos ostvarene i mjerene vrijednosti ne izjednači

Umjeravanja su mjernih pretvornika na skideru obavljena na poligonu za ispitivanje poljoprivredne mehanizacije Poljoprivrednoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu Umjeravanje mjernih traka za mjerenje zakretnih momenta na kotačima postavljenih na završnim reduktorima skidera izvršeno je djelovanjem poznate sile na kraku od 1 m Poluga za opterećivanje je vijcima pričvršćena na vanjsku stranu naplatka kotača dignutoga u zrak Poluga je libelom postavljena u vodoravan položaj te je točno određen krak od 1 m od središta osovine kotača Na tom mjestu je vršeno vertikalno opterećivanje poluge silom koja se mjerila pomoću dinamometra HBM 50 kN (slika 49)

Podaci umjeravanja obrađeni su statističkim metodama s ciljem da se utvrdi ovisnost između ostvarenih i izmjerenih vrijednosti Za svaki kotač su izračunavane linearne regresije podataka umjeravanja kao i vrijednosti koeficijenata korelacije Linearno izjednačenje podataka umjeravanja pokazuju slike od 50 do 53 Na slikama su unesene određene mjerne konstante Sva umjeravanja imaju visoke koeficijente korelacije što znači da je korelacijska veza vrlo čvrsta

Umjeravanje mjernih traka za mjerenje opterećenja na kotačima obavljeno je na način da su kotači postupno opterećivani s utezima sve veće mase Primjenjeni su utezi s certifikatom umjerene masene vrijednosti dobiveni od strane Državnog zavoda za normizaciju i mjeriteljstvo Istodobno su očitavane vrijednosti pomoću TELUB vaga koje su postavljene ispod kotača skidera Podaci o umjeravanju regresijske jednadžbe izjednačavanja podataka s koeficijentima korelacije te mjerne konstante su prikazane na slikama od 54 do 57

Slika 50 Umjeravanje zakretnog momenta na prednjem

lijevom kotaču Slika 51 Umjeravanje zakretnog momenta na

prednjem desnom kotaču

Slika 49 Umjeravanje zakretnog momenta

61

Slika 52 Umjeravanje zakretnog momenta na stražnjem

lijevom kotaču Slika 53 Umjeravanje zakretnog momenta na

stražnjem desnom kotaču

Slika 54 Umjeravanje opterećenja na prednjem lijevom

kotaču Slika 55 Umjeravanje opterećenja na prednjem

desnom kotaču

Slika 56 Umjeravanje opterećenja na stražnjem lijevom

kotaču Slika 57 Umjeravanje opterećenja na stražnjem

desnom kotaču

62

TELUB vage su umjeravane ranije za potrebe istraživanja u okviru rada Laboratorija za mjerenje mehaničkih veličina šumarskih strojeva Šumarskog fakulteta u Zagrebu Mjerne konstante TELUB vaga su prikazane u tablici 10 Korišteni HBM dinamometri su imali tvorničke podatke o umjeravanju i mjernim konstantama koje su provjerene istim opisanim postupkom

Tablica 8 Mjerne konstante TELUB vaga i HBM dinamometara

Mjerna vrijednost

Promjena napona

Vaga 1 Vaga 2 Vaga 3 Vaga 4 Dinamometar 20 kN

Dinamometar 50 kN

Dinamometar 100 kN

mVV t t t t kN kN kN

0 0 0 0 0 0 0 0

2 13143 13268 13305 13118 20 50 100

334 Obrada podataka

Rezultati mjerenja svakog prolaska skidera šumskom vlakom su pohranjivani u datoteke Microsoft Excell-a gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjerenja svake 150 sekunde Isti postupak je izvršen pri mjerenju sile vuče praznog skidera drugim vozilom opterećenja na kotačima opremljenog skidera na ravnoj podlozi i vaganja drvnih sortimenata

Početak snimanja svakog turnusa je počinjao prije kretanja skidera vlakom kako bi se provjerila veza i uspostavio daljinski prijenos podataka Isto tako snimanje podataka se završavalo u trenutka zaustavljanja skidera na kraju vlake Zbog navedenog načina snimanja mjernih podataka u snimljenim datotekama je potrebno ustanoviti samo niz podataka za svaku veličinu koja se odnosi na kretanje skidera Ovaj postupak je izvršen na osnovu grafičkog prikaza mjernih podataka koji se uočljivo razlikuju od trenutka pokretanja do zaustavljanja skidera na osnovu računalnog zapisa vremena Za svaki turnus je određeno vremensko trajanje kretanja skidera s točnošću 002 sekunde i u tom vremenskom intervalu su određene mjere središnje tendencije rasipanja podataka metodama deskriptivne statistike broj opažanja aritmetička sredina i standardna devijacija

Rezultati mjerenja broja okretaja pogonskih kotača i petog kotača predstavljaju niz promjena napona između vrijednosti 5 V i 9 V te su obrađeni pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i Datoteka navedenog računalnog programa je podešena da unosom niza promjena napona zabilježenog na kotaču i frekvencije očitanja mjernih podataka (50 Hz) broj impulsa po jednom okretu kotača prikaže kao ukupan broj okretaja kotača (n) i frekvenciju vrtnje kotača u vremenskim intervalima (slika 58) Ova analiza je izvršena za sve kotače i turnuse u vučnim pokusima

Slika 58 Prikaz obrade podataka pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i

63

34 Mjerenja na tlu

Istraživanja na tlu obuhvatila su kopanje pedoloških profila uzimanje uzoraka tla u narušenom i nenarušenom (prirodnom) stanju mjerenje prodirne značajke tla mjerenje otpora tla na smicanje te mjerenja dubine kolotraga

Informacije o osnovnim značajkama šumskog tla na mjestu istraživanja prikupljene su otvaranjem pedološkog profila i uzimanjem uzoraka tla u narušenom stanju

Mjerenjem prodirne značajke tla i otpora tla na smicanje te uzimanjem uzoraka tla na neizgaženom tlu i tlu na vlakama ovisno o broju prolazaka skidera utvrdila bi se razina oštećenosti šumskoga tla uslijed privlačenja drva

Uzimanje bi se uzoraka tla u nenarušenom stanju također provelo na neizgaženom tlu u tlu vlake a rezultati vodno-fizičkih svojstva tla dobiveni laboratorijskom analizom uzoraka tla također bi bili upotrebljeni za procjenu utjecaja prolaska skidera na oštećenja tla

Istim metodama oštećenja tla prolaskom skidera su utvrđivali Vranković i Pernar (1993) Meek (1996) i Mathies i dr (2003) Seixas i dr (2003)

341 Vrsta tla i sklop horizonata

Analizom pedoloških profila (pedoloških jama) utvrđuju se vrsta i tip tla te sklop njegovih horizonata

Sklop profila čine horizonti njihov broj izraženost debljina te prijelaz jednog horizonta u drugi Horizont je sloj tla sa značajkama koje su rezultat pedogenetskih čimbenika Osim utvđivanja vrste i tipa tla te dubine rasprostiranja pojedinih horizonata na pedološkom profilu vađeni su i Kopeckijevi valjci radi dobivanja spoznaja o gustoći tla i strukturi poroziteta svakog pojedinog horizonta

Pedološki profil je otvoren (kopan) prema dimenzijama na slici 59 Prilikom određivanja njegovoga položaja smještan je ispod vanjskih dijelova krošanja dubećih stabala te su izbjegavana mjesta gdje su u prošlosti prolazile stare vlake s ciljem dobivanja što reprezentativnijeg podatka

342 Uzorci tla u narušenom stanju

Iz uzoraka tla u narušenom (prirodno poremećenom) stanju laboratorijskim analizama mjere se i izračunavaju vodno-fizička svojstva tla zasnovana na masi uzorka Svrha uzimanja ove vrste uzoraka na terenu je određivanje granulometrijskoga sastava tla

Laboratorijske (direktne) metode određivanje granulometrijskoga sastava tla obuhvaćaju sušenje uzorka odvajanje skeleta usitnjavanje i prosijavanje tla preko sita s rupicama promjera 2 mm kako bi se odvojilo sitno tlo (sitnica) Nakon prve faze rada slijedi priprema sitnice za mehaničku analizu prema jednoj od propisanih metoda čija je svrha odvajanje povezanih čestica pijeska praha i gline te spriječavanje njihove ponovne koagulacije uslijed dijelovanja čestica gline U šumarskoj i poljoprivrednoj pedologiji ova faza rada najčešće se izvodi kuhanjem uzorka tla nakon čega se on prebacuje u valjke za sedimentaciju a zatim se vrši određivanje postotnoga sadržaja pojedinih frakcija pipet metodom (Škorić 1986) Pipet metoda se zasniva na poznatoj brzini padanja pojedinih čestica u suspenziji Na osnovi toga se pipetiranjem s određene dubine u valjku nakon točno određenoga vremena odpipetiraju čestice gline čestice praha i gline a krupni i sitni pijesak dobiju se računskim putem

Slika 59 Položaj i dimenzije pedološkog profila

64

Kemijske analize uzoraka tla provedene su po ovim postupcima

minus reakcija tla izmjerena je elektrometrijski kombiniranom elektrodom u suspenziji tla u vodi odnosno u 001 M CaCl2 u odnosu 125 Za mjerenje je korišten laboratorijski mikroprocesorski pH metar oznake MA 5736 točnosti plusmn 001 pH tvrtke Metrel

minus sadržaj humusa određen je bikromatnom metodom po Tjurinu

minus sadržaj ukupnog dušika određen je spaljivanjem po postupku Kjeldahla i destilacijom po Bremneru

343 Uzorci tla u nenarušenom stanju

Svrha uzimanja uzoraka tla u prirodnom stanju je utvrđivanje vodno-fizičkih svojstava tla zasnovanih na volumenu uzorka

Uzorak tla u nenarušenom stanju uziman je pomoću Kopeckijevog valjka zapremine 100 cm3 (visina 44 cm promjer 55 cm) Sam valjak sastoji se od tijela valjka koje je na jednom kraju zabrušen radi lakšeg utiskivanja u tlo metalne mrežice te dva poklopca Valjci moraju biti označeni s istim oznakama na tijelu valjka i poklopcima Prije izlaska na teren pomičnim je mjerilom provjereno odstupaju li dimenzije valjaka od normiranih vrijednosti Da bi se valjak lakše utisnuo u tlo koristi se metalni nastavak za valjke te drveni ili gumeni bat Nakon utiskivanja valjka u tlo skida se nastavak i lopatom se isijeca tlo oko valjka kako bi se on lakše oslobodio od okolnoga tla

Ovako izvađen valjak najčešće ima višak tla s gornje i donje strane koje je potrebno obrezati oštrim nožem da površina tla bude u visini rubova valjka Nakon stavljanja metalne mrežice i oba poklopca valjak je zamatan u najlon te odlagan u putni hladnjak radi sprečavanja isušivanja uzorka tla tijekom transporta do laboratorija Oznake s tijela valjka i podaci o mjestu vađenja (neizgaženo tlo lijevi ili desni kolotrag broj prolaska skidera broj vlake) upisuju se u terenski manual Prilikom uzimanja uzoraka valjci su utiskivani usporedno s površinom tla na dubini od 15 cm Nakon prolaska skidera vađeno je nekoliko valjaka iz lijevog i desnog kolotraga skidera Pri svakom turnusu je također vađeno nekoliko valjaka na neizgaženom tlu u cilju utvrđivanja dnevnih promjena vodno-fizičkih svojstava tla

S obzirom na veliku neujednačenost tla važno je uzeti veći broj uzoraka a kao minimalna količina repeticija preporuča se vađenje pet valjaka u istim uvjetima (Anon1971) S druge strane u ovom istraživanju je vrlo teško ostvariti dovoljan broj uzoraka jer bi se navedenim brojem uzimanja valjaka kopanjem narušila struktura tla šumskih vlaka što bi utjecalo na pogrešno utvrđivanje odnosa kotača i tla

Analize uzoraka tla provedene su u Pedološkom laboratoriju Zavoda za uzgajanje šuma Šumarskoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu u skladu sa Priručnikom za pedološka istraživanja (Škorić 1982) Iz uzoraka tla u nenarušenom stanju laboratorijskim su analizama utvrđena sljedeća vodno-fizička svojstava

Prirodna gustoća tla ρb = (mS V) gcm3

(69)

Određivanje prirodne gustoće tla vrši se tako da se masa suhoga tla podijeli s volumenom koje tlo ima u prirodnom stanju tj tlo iz Kopeckijevoga valjka stavlja se u sušionik te se suši na 105˚C do konstantne mase Masa osušenoga tla (mS) stavlja se u omjer s volumenom valjka (V)

Gustoća čvrste faze tla ρp gcm3

(70)

Ova gustoća određuje se na način da se masa potpuno suhoga tla podijeli s volumenom koji zaprema neporozna masa čvrstih čestica tla koja se određuje na principu tekućine koju istisnu čvrste čestice tla iz napunjene baždarene posude (piknometra) Poznavanje vrijednosti prirodne gustoće tla i gustoće čvrste faze tla omogućuje izračunavanje poroziteta tla

Porozitet tla Φ = [1 ndash (ρb ρp)] vol (71)

Porozitet tla je suma svih šupljina tla ispunjenih vodom i zrakom a izračunava se pomoću prirodne gustoće tla (ρb) i gustoće čvrste faze tla (ρp) Tla mogu biti vrlo malo porozna (lt30 ) malo porozna (30 - 45 ) porozna (45 - 60 ) i vrlo porozna (gt 60 )

65

Trenutna vlaga tla θV0 = [(mW ndash mS) V)] 100 vol (72)

Trenutna vlaga tla predstavlja razliku u masi prirodno vlažnog tla (mW) i osušenoga tla na 105˚C do konstantne mase (mS) koja je svedena na obujam uzorka ndash valjka (V)

Retencijski kapacitet tla za vodu θVS = [(∆mW + mW ndash mS) V] 100 vol (73)

Predstavlja sposobnost tla da drži vodu molekularnom adhezijom hidratacijskim i kapilarnim silama i površinskom napetošću Određivanje retencijskog kapaciteta se vrši na način da se Kopeckijev valjak postavi u posudu na stalak pokriven filter papirom čiji rubovi poniru u vodu Na taj način uzorak tla u valjku upija vodu preko filtar papira Kada se tlo na površini valjka orosi znači da se zasitilo s vodom do retencijskoga kapaciteta Valjak se skida sa stalka ostavlja desetak minuta na filtar papiru da se suvišna vlaga odstrani te se nakon toga obriše i važe Potom se valjak stavlja u sušionik i suši na 105˚C do konstantne mase Retencijski kapacitet tla za vodu izračunava se iz razlike mase navlaženoga tla do retencijskoga kapaciteta (∆mW + mW) i mase suhoga tla (mS) svedene na volumen valjka (V) S obzirom na rezultat retencijski kapacitet tla za vodu može biti vrlo malen (lt 25 ) malen (25 - 35 ) srednji (35 -45 ) velik (45 - 60 ) i vrlo velik (gt 60 )

Kapacitet tla za zrak Φa = Φ ndash θVS vol (74)

Kapacitet tla za zrak je udjel pora tla koje ispunjava zrak u trenutku zasićenja tla do njegovog retencijskog kapaciteta za vodu a izračunava se iz razlike poroziteta tla i retencijskoga kapaciteta tla za vodu Kapacitet tla za vodu se izražava kao vrlo malen (lt 5 ) malen (5 - 10 ) srednji (10 -15 ) velik (15 - 20 ) i vrlo velik (gt 20 )

344 Prodirna značajka tla

Za mjerenje prodirne značajke tla rabljen je digitalni penetrometar Eijkelkamp čije osnovne sastavnice prikazuje slika 60 penetrologger- mjerni uređaj (1) dinamometar (2) čelični nastavci (3) konus (4) referentna ploča (5) te PC konektor (6) Načelo rada ovog penetrometra zasniva se na dinamometarskoj izmjeri primjenjene sile na rukohvatu uređaja kojim se konus poznatih dimenzija utiskuje u tlo Tijekom utiskivanja konusa u tlo ultrazvučni senzor penetrologgera mjeri dubinu prodiranja na osnovi odbijenih valova od referentne ploče (predstavlja površinu tla) s preciznošću od 1 cm Mjerni raspon dinamometra iznosi od 0 do 1 kN s preciznošću izmjere od 1 N Pri samom mjerenju računalo penetrometra zapisuje u njegovu internu memoriju parove izmjerenih podataka tj vrijednosti sile (tlak) i pomaka (dubina prodiranja) pomoću računalnog programa (data acquisition) u ASCII kodu Set penetrometra opremljen je s deset mjernih konusa različitih površina i vršnog kuta (30deg i 60deg) čime je omogućen širok raspon primjene ovog uređaja

Pomoću računalne aplikacije Eijkelkamp PenetroViewer (slika 62) ostvaruje se veza između digitalnog penetrometra i osobnog računala (COM port) kojom je omogućeno programiranje plana istraživanja (odabir veličine i vršnog kuta konusa brzine prodiranja konusa u tlo kao i broj repeticija mjerenja) odnosno vrši prijenos izmjerenih podataka Navedena aplikacija omugućuje i grafički pregled izmjerenih podataka te njihov prijenos iz ASCII koda u format koji koriste standardni tablični kalkulatori (txt csv xls) i statistički paketi Tijekom terenskih istraživanja korišten je konus s površinom presjeka 2 cm2 i vršnim kutem 30deg koji se utiskivao u tlo brzinom 1 cmsec U turnusu je izvođeno po 10 utiskivanja konusa u lijevom desnom kolotragu i na neizgaženom tlu (slika 61)

Slika 60 Eijkelkamp penetrometar

66

Slika 61 Mjerenje penetrometrom Eijkelkamp Slika 62 Aplikacija PenetroViewer ver 424

Uslijed nehomogenosti strukture tla Ronai (1983) i Horvat(1993A 1994A) primjećuju veliko rasipanje podataka između repeticija izmjere prodirnih značajki

Horvat (1994B 1995 1996A 1996B) navodi da se istraživanje ovisnosti otpora tla prodiranju konusa o dubini prodiranja regresijskom analizom može raditi sa srednjim vrijednostima otpora za pojedinu dubinu prodiranja iz ponovljenih mjerenja jednako dobro kao i sa svim podacima Isti autor u citiranim radovima za izjednačavanje podataka koristi eksponencijalni korelacijski oblik p = A sdot (BZ ndash 1) + C za koji navodi da karakteristična točka u kojoj se sijeku vodoravna asimptota i tangenta krivulje iz vrijednosti C može poslužiti za brojčano određenje i ocjenu prodirne značajke tla (slika 63)

345 Posmična čvrstoća tla

Krilna sonda je uređaj koji se sastoji od mjernog krila pričvršćenog na šipku na kojoj se nalazi moment metar naprava kojom se mjeri moment potreban da se okrene krilo u trenutku savladavanja čvrstoće na smicanje uzduž plašta valjka opisanog oko krila (Nonveiller 1979)

Mjerna krila predstavljaju dvije metalne ploče visine (H) i širine (B) međusobno poprečno pričvršćene na metalnu šipku (slika 64)

Krila sonde utiskuju se u tlo do željene dubine mjerenja Okretanjem krila tlo se lomi po plaštu valjka kojemu je promjer jednak širini krila Iz jednakosti momenta torzije (MT) i momenta otpora tla na smicanje na plaštu i bazi valjka kojeg stvaraju krila pri okretanju dobiva se čvrstoća smicanja tla

rArrsdotsdotsdotsdotsdot+sdotsdotsdotsdot= 23

2

22

2

2

TBBB

HBM πτπτ (75)

+sdotsdotπ

sdot=τ

3

2

2

T

BHB

M (76)

Otpor tla na smicanje (posmična čvrstoća) mjeren je krilnom sondom (Eijkelkamp ndash Field inspection Vane tester) Dimenzije krila sonde su 16 mm x 32 mm a mjerno područje ovog instrumenta je u rasponu od 0 do 260 kPa s točnošću očitanja mjernog rezultata od 4 kPa

Slika 63 Izjednačenje podataka prodirne značajke tla

Slika 64 Krilna sonda

67

Mjerni rezultat ovog instrumenta odnosi se na otpor pri smicanju tla u trenutku njegovog sloma Krilnom sondom su izvršena mjerenja u površinskom sloju tla i na dubini od 15 cm i to po 10 mjerenja u lijevom i desnom kolotragu te na nezgaženom tlu u svakom vučnom pokusu

346 Širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga

Za deformacije tla koje nastaju uslijed kretanja vozila po šumskom bespuću ne postoje standardizirane metode izmjere već se u literaturi opisuju kroz širinu gaženog traga dubinu kolotraga ili površinu presjeka gaženog profila tla

Kolotrag kotača vozila Saarilahti (2002A) definira kao površinsku deformaciju tla (ulegnuće) dublje od 10 cm i dulje od 05 m koje je nastalo uslijed sloma i sabijanja tla kretanjem vozila Pod razinom površine tla podrazumijeva dno sloja šumskog listinca ili mahovine Isti autor za prikupljanje podataka o dubini kolotraga na terenu preporuča uzimanje sistematskog uzorka na osnovi kvadratne mreže čija gustoća čvorova (grid) ovisi o željenom intenzitetu izmjereZa izmjeru na terenu koristi se tzv nultom točkom uzorka koja predstavlja čvor položene zamišljene mreže a samu izmjeru vrši na kolotragu koji mu je najbliži Pri tome od nulte točke kolotraga u uzdužnom smjeru vlake sa svake strane na duljini od 15 m mjeri dubinu deformacije tla Samu dubinu kolotraga raščlanjuje u dva razreda prihvatljivu (lt 10 cm) i neprihvatljivu (gt 10 cm) Zadano ograničenje dubine kolotraga (10 cm) zasniva se na procjeni kakvoće izvođenja radova ali i preporukama istraživača (Owende i dr 2002)

Za operativnu procjenu kakvoće izvođenja privlačenja drva Saarilahti (2002I) preporučuje prihvatljivu prosječnu dubinu kolotraga kao onu koja ne prelazi dubinu od 10 cm na više od 10 ukupne duljine cjelokupnoga gaženja tla sječne jedinice

Meek (1996) te Nugent i dr (2001) mjere značajke kolotraga (dubina širina gaženja) prema metodici prikazanoj na slici 65 Košir (2002) navodi da širina gaženja tla pri privlačenju drva ovisi o širini primjenjenoga vozila Usljed višekratnog prolaska vozila isti autor utvrđuje povećanje širine gaženja tla za 05 m sa svake strane vozila

Tijekom istraživanja širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga mjerili su se pomoću geodetske letve duljine 5 m položene na usidrene oslonce nakon svakog prolaska skidera (slika 66) Na svakoj vlaci su određena dva mjesta izmjere dubine kolotraga

Slika 65 Postupak izmjere kolotraga

Slika 66 Mjerenje dubine kolotraga na terenu

68

35 Statistička obrada podataka mjerenja

Terenski podaci mjerenja na tlu prenijeti su iz snimačkih listova u računalne datoteke radi lakše dostupnosti pri obradi podataka Obradom snimljenih podataka obuhvaćeni su kontrola i odabir podataka njihovo razvrstavanje kao i izračunavanje traženih parametara

Obrada podataka provedena je po sljedećem redoslijedu

rArr unošenje snimljenih podataka u računalo i stvaranje datoteka podataka za daljnju obradu

rArr određivanje zahtjeva s obzirom na cilj i razinu pojedinih obrada

rArr izbor metoda analize ili funkcija izjednačenja

rArr izračunavanje traženih parametara

rArr testiranje i analiza rezultata

rArr oblikovanje izlaza

Za opis temeljnih značajki skupova promatranih podataka (neovisne varijable) korištene su metode deskriptivne statistike gdje su izračunate različite mjere središnje tendencije rasipanja mjernih podataka a kao najpovoljnije odabrane su medijan i aritmetička sredina sa standardnom devijacijom kao mjerom rasipanja te vrijednosti Za aritmetičku sredinu kao srednju vrijednosti opažanih podataka postavljen je uvjet da preciznost smije biti maksimalno plusmn005 uz 95 vjerovatnosti Međutim Hitrec (1996) navodi teškoće u pridržavanju takvog uvjeta zbog jako velikog potrebnog uzorka kako bi se dobila potrebna preciznost i zadovoljavajuća pouzdanost što dovodi do predugog trajanja vremena pokusa i njegovog poskupljivanja

Pomoću testa razlike (Studentov t ndash test) provedeno je zaključivanje o značajnosti razlika među izračunatim srednjim vrijednostima opažanja (aritmetičkim sredinama) Na osnovi nulhipoteze pretpostavljeno je da su razlike između dviju sredina opažanja rezultat slučajne varijabilnosti vrijednosti u uzorcima te da između odgovarajućih sredina takve razlike nema Razlike između sredina dijeljene su sa standardnom pogreškom a zatim je kvocijent uspoređen s iznosom od 196 standardne pogreške Tamo gdje je kvocijent veći odbacujemo nulhipotezu a ako je manji smatramo da razlika između sredina nije značajna na 5 -tnoj razini signifikatnosti (Pavlić 1985)

Za testiranje značajnosti razlika prosječnih vrijednosti više skupova podataka (više od dva) istog mjernog parametra korištena je jednostruka analiza varijance (ANOVA) koja predstavlja postupak kojim se ukupna varijabilnost rastavlja na varijabilnost između prosječnih vrijednosti grupa opažanja i na varijabilnost unutar grupa opažanja (Serdar i Šošić 1981) Tim postupkom ova metoda odgovara na pitanje je li značajnija varijabilnost između srednjih vrijednosti grupa ili varijabilnost unutar pojedinih grupa podataka (Vasilj 2000)

Metode statističke analize vremenskih nizova korištene su za opis promjena fizičko-mehaničkih i vodno-fizičkih značajki šumskog tla koje su posljedica višekratnog prolaska forvardera Pri tome su korištena dva individualna indeksa kojima se iskazala dinamika sabijanja tla Indeks sa stalnom bazom iskazuje razinu promjene u odnosu na neku odabranu vrijednost (neizgaženo tlo) Lančani (verižni) indeks korišten je za prikaz promjene praćenih parametara tla u odnosu na svaki ponovni prolazak vozila po šumskom tlu

Za istraživanje mogućih stohastičkih ovisnosti između zadovoljavajuće koreliranih varijabli korištena je regresijska analiza Odabir krivulje izjednačenja vršen je na osnovi slijedećih parametara koeficijenta (determinacije) korelacije (R) standardne devijacije zavisne varijable oko linije izjednačenja (sYX) te t-varijable (tStat) i vjerovatnosti greške prve vrste (P-value) regresijskih koeficjenata (Serdar i Šošić 1981 Kachigan 1991) Za utvrđivanje jakosti veze između izjednačenih nezavisnih i zavisnih varijabli korištena je Roumlmer-Orphal-ova skala (Kump i dr 1970)

Slika 67 Roumlmer-Orphal-ova raspodjela

Matematičko ndash statistička obrada podataka obavljena je uz pomoć osobnog računala primjenom programskih paketa Microsoft Excel 97 i Sta Soft Statistica 50

69

Za izjednačavanje ovisnosti parova podataka koji porastom nezavisne varijable pokazuju da podaci zavisne varijable imaju asimptotski trend porasta korišten je eksponencijalni regresijski računalni program REGEXE primarno razvijen za istraživanja krivulja klizanja kotača vozila (Hitrec i Horvat 1987) Navedeni računalni program čvrstoću veza odabranih regresijskih modela prikazuje pomoću tri parametra r ndash koeficijenta korelacije R ndash indeksa korelacije i R gt ndash testiranja indeksa korelacije temeljem broja opažanja

Utvrđivanje razlika u stupnju sabijenosti tla višekratnim prolaskom skidera je izvršeno usporedbom površina ispod krivulja izjednačenja prodirnih značajki Poznavajući oblik i koeficijente jednadžbi izjednačenja metodom određenih integrala izračunate su površina ispod krivulja

56

reduktora (slika 41) Točno postavljanje mjernih traka se izvršilo na osnovu mjerenja opsega oboda kućišta Mjerne trake su na svakom kotaču postavljene u Wheatestone-ov puni-most

Povezivanje je priključnih vodova mjernih traka izvršeno lemljenjem pomoću vodiča površine presjeka 015 mm2 do spojnog mjesta za svaki Wheatestoneov most Na spojnim mjestima su priključeni 4-žilni 15 pinski oklopljeni kablovi koje vode do pojačala

Zbog okretanja kotača bilo je potrebno postaviti klizni prijenosnik na svakom kotaču Nosači su kliznog prijenosnika učvršćeni na kućište završnog reduktora (slika 43) Klizni prijenosnik se sastoji od rotora kliznog prstena i kućišta Rotor je spojen s nosačem te se okreće zajedno s kotačem Na utičnicu rotora je doveden kabel sa spojnog mjesta Kućiste kliznog prijenosnika je učvršćeno elastičnim užetom na dodatnu konstrukciju koja je postavljenja iznad osovina skidera kako bi se omogućilo nesmetano okretanje kotača Signal se promjene otpora traka s utičnice na rotoru prenosi preko prstena i grafitnih četkica na utičnice na kućištu kliznog prijenosnika odakle kabel dalje vodi do pojačala

Dodatni prsten i grafitna četkica u kliznom prijenosniku su iskorišteni kao davači impulsa za određivanje broja okretaja kotača Ovaj postupak je opisao i primjenio Horvat (1993A) za istovremeno očitanje mjernog signala zakretnog momenta i broja okretaja vratila forvardera Od četiri klizna prijenosnika dva su imala prsten podijeljen na 10 segmenata tj za jedan puni okret kotača su bilježila 10 impulsa dok su ostala dva za jedan okret kotača bilježila jedan impuls Klizni prijenosnici s prstenom od 10 segmenata su postavljeni na prednji desni i stražnji lijevi kotač Raspon napona impulsa okreta kotača se kretao od 5 V do 9 V S druge utičnice na kućištu kliznog prijenosnika pomoću kabela se signal prenosio do pojačala S obzirom da je izlazni napon pojačala manji od raspona napona davača impulsa upotrebljeno je vanjsko napajanje pomoću 2 baterijska uloška napona 45 V

Stvarno prevaljeni put mjeren je pomoću slobodno kotrljajućeg petog kotača a njegova primjena je potrebna za određivanje brzine kretanja skidera i klizanja kotača usporedbom njegovog broja okretaja i broja okretaja pogonskih kotača Primjena petog kotača je dosta česta kod ispitivanja poljoprivrednih traktora a kod istraživanja specijalnih šumskih vozila koriste ga mnogi istraživači i može se smatrati najčešćim mjerilom puta (Hassan 1989) Isti autor (1988) opisuje optičko mjerilo puta razvijeno u NCSU za istraživanja skidera u eksploatacijskim uvjetima Sever (1980) kod istraživanja vučne značajke skidera te Horvat (1993A) kod istraživanja forvardera također koriste peti kotač

Peti kotač je zglobno učvršćen na prednju dasku skidera (slika 44) a duljina prevaljenog puta je određena na osnovu njegovog broja okretaja i izmjerenog opsega Na peti kotač je također bio postavljen klizni prijenosnik preko kojeg se na opisani način prenosio impuls promjene napona pomoću prstena s podjelom od 10 segmenata i grafitne četkice

Slika 42 Mjerno mjesto na kućištu osovine kotača

Slika 43 Prepariranje planetarnog reduktora

Slika 44 Peti kotač

57

Određivanje se horizontalne i vertikalne sastavnice sile u užetu pri privlačenju drva izvršilo pomoću dva vlačno-tlačna dinamometra HBM 50 kN i HBM 20 kN Dinamometri su međusobno spojeni pod kutem od 90deg stupnjeva te postavljeni na nosač zglobno učvršćen na mjestu vertikalnih valjaka vitla (slika 45) Sever (1980) navodi da je postavljanje dinamometara na nosač jedini mogući način da se istovremeno registriraju horizontalna i vertikalna sila u užetu u eksploatacijskim uvjetima Na spoju dinamometara je postavljen držač veznog užeta tovara Na taj način je omogućeno točno određivanje sastavnica sila te kuta nagiba užeta Dinamometri su se nalazili točno u horizontalnoj i vertikalnoj ravnini s obzirom na podlogu pri potpuno podignutoj zadnjoj prihvatno-zaštitno-sidrenoj dasci skidera upravo kakav je njen položaj pri privlačenju drva Nedostatak mjerenja vučnih sila dinamometrima pri privlačenju drva se ogleda u pojavi postranih bočnih sila uzrokovanih njihanjem tovara pri kretanju skidera koje vlačno-tlačni dinamometri ne mogu zabilježiti

Svi mjerni pretvornici (mjerne trake davači impulsa napona dinamometri) su spojeni s mjernim pojačalima HBM Spider 8 S obzirom na 15 mjerenih veličina upotrebljena su dva mjerna pojačala Spider 8 spojena u seriju od kojih svaki ima 8 ulaznih kanala SR55 (15-pinski kanali) Za napajanje pojačala je potreban napon od 12 V Prema mjernim pretvornicima šalju izlazni napon od 25 V te primaju povratni naponski signal s mjernih pretvornika i bilježe promjene napona do 2 mVV

Mjerna pojačala su smještena na postolje učvršćeno iza kabine skidera te zaštićeni od vlage i mehaničkih oštećenja

Daljinski prijenos podataka je omogućen primjenom radio modema ELPRO 805 U (ELPRO Technologies Pty Ltd) Radio modem je bio postavljen na samom skideru i spojen preko COM ulaza s mjernim pojačalom HBM Spider 8 primao analogno pojačane mjerne signale te ih odašiljao preko antene postavljene na krovu kabine skidera Drugi radio modem je primao mjerne signale te ih prenosio na terensko računalo

Računalnim programom Catman 40 (Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH) su bilježeni podaci mjerenja Navedeni računalni program je prvenstveno namijenjen mjerenju mehaničkih veličina električnim putem što se ogleda u nekim osnovnim karakteristikama

bull odabir različitih vrsta mjernih pojačala

bull provjera veze između mjernog pretvornika (mjerne trake dinamometra) i računala

bull unošenje mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull prikaz rezultata mjerenja mehaničkih veličina na osnovu primljenog signala i mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull određivanja tare i postavka mjernog pretvornika u nulto stanje

bull određivanje frekvencije očitanja signala s mjernog pretvornika

bull zapis proteklog vremena od pokretanja mjerenja do završetka prema frekvenciji očitanja

bull mogućnost istovremenog primanja mjernih podataka s 40 mjernih pretvornika (40 kanala)

bull snimanje do 10 000 mjernih rezultata po kanalu

bull grafičko i brojčano praćenje mjernih vrijednosti tijekom snimanja podataka

bull prenošenje snimljenih podataka u druge računalne programe (Microsoft Excell)

bull mogućnost matematičke obrade mjernih rezultata s jednog ili više kanala

bull mogućnost programiranja postupka mjerenja

Slika 45 Nosač s vlačno-tlačnim dinamometrima

58

U računalni program Catman 40 su po kanalima označeni mjerni pretvornici i unošene mjerne konstante dobivene umjeravanjem mjernih pretvornika Frekvencija očitanja ulaznog signala je podešena na 50 Hz po kanalu tj vrši se 50 očitanja mjernog rezultata u sekundi na svakom kanalu S obzirom na 15 korištenih kanala tijekom mjerenja te zapisa proteklog vremena mjerenja postignuto je 800 očitanja mjernih veličina u sekundi Rezulati mjerenja su spremani u datoteku Microsoft Excell gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjernja svake 150 sekunde

Programiranje je radio modema izvršeno programom Cfg_805UD Pomoću programa potrebno je odrediti slijedeće postavke na oba radio modema izbor komunikacijskog moda između uređaja adresiranje radio modema serijsku i radio frekvenciju prijenosa mjernog signala

Pri izbor komunikacijskog moda između uređaja odabran je transparentni mod koji omogućava komunikaciju u oba smjera Komunikacijom od skidera do računala omogućen je prijenos mjernih signala dok komunikacijom od računala prema skideru omogućena je provjera veze do mjernog pretvornika U slučaju oštećenja mjernog pretvornika spojnih kablova ili konektora te nepravilnosti električnog napajanja dijela mjernog lanca na skideru možemo odmah uočiti grešku pomoću računalnog programa Catman 40 Kontrolni mod omogućava jednosmjernu komunikaciju između radio modema i ne zadovoljava potrebe mjerenja

Adrese oba radio modema moraju biti postavljene na istu vrijednost jer samo uređaji s istim adresama mogu direktno međusobno komunicirati

Serijski se prijenos podataka ostvaruje između mjernog pojačala i radio modema te radio modema i računala

Radio frekvencija određuje frekvenciju prijenosa podataka između uređaja Zbog toga postavka radio frekvencije prijenosa podataka na oba uređaja mora biti istovjetna Od tri moguće postavke radio frekvencije (19 200 38 400 76 800 bits) izabrana je radio frekvencija od 38 400 bits

Slika 46 Shema mjernog lanca

Radio modemi su opremljeni spremišnim diskom (bufferom) od 2 KB Prijenos podataka počinje kad se napuni spremišni disk a isto tako veza između modema se prekida ukoliko se tijekom mjerenja spremišni disk potpuno isprazni sve do trenutka njegovog punjenja Zbog navedene značajke radio modema najpovoljnije je odabrati iste vrijednosti serijske i radio frekvencije u cilju kontinuiranog prijenosa podataka Pri tome je bilo potrebno uskladiti izlaznu frekvenciju mjernog

59

signala iz pojačala sa serijskom frekvencijom radio modema Mjerno pojačalo HBM Spider 8 se proizvodi s tvornički podešenom izlaznom frekvencijom mjernog signala od 9600 bits Ali pri tome dolazi do prekida veze između radio modema budući da je veća brzina slanja signala od brzine punjenja spremišnog diska od strane mjernog pojačala Povećanje izlazne frekvencije mjernog pojačala HBM Spider 8 izvršeno je direktnim povezivanjem s računalom unosom Hayes-ovih naredbi putem HyperTerminala

Veliki se dio mjerne opreme nalazi na skideru te je za napajanje električnom energijom mjernih pojačala i radio modema na krov kabine učvršćen prijenosni generator

Postavljanjem mjerne opreme nosača i pomoćnih konstrukcija i uređaja povećala se masa skidera (slika 47) Prije početka mjerenja bilo je potrebno odrediti masu opremljenog skidera i opterećenja na kotačima Rezultat mjerenja opterećenja na kotačima pri privlačenju drva je promjena težine na osnovu opterećenja praznog skidera na ravnoj podlozi Određivanje mase i opterećenja na kotačima praznog skidera je izvršeno s četiri vage švedskog proizvođača TELUB

U svakoj se vagi nalaze po četiri neovisna dinamometra namjenjena mjerenju tlačnih naprezanja Na svakom je dinamometru postavljeno po četiri aktivne mjerne trake što znači da je riječ o mjernim pretvornicima s mjernim trakama u punom mostu Mjerni su pretvornici spojeni tako da pojedinačno i zajednički registriraju svako vanjsko opterećenje Svaka je vaga granično opteretiva sa 90 kN Budući da se opterećenje ne mora simetrično rasporediti na sva četiri dinamometra u krajnosti je moguća i takva situacija u kojoj se svaki od tih tlačnih dinamometara može pojedinačno opteretiti s graničnom nosivošću čitave vage Sva četiri tlačna dinamometra na svakoj vagi pripremljena su kao puni mostovi Mjerni pretvornici kvadratnog presjeka postavljeni su u sva četiri kuta podnožja vaga a vijcima su pričvršćeni kako za podnožje vage tako i za njezin poklopac Shematski prikaz jednog od dinamometra dat je na slici 48

Sve su vage spojene s mjernim pojačalom HBM Spider 8 koji je direktno povezan s prijenosnim računalom te su pomoću računalnog programa Catman 40 naprijed opisanom metodom očitani rezultati mjerenja

Vagama su također izmjerene mase svih drvnih sortimenata koje smo koristili u vučnim pokusima

Otpor kotrljanja i nulto klizanje kotača na podlozi (šumskom tlu) na kojem se vrši ispitiavanje vučne značajke utvrđuje se prije početka testiranja povlačenjem traktora u praznom hodu i s položajem transmisije u neutralnom položaju te s dinamometrom pričvršćenim između traktora i vozila koje ga vuče (Hassan 1989) Pri tome je korišten vlačno-tlačni dinamometar HBM 100 kN direktno povezan preko mjernog pojačala HBM Spider 8 s računalom te sila vuče očitana računalnim programom Catman 40

Primjena opisane mjerne opreme kao i potrebitost mjerenja težine tovara i nagiba terena uvjetovala je ispitivanje u kontroliranim uvjetima Ispitivanje u stvarnim eksploatacijskim uvjetima je neizvedivo zbog pretvorbe dijelova skidera u mjerila Zbog postavljanja nosača dinamometara na valjke vitla onemogućen je rad vitla Vitlo je korišteno samo za pripremu i vezanje tovara a pri privlačenju tovar se držao na nosaču Također mjerna oprema je osjetljiva na vlagu (opasnost kondenzacije vlage u mjernim pojačalima konektorima opasnost od kratkog spoja u prijenosu električne struje vrlo malih napona u mjernom lancu) te se u pravilu ispitivanja ne vrše u uvjetima kišnih ili sniježnih oborina

Slika 47 Skider s postavljenom mjernom opremom

Slika 48 Shematski prikaz jednog od četiriju

dinamometara svake vage

60

333 Umjeravanje mjernih pretvornika

Umjeravanje mjernih pretvornika je postupak određivanja mjernih konstanti za točno očitanje rezultata mjerenja Mjerno pojačalo HBM Spider 8 bilježi promjene napona do 2mvV Na osnovu promjene napona u navedenom rasponu pomoću mjernih konstanti unesenih u računalni program Catman 40 za svaki mjerni pretvornik odredit će se točno očitanje signala

Postupak umjeravanja se sastoji od usporedbe ostvarene poznate veličine na mjernom pretvorniku i rezultat očitanja veličine preko mjernog lanca Promjenom mjerne konstante utječemo na rezultat očitanja sve dok se odnos ostvarene i mjerene vrijednosti ne izjednači

Umjeravanja su mjernih pretvornika na skideru obavljena na poligonu za ispitivanje poljoprivredne mehanizacije Poljoprivrednoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu Umjeravanje mjernih traka za mjerenje zakretnih momenta na kotačima postavljenih na završnim reduktorima skidera izvršeno je djelovanjem poznate sile na kraku od 1 m Poluga za opterećivanje je vijcima pričvršćena na vanjsku stranu naplatka kotača dignutoga u zrak Poluga je libelom postavljena u vodoravan položaj te je točno određen krak od 1 m od središta osovine kotača Na tom mjestu je vršeno vertikalno opterećivanje poluge silom koja se mjerila pomoću dinamometra HBM 50 kN (slika 49)

Podaci umjeravanja obrađeni su statističkim metodama s ciljem da se utvrdi ovisnost između ostvarenih i izmjerenih vrijednosti Za svaki kotač su izračunavane linearne regresije podataka umjeravanja kao i vrijednosti koeficijenata korelacije Linearno izjednačenje podataka umjeravanja pokazuju slike od 50 do 53 Na slikama su unesene određene mjerne konstante Sva umjeravanja imaju visoke koeficijente korelacije što znači da je korelacijska veza vrlo čvrsta

Umjeravanje mjernih traka za mjerenje opterećenja na kotačima obavljeno je na način da su kotači postupno opterećivani s utezima sve veće mase Primjenjeni su utezi s certifikatom umjerene masene vrijednosti dobiveni od strane Državnog zavoda za normizaciju i mjeriteljstvo Istodobno su očitavane vrijednosti pomoću TELUB vaga koje su postavljene ispod kotača skidera Podaci o umjeravanju regresijske jednadžbe izjednačavanja podataka s koeficijentima korelacije te mjerne konstante su prikazane na slikama od 54 do 57

Slika 50 Umjeravanje zakretnog momenta na prednjem

lijevom kotaču Slika 51 Umjeravanje zakretnog momenta na

prednjem desnom kotaču

Slika 49 Umjeravanje zakretnog momenta

61

Slika 52 Umjeravanje zakretnog momenta na stražnjem

lijevom kotaču Slika 53 Umjeravanje zakretnog momenta na

stražnjem desnom kotaču

Slika 54 Umjeravanje opterećenja na prednjem lijevom

kotaču Slika 55 Umjeravanje opterećenja na prednjem

desnom kotaču

Slika 56 Umjeravanje opterećenja na stražnjem lijevom

kotaču Slika 57 Umjeravanje opterećenja na stražnjem

desnom kotaču

62

TELUB vage su umjeravane ranije za potrebe istraživanja u okviru rada Laboratorija za mjerenje mehaničkih veličina šumarskih strojeva Šumarskog fakulteta u Zagrebu Mjerne konstante TELUB vaga su prikazane u tablici 10 Korišteni HBM dinamometri su imali tvorničke podatke o umjeravanju i mjernim konstantama koje su provjerene istim opisanim postupkom

Tablica 8 Mjerne konstante TELUB vaga i HBM dinamometara

Mjerna vrijednost

Promjena napona

Vaga 1 Vaga 2 Vaga 3 Vaga 4 Dinamometar 20 kN

Dinamometar 50 kN

Dinamometar 100 kN

mVV t t t t kN kN kN

0 0 0 0 0 0 0 0

2 13143 13268 13305 13118 20 50 100

334 Obrada podataka

Rezultati mjerenja svakog prolaska skidera šumskom vlakom su pohranjivani u datoteke Microsoft Excell-a gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjerenja svake 150 sekunde Isti postupak je izvršen pri mjerenju sile vuče praznog skidera drugim vozilom opterećenja na kotačima opremljenog skidera na ravnoj podlozi i vaganja drvnih sortimenata

Početak snimanja svakog turnusa je počinjao prije kretanja skidera vlakom kako bi se provjerila veza i uspostavio daljinski prijenos podataka Isto tako snimanje podataka se završavalo u trenutka zaustavljanja skidera na kraju vlake Zbog navedenog načina snimanja mjernih podataka u snimljenim datotekama je potrebno ustanoviti samo niz podataka za svaku veličinu koja se odnosi na kretanje skidera Ovaj postupak je izvršen na osnovu grafičkog prikaza mjernih podataka koji se uočljivo razlikuju od trenutka pokretanja do zaustavljanja skidera na osnovu računalnog zapisa vremena Za svaki turnus je određeno vremensko trajanje kretanja skidera s točnošću 002 sekunde i u tom vremenskom intervalu su određene mjere središnje tendencije rasipanja podataka metodama deskriptivne statistike broj opažanja aritmetička sredina i standardna devijacija

Rezultati mjerenja broja okretaja pogonskih kotača i petog kotača predstavljaju niz promjena napona između vrijednosti 5 V i 9 V te su obrađeni pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i Datoteka navedenog računalnog programa je podešena da unosom niza promjena napona zabilježenog na kotaču i frekvencije očitanja mjernih podataka (50 Hz) broj impulsa po jednom okretu kotača prikaže kao ukupan broj okretaja kotača (n) i frekvenciju vrtnje kotača u vremenskim intervalima (slika 58) Ova analiza je izvršena za sve kotače i turnuse u vučnim pokusima

Slika 58 Prikaz obrade podataka pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i

63

34 Mjerenja na tlu

Istraživanja na tlu obuhvatila su kopanje pedoloških profila uzimanje uzoraka tla u narušenom i nenarušenom (prirodnom) stanju mjerenje prodirne značajke tla mjerenje otpora tla na smicanje te mjerenja dubine kolotraga

Informacije o osnovnim značajkama šumskog tla na mjestu istraživanja prikupljene su otvaranjem pedološkog profila i uzimanjem uzoraka tla u narušenom stanju

Mjerenjem prodirne značajke tla i otpora tla na smicanje te uzimanjem uzoraka tla na neizgaženom tlu i tlu na vlakama ovisno o broju prolazaka skidera utvrdila bi se razina oštećenosti šumskoga tla uslijed privlačenja drva

Uzimanje bi se uzoraka tla u nenarušenom stanju također provelo na neizgaženom tlu u tlu vlake a rezultati vodno-fizičkih svojstva tla dobiveni laboratorijskom analizom uzoraka tla također bi bili upotrebljeni za procjenu utjecaja prolaska skidera na oštećenja tla

Istim metodama oštećenja tla prolaskom skidera su utvrđivali Vranković i Pernar (1993) Meek (1996) i Mathies i dr (2003) Seixas i dr (2003)

341 Vrsta tla i sklop horizonata

Analizom pedoloških profila (pedoloških jama) utvrđuju se vrsta i tip tla te sklop njegovih horizonata

Sklop profila čine horizonti njihov broj izraženost debljina te prijelaz jednog horizonta u drugi Horizont je sloj tla sa značajkama koje su rezultat pedogenetskih čimbenika Osim utvđivanja vrste i tipa tla te dubine rasprostiranja pojedinih horizonata na pedološkom profilu vađeni su i Kopeckijevi valjci radi dobivanja spoznaja o gustoći tla i strukturi poroziteta svakog pojedinog horizonta

Pedološki profil je otvoren (kopan) prema dimenzijama na slici 59 Prilikom određivanja njegovoga položaja smještan je ispod vanjskih dijelova krošanja dubećih stabala te su izbjegavana mjesta gdje su u prošlosti prolazile stare vlake s ciljem dobivanja što reprezentativnijeg podatka

342 Uzorci tla u narušenom stanju

Iz uzoraka tla u narušenom (prirodno poremećenom) stanju laboratorijskim analizama mjere se i izračunavaju vodno-fizička svojstva tla zasnovana na masi uzorka Svrha uzimanja ove vrste uzoraka na terenu je određivanje granulometrijskoga sastava tla

Laboratorijske (direktne) metode određivanje granulometrijskoga sastava tla obuhvaćaju sušenje uzorka odvajanje skeleta usitnjavanje i prosijavanje tla preko sita s rupicama promjera 2 mm kako bi se odvojilo sitno tlo (sitnica) Nakon prve faze rada slijedi priprema sitnice za mehaničku analizu prema jednoj od propisanih metoda čija je svrha odvajanje povezanih čestica pijeska praha i gline te spriječavanje njihove ponovne koagulacije uslijed dijelovanja čestica gline U šumarskoj i poljoprivrednoj pedologiji ova faza rada najčešće se izvodi kuhanjem uzorka tla nakon čega se on prebacuje u valjke za sedimentaciju a zatim se vrši određivanje postotnoga sadržaja pojedinih frakcija pipet metodom (Škorić 1986) Pipet metoda se zasniva na poznatoj brzini padanja pojedinih čestica u suspenziji Na osnovi toga se pipetiranjem s određene dubine u valjku nakon točno određenoga vremena odpipetiraju čestice gline čestice praha i gline a krupni i sitni pijesak dobiju se računskim putem

Slika 59 Položaj i dimenzije pedološkog profila

64

Kemijske analize uzoraka tla provedene su po ovim postupcima

minus reakcija tla izmjerena je elektrometrijski kombiniranom elektrodom u suspenziji tla u vodi odnosno u 001 M CaCl2 u odnosu 125 Za mjerenje je korišten laboratorijski mikroprocesorski pH metar oznake MA 5736 točnosti plusmn 001 pH tvrtke Metrel

minus sadržaj humusa određen je bikromatnom metodom po Tjurinu

minus sadržaj ukupnog dušika određen je spaljivanjem po postupku Kjeldahla i destilacijom po Bremneru

343 Uzorci tla u nenarušenom stanju

Svrha uzimanja uzoraka tla u prirodnom stanju je utvrđivanje vodno-fizičkih svojstava tla zasnovanih na volumenu uzorka

Uzorak tla u nenarušenom stanju uziman je pomoću Kopeckijevog valjka zapremine 100 cm3 (visina 44 cm promjer 55 cm) Sam valjak sastoji se od tijela valjka koje je na jednom kraju zabrušen radi lakšeg utiskivanja u tlo metalne mrežice te dva poklopca Valjci moraju biti označeni s istim oznakama na tijelu valjka i poklopcima Prije izlaska na teren pomičnim je mjerilom provjereno odstupaju li dimenzije valjaka od normiranih vrijednosti Da bi se valjak lakše utisnuo u tlo koristi se metalni nastavak za valjke te drveni ili gumeni bat Nakon utiskivanja valjka u tlo skida se nastavak i lopatom se isijeca tlo oko valjka kako bi se on lakše oslobodio od okolnoga tla

Ovako izvađen valjak najčešće ima višak tla s gornje i donje strane koje je potrebno obrezati oštrim nožem da površina tla bude u visini rubova valjka Nakon stavljanja metalne mrežice i oba poklopca valjak je zamatan u najlon te odlagan u putni hladnjak radi sprečavanja isušivanja uzorka tla tijekom transporta do laboratorija Oznake s tijela valjka i podaci o mjestu vađenja (neizgaženo tlo lijevi ili desni kolotrag broj prolaska skidera broj vlake) upisuju se u terenski manual Prilikom uzimanja uzoraka valjci su utiskivani usporedno s površinom tla na dubini od 15 cm Nakon prolaska skidera vađeno je nekoliko valjaka iz lijevog i desnog kolotraga skidera Pri svakom turnusu je također vađeno nekoliko valjaka na neizgaženom tlu u cilju utvrđivanja dnevnih promjena vodno-fizičkih svojstava tla

S obzirom na veliku neujednačenost tla važno je uzeti veći broj uzoraka a kao minimalna količina repeticija preporuča se vađenje pet valjaka u istim uvjetima (Anon1971) S druge strane u ovom istraživanju je vrlo teško ostvariti dovoljan broj uzoraka jer bi se navedenim brojem uzimanja valjaka kopanjem narušila struktura tla šumskih vlaka što bi utjecalo na pogrešno utvrđivanje odnosa kotača i tla

Analize uzoraka tla provedene su u Pedološkom laboratoriju Zavoda za uzgajanje šuma Šumarskoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu u skladu sa Priručnikom za pedološka istraživanja (Škorić 1982) Iz uzoraka tla u nenarušenom stanju laboratorijskim su analizama utvrđena sljedeća vodno-fizička svojstava

Prirodna gustoća tla ρb = (mS V) gcm3

(69)

Određivanje prirodne gustoće tla vrši se tako da se masa suhoga tla podijeli s volumenom koje tlo ima u prirodnom stanju tj tlo iz Kopeckijevoga valjka stavlja se u sušionik te se suši na 105˚C do konstantne mase Masa osušenoga tla (mS) stavlja se u omjer s volumenom valjka (V)

Gustoća čvrste faze tla ρp gcm3

(70)

Ova gustoća određuje se na način da se masa potpuno suhoga tla podijeli s volumenom koji zaprema neporozna masa čvrstih čestica tla koja se određuje na principu tekućine koju istisnu čvrste čestice tla iz napunjene baždarene posude (piknometra) Poznavanje vrijednosti prirodne gustoće tla i gustoće čvrste faze tla omogućuje izračunavanje poroziteta tla

Porozitet tla Φ = [1 ndash (ρb ρp)] vol (71)

Porozitet tla je suma svih šupljina tla ispunjenih vodom i zrakom a izračunava se pomoću prirodne gustoće tla (ρb) i gustoće čvrste faze tla (ρp) Tla mogu biti vrlo malo porozna (lt30 ) malo porozna (30 - 45 ) porozna (45 - 60 ) i vrlo porozna (gt 60 )

65

Trenutna vlaga tla θV0 = [(mW ndash mS) V)] 100 vol (72)

Trenutna vlaga tla predstavlja razliku u masi prirodno vlažnog tla (mW) i osušenoga tla na 105˚C do konstantne mase (mS) koja je svedena na obujam uzorka ndash valjka (V)

Retencijski kapacitet tla za vodu θVS = [(∆mW + mW ndash mS) V] 100 vol (73)

Predstavlja sposobnost tla da drži vodu molekularnom adhezijom hidratacijskim i kapilarnim silama i površinskom napetošću Određivanje retencijskog kapaciteta se vrši na način da se Kopeckijev valjak postavi u posudu na stalak pokriven filter papirom čiji rubovi poniru u vodu Na taj način uzorak tla u valjku upija vodu preko filtar papira Kada se tlo na površini valjka orosi znači da se zasitilo s vodom do retencijskoga kapaciteta Valjak se skida sa stalka ostavlja desetak minuta na filtar papiru da se suvišna vlaga odstrani te se nakon toga obriše i važe Potom se valjak stavlja u sušionik i suši na 105˚C do konstantne mase Retencijski kapacitet tla za vodu izračunava se iz razlike mase navlaženoga tla do retencijskoga kapaciteta (∆mW + mW) i mase suhoga tla (mS) svedene na volumen valjka (V) S obzirom na rezultat retencijski kapacitet tla za vodu može biti vrlo malen (lt 25 ) malen (25 - 35 ) srednji (35 -45 ) velik (45 - 60 ) i vrlo velik (gt 60 )

Kapacitet tla za zrak Φa = Φ ndash θVS vol (74)

Kapacitet tla za zrak je udjel pora tla koje ispunjava zrak u trenutku zasićenja tla do njegovog retencijskog kapaciteta za vodu a izračunava se iz razlike poroziteta tla i retencijskoga kapaciteta tla za vodu Kapacitet tla za vodu se izražava kao vrlo malen (lt 5 ) malen (5 - 10 ) srednji (10 -15 ) velik (15 - 20 ) i vrlo velik (gt 20 )

344 Prodirna značajka tla

Za mjerenje prodirne značajke tla rabljen je digitalni penetrometar Eijkelkamp čije osnovne sastavnice prikazuje slika 60 penetrologger- mjerni uređaj (1) dinamometar (2) čelični nastavci (3) konus (4) referentna ploča (5) te PC konektor (6) Načelo rada ovog penetrometra zasniva se na dinamometarskoj izmjeri primjenjene sile na rukohvatu uređaja kojim se konus poznatih dimenzija utiskuje u tlo Tijekom utiskivanja konusa u tlo ultrazvučni senzor penetrologgera mjeri dubinu prodiranja na osnovi odbijenih valova od referentne ploče (predstavlja površinu tla) s preciznošću od 1 cm Mjerni raspon dinamometra iznosi od 0 do 1 kN s preciznošću izmjere od 1 N Pri samom mjerenju računalo penetrometra zapisuje u njegovu internu memoriju parove izmjerenih podataka tj vrijednosti sile (tlak) i pomaka (dubina prodiranja) pomoću računalnog programa (data acquisition) u ASCII kodu Set penetrometra opremljen je s deset mjernih konusa različitih površina i vršnog kuta (30deg i 60deg) čime je omogućen širok raspon primjene ovog uređaja

Pomoću računalne aplikacije Eijkelkamp PenetroViewer (slika 62) ostvaruje se veza između digitalnog penetrometra i osobnog računala (COM port) kojom je omogućeno programiranje plana istraživanja (odabir veličine i vršnog kuta konusa brzine prodiranja konusa u tlo kao i broj repeticija mjerenja) odnosno vrši prijenos izmjerenih podataka Navedena aplikacija omugućuje i grafički pregled izmjerenih podataka te njihov prijenos iz ASCII koda u format koji koriste standardni tablični kalkulatori (txt csv xls) i statistički paketi Tijekom terenskih istraživanja korišten je konus s površinom presjeka 2 cm2 i vršnim kutem 30deg koji se utiskivao u tlo brzinom 1 cmsec U turnusu je izvođeno po 10 utiskivanja konusa u lijevom desnom kolotragu i na neizgaženom tlu (slika 61)

Slika 60 Eijkelkamp penetrometar

66

Slika 61 Mjerenje penetrometrom Eijkelkamp Slika 62 Aplikacija PenetroViewer ver 424

Uslijed nehomogenosti strukture tla Ronai (1983) i Horvat(1993A 1994A) primjećuju veliko rasipanje podataka između repeticija izmjere prodirnih značajki

Horvat (1994B 1995 1996A 1996B) navodi da se istraživanje ovisnosti otpora tla prodiranju konusa o dubini prodiranja regresijskom analizom može raditi sa srednjim vrijednostima otpora za pojedinu dubinu prodiranja iz ponovljenih mjerenja jednako dobro kao i sa svim podacima Isti autor u citiranim radovima za izjednačavanje podataka koristi eksponencijalni korelacijski oblik p = A sdot (BZ ndash 1) + C za koji navodi da karakteristična točka u kojoj se sijeku vodoravna asimptota i tangenta krivulje iz vrijednosti C može poslužiti za brojčano određenje i ocjenu prodirne značajke tla (slika 63)

345 Posmična čvrstoća tla

Krilna sonda je uređaj koji se sastoji od mjernog krila pričvršćenog na šipku na kojoj se nalazi moment metar naprava kojom se mjeri moment potreban da se okrene krilo u trenutku savladavanja čvrstoće na smicanje uzduž plašta valjka opisanog oko krila (Nonveiller 1979)

Mjerna krila predstavljaju dvije metalne ploče visine (H) i širine (B) međusobno poprečno pričvršćene na metalnu šipku (slika 64)

Krila sonde utiskuju se u tlo do željene dubine mjerenja Okretanjem krila tlo se lomi po plaštu valjka kojemu je promjer jednak širini krila Iz jednakosti momenta torzije (MT) i momenta otpora tla na smicanje na plaštu i bazi valjka kojeg stvaraju krila pri okretanju dobiva se čvrstoća smicanja tla

rArrsdotsdotsdotsdotsdot+sdotsdotsdotsdot= 23

2

22

2

2

TBBB

HBM πτπτ (75)

+sdotsdotπ

sdot=τ

3

2

2

T

BHB

M (76)

Otpor tla na smicanje (posmična čvrstoća) mjeren je krilnom sondom (Eijkelkamp ndash Field inspection Vane tester) Dimenzije krila sonde su 16 mm x 32 mm a mjerno područje ovog instrumenta je u rasponu od 0 do 260 kPa s točnošću očitanja mjernog rezultata od 4 kPa

Slika 63 Izjednačenje podataka prodirne značajke tla

Slika 64 Krilna sonda

67

Mjerni rezultat ovog instrumenta odnosi se na otpor pri smicanju tla u trenutku njegovog sloma Krilnom sondom su izvršena mjerenja u površinskom sloju tla i na dubini od 15 cm i to po 10 mjerenja u lijevom i desnom kolotragu te na nezgaženom tlu u svakom vučnom pokusu

346 Širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga

Za deformacije tla koje nastaju uslijed kretanja vozila po šumskom bespuću ne postoje standardizirane metode izmjere već se u literaturi opisuju kroz širinu gaženog traga dubinu kolotraga ili površinu presjeka gaženog profila tla

Kolotrag kotača vozila Saarilahti (2002A) definira kao površinsku deformaciju tla (ulegnuće) dublje od 10 cm i dulje od 05 m koje je nastalo uslijed sloma i sabijanja tla kretanjem vozila Pod razinom površine tla podrazumijeva dno sloja šumskog listinca ili mahovine Isti autor za prikupljanje podataka o dubini kolotraga na terenu preporuča uzimanje sistematskog uzorka na osnovi kvadratne mreže čija gustoća čvorova (grid) ovisi o željenom intenzitetu izmjereZa izmjeru na terenu koristi se tzv nultom točkom uzorka koja predstavlja čvor položene zamišljene mreže a samu izmjeru vrši na kolotragu koji mu je najbliži Pri tome od nulte točke kolotraga u uzdužnom smjeru vlake sa svake strane na duljini od 15 m mjeri dubinu deformacije tla Samu dubinu kolotraga raščlanjuje u dva razreda prihvatljivu (lt 10 cm) i neprihvatljivu (gt 10 cm) Zadano ograničenje dubine kolotraga (10 cm) zasniva se na procjeni kakvoće izvođenja radova ali i preporukama istraživača (Owende i dr 2002)

Za operativnu procjenu kakvoće izvođenja privlačenja drva Saarilahti (2002I) preporučuje prihvatljivu prosječnu dubinu kolotraga kao onu koja ne prelazi dubinu od 10 cm na više od 10 ukupne duljine cjelokupnoga gaženja tla sječne jedinice

Meek (1996) te Nugent i dr (2001) mjere značajke kolotraga (dubina širina gaženja) prema metodici prikazanoj na slici 65 Košir (2002) navodi da širina gaženja tla pri privlačenju drva ovisi o širini primjenjenoga vozila Usljed višekratnog prolaska vozila isti autor utvrđuje povećanje širine gaženja tla za 05 m sa svake strane vozila

Tijekom istraživanja širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga mjerili su se pomoću geodetske letve duljine 5 m položene na usidrene oslonce nakon svakog prolaska skidera (slika 66) Na svakoj vlaci su određena dva mjesta izmjere dubine kolotraga

Slika 65 Postupak izmjere kolotraga

Slika 66 Mjerenje dubine kolotraga na terenu

68

35 Statistička obrada podataka mjerenja

Terenski podaci mjerenja na tlu prenijeti su iz snimačkih listova u računalne datoteke radi lakše dostupnosti pri obradi podataka Obradom snimljenih podataka obuhvaćeni su kontrola i odabir podataka njihovo razvrstavanje kao i izračunavanje traženih parametara

Obrada podataka provedena je po sljedećem redoslijedu

rArr unošenje snimljenih podataka u računalo i stvaranje datoteka podataka za daljnju obradu

rArr određivanje zahtjeva s obzirom na cilj i razinu pojedinih obrada

rArr izbor metoda analize ili funkcija izjednačenja

rArr izračunavanje traženih parametara

rArr testiranje i analiza rezultata

rArr oblikovanje izlaza

Za opis temeljnih značajki skupova promatranih podataka (neovisne varijable) korištene su metode deskriptivne statistike gdje su izračunate različite mjere središnje tendencije rasipanja mjernih podataka a kao najpovoljnije odabrane su medijan i aritmetička sredina sa standardnom devijacijom kao mjerom rasipanja te vrijednosti Za aritmetičku sredinu kao srednju vrijednosti opažanih podataka postavljen je uvjet da preciznost smije biti maksimalno plusmn005 uz 95 vjerovatnosti Međutim Hitrec (1996) navodi teškoće u pridržavanju takvog uvjeta zbog jako velikog potrebnog uzorka kako bi se dobila potrebna preciznost i zadovoljavajuća pouzdanost što dovodi do predugog trajanja vremena pokusa i njegovog poskupljivanja

Pomoću testa razlike (Studentov t ndash test) provedeno je zaključivanje o značajnosti razlika među izračunatim srednjim vrijednostima opažanja (aritmetičkim sredinama) Na osnovi nulhipoteze pretpostavljeno je da su razlike između dviju sredina opažanja rezultat slučajne varijabilnosti vrijednosti u uzorcima te da između odgovarajućih sredina takve razlike nema Razlike između sredina dijeljene su sa standardnom pogreškom a zatim je kvocijent uspoređen s iznosom od 196 standardne pogreške Tamo gdje je kvocijent veći odbacujemo nulhipotezu a ako je manji smatramo da razlika između sredina nije značajna na 5 -tnoj razini signifikatnosti (Pavlić 1985)

Za testiranje značajnosti razlika prosječnih vrijednosti više skupova podataka (više od dva) istog mjernog parametra korištena je jednostruka analiza varijance (ANOVA) koja predstavlja postupak kojim se ukupna varijabilnost rastavlja na varijabilnost između prosječnih vrijednosti grupa opažanja i na varijabilnost unutar grupa opažanja (Serdar i Šošić 1981) Tim postupkom ova metoda odgovara na pitanje je li značajnija varijabilnost između srednjih vrijednosti grupa ili varijabilnost unutar pojedinih grupa podataka (Vasilj 2000)

Metode statističke analize vremenskih nizova korištene su za opis promjena fizičko-mehaničkih i vodno-fizičkih značajki šumskog tla koje su posljedica višekratnog prolaska forvardera Pri tome su korištena dva individualna indeksa kojima se iskazala dinamika sabijanja tla Indeks sa stalnom bazom iskazuje razinu promjene u odnosu na neku odabranu vrijednost (neizgaženo tlo) Lančani (verižni) indeks korišten je za prikaz promjene praćenih parametara tla u odnosu na svaki ponovni prolazak vozila po šumskom tlu

Za istraživanje mogućih stohastičkih ovisnosti između zadovoljavajuće koreliranih varijabli korištena je regresijska analiza Odabir krivulje izjednačenja vršen je na osnovi slijedećih parametara koeficijenta (determinacije) korelacije (R) standardne devijacije zavisne varijable oko linije izjednačenja (sYX) te t-varijable (tStat) i vjerovatnosti greške prve vrste (P-value) regresijskih koeficjenata (Serdar i Šošić 1981 Kachigan 1991) Za utvrđivanje jakosti veze između izjednačenih nezavisnih i zavisnih varijabli korištena je Roumlmer-Orphal-ova skala (Kump i dr 1970)

Slika 67 Roumlmer-Orphal-ova raspodjela

Matematičko ndash statistička obrada podataka obavljena je uz pomoć osobnog računala primjenom programskih paketa Microsoft Excel 97 i Sta Soft Statistica 50

69

Za izjednačavanje ovisnosti parova podataka koji porastom nezavisne varijable pokazuju da podaci zavisne varijable imaju asimptotski trend porasta korišten je eksponencijalni regresijski računalni program REGEXE primarno razvijen za istraživanja krivulja klizanja kotača vozila (Hitrec i Horvat 1987) Navedeni računalni program čvrstoću veza odabranih regresijskih modela prikazuje pomoću tri parametra r ndash koeficijenta korelacije R ndash indeksa korelacije i R gt ndash testiranja indeksa korelacije temeljem broja opažanja

Utvrđivanje razlika u stupnju sabijenosti tla višekratnim prolaskom skidera je izvršeno usporedbom površina ispod krivulja izjednačenja prodirnih značajki Poznavajući oblik i koeficijente jednadžbi izjednačenja metodom određenih integrala izračunate su površina ispod krivulja

57

Određivanje se horizontalne i vertikalne sastavnice sile u užetu pri privlačenju drva izvršilo pomoću dva vlačno-tlačna dinamometra HBM 50 kN i HBM 20 kN Dinamometri su međusobno spojeni pod kutem od 90deg stupnjeva te postavljeni na nosač zglobno učvršćen na mjestu vertikalnih valjaka vitla (slika 45) Sever (1980) navodi da je postavljanje dinamometara na nosač jedini mogući način da se istovremeno registriraju horizontalna i vertikalna sila u užetu u eksploatacijskim uvjetima Na spoju dinamometara je postavljen držač veznog užeta tovara Na taj način je omogućeno točno određivanje sastavnica sila te kuta nagiba užeta Dinamometri su se nalazili točno u horizontalnoj i vertikalnoj ravnini s obzirom na podlogu pri potpuno podignutoj zadnjoj prihvatno-zaštitno-sidrenoj dasci skidera upravo kakav je njen položaj pri privlačenju drva Nedostatak mjerenja vučnih sila dinamometrima pri privlačenju drva se ogleda u pojavi postranih bočnih sila uzrokovanih njihanjem tovara pri kretanju skidera koje vlačno-tlačni dinamometri ne mogu zabilježiti

Svi mjerni pretvornici (mjerne trake davači impulsa napona dinamometri) su spojeni s mjernim pojačalima HBM Spider 8 S obzirom na 15 mjerenih veličina upotrebljena su dva mjerna pojačala Spider 8 spojena u seriju od kojih svaki ima 8 ulaznih kanala SR55 (15-pinski kanali) Za napajanje pojačala je potreban napon od 12 V Prema mjernim pretvornicima šalju izlazni napon od 25 V te primaju povratni naponski signal s mjernih pretvornika i bilježe promjene napona do 2 mVV

Mjerna pojačala su smještena na postolje učvršćeno iza kabine skidera te zaštićeni od vlage i mehaničkih oštećenja

Daljinski prijenos podataka je omogućen primjenom radio modema ELPRO 805 U (ELPRO Technologies Pty Ltd) Radio modem je bio postavljen na samom skideru i spojen preko COM ulaza s mjernim pojačalom HBM Spider 8 primao analogno pojačane mjerne signale te ih odašiljao preko antene postavljene na krovu kabine skidera Drugi radio modem je primao mjerne signale te ih prenosio na terensko računalo

Računalnim programom Catman 40 (Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH) su bilježeni podaci mjerenja Navedeni računalni program je prvenstveno namijenjen mjerenju mehaničkih veličina električnim putem što se ogleda u nekim osnovnim karakteristikama

bull odabir različitih vrsta mjernih pojačala

bull provjera veze između mjernog pretvornika (mjerne trake dinamometra) i računala

bull unošenje mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull prikaz rezultata mjerenja mehaničkih veličina na osnovu primljenog signala i mjernih konstanti za svaki mjerni pretvornik

bull određivanja tare i postavka mjernog pretvornika u nulto stanje

bull određivanje frekvencije očitanja signala s mjernog pretvornika

bull zapis proteklog vremena od pokretanja mjerenja do završetka prema frekvenciji očitanja

bull mogućnost istovremenog primanja mjernih podataka s 40 mjernih pretvornika (40 kanala)

bull snimanje do 10 000 mjernih rezultata po kanalu

bull grafičko i brojčano praćenje mjernih vrijednosti tijekom snimanja podataka

bull prenošenje snimljenih podataka u druge računalne programe (Microsoft Excell)

bull mogućnost matematičke obrade mjernih rezultata s jednog ili više kanala

bull mogućnost programiranja postupka mjerenja

Slika 45 Nosač s vlačno-tlačnim dinamometrima

58

U računalni program Catman 40 su po kanalima označeni mjerni pretvornici i unošene mjerne konstante dobivene umjeravanjem mjernih pretvornika Frekvencija očitanja ulaznog signala je podešena na 50 Hz po kanalu tj vrši se 50 očitanja mjernog rezultata u sekundi na svakom kanalu S obzirom na 15 korištenih kanala tijekom mjerenja te zapisa proteklog vremena mjerenja postignuto je 800 očitanja mjernih veličina u sekundi Rezulati mjerenja su spremani u datoteku Microsoft Excell gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjernja svake 150 sekunde

Programiranje je radio modema izvršeno programom Cfg_805UD Pomoću programa potrebno je odrediti slijedeće postavke na oba radio modema izbor komunikacijskog moda između uređaja adresiranje radio modema serijsku i radio frekvenciju prijenosa mjernog signala

Pri izbor komunikacijskog moda između uređaja odabran je transparentni mod koji omogućava komunikaciju u oba smjera Komunikacijom od skidera do računala omogućen je prijenos mjernih signala dok komunikacijom od računala prema skideru omogućena je provjera veze do mjernog pretvornika U slučaju oštećenja mjernog pretvornika spojnih kablova ili konektora te nepravilnosti električnog napajanja dijela mjernog lanca na skideru možemo odmah uočiti grešku pomoću računalnog programa Catman 40 Kontrolni mod omogućava jednosmjernu komunikaciju između radio modema i ne zadovoljava potrebe mjerenja

Adrese oba radio modema moraju biti postavljene na istu vrijednost jer samo uređaji s istim adresama mogu direktno međusobno komunicirati

Serijski se prijenos podataka ostvaruje između mjernog pojačala i radio modema te radio modema i računala

Radio frekvencija određuje frekvenciju prijenosa podataka između uređaja Zbog toga postavka radio frekvencije prijenosa podataka na oba uređaja mora biti istovjetna Od tri moguće postavke radio frekvencije (19 200 38 400 76 800 bits) izabrana je radio frekvencija od 38 400 bits

Slika 46 Shema mjernog lanca

Radio modemi su opremljeni spremišnim diskom (bufferom) od 2 KB Prijenos podataka počinje kad se napuni spremišni disk a isto tako veza između modema se prekida ukoliko se tijekom mjerenja spremišni disk potpuno isprazni sve do trenutka njegovog punjenja Zbog navedene značajke radio modema najpovoljnije je odabrati iste vrijednosti serijske i radio frekvencije u cilju kontinuiranog prijenosa podataka Pri tome je bilo potrebno uskladiti izlaznu frekvenciju mjernog

59

signala iz pojačala sa serijskom frekvencijom radio modema Mjerno pojačalo HBM Spider 8 se proizvodi s tvornički podešenom izlaznom frekvencijom mjernog signala od 9600 bits Ali pri tome dolazi do prekida veze između radio modema budući da je veća brzina slanja signala od brzine punjenja spremišnog diska od strane mjernog pojačala Povećanje izlazne frekvencije mjernog pojačala HBM Spider 8 izvršeno je direktnim povezivanjem s računalom unosom Hayes-ovih naredbi putem HyperTerminala

Veliki se dio mjerne opreme nalazi na skideru te je za napajanje električnom energijom mjernih pojačala i radio modema na krov kabine učvršćen prijenosni generator

Postavljanjem mjerne opreme nosača i pomoćnih konstrukcija i uređaja povećala se masa skidera (slika 47) Prije početka mjerenja bilo je potrebno odrediti masu opremljenog skidera i opterećenja na kotačima Rezultat mjerenja opterećenja na kotačima pri privlačenju drva je promjena težine na osnovu opterećenja praznog skidera na ravnoj podlozi Određivanje mase i opterećenja na kotačima praznog skidera je izvršeno s četiri vage švedskog proizvođača TELUB

U svakoj se vagi nalaze po četiri neovisna dinamometra namjenjena mjerenju tlačnih naprezanja Na svakom je dinamometru postavljeno po četiri aktivne mjerne trake što znači da je riječ o mjernim pretvornicima s mjernim trakama u punom mostu Mjerni su pretvornici spojeni tako da pojedinačno i zajednički registriraju svako vanjsko opterećenje Svaka je vaga granično opteretiva sa 90 kN Budući da se opterećenje ne mora simetrično rasporediti na sva četiri dinamometra u krajnosti je moguća i takva situacija u kojoj se svaki od tih tlačnih dinamometara može pojedinačno opteretiti s graničnom nosivošću čitave vage Sva četiri tlačna dinamometra na svakoj vagi pripremljena su kao puni mostovi Mjerni pretvornici kvadratnog presjeka postavljeni su u sva četiri kuta podnožja vaga a vijcima su pričvršćeni kako za podnožje vage tako i za njezin poklopac Shematski prikaz jednog od dinamometra dat je na slici 48

Sve su vage spojene s mjernim pojačalom HBM Spider 8 koji je direktno povezan s prijenosnim računalom te su pomoću računalnog programa Catman 40 naprijed opisanom metodom očitani rezultati mjerenja

Vagama su također izmjerene mase svih drvnih sortimenata koje smo koristili u vučnim pokusima

Otpor kotrljanja i nulto klizanje kotača na podlozi (šumskom tlu) na kojem se vrši ispitiavanje vučne značajke utvrđuje se prije početka testiranja povlačenjem traktora u praznom hodu i s položajem transmisije u neutralnom položaju te s dinamometrom pričvršćenim između traktora i vozila koje ga vuče (Hassan 1989) Pri tome je korišten vlačno-tlačni dinamometar HBM 100 kN direktno povezan preko mjernog pojačala HBM Spider 8 s računalom te sila vuče očitana računalnim programom Catman 40

Primjena opisane mjerne opreme kao i potrebitost mjerenja težine tovara i nagiba terena uvjetovala je ispitivanje u kontroliranim uvjetima Ispitivanje u stvarnim eksploatacijskim uvjetima je neizvedivo zbog pretvorbe dijelova skidera u mjerila Zbog postavljanja nosača dinamometara na valjke vitla onemogućen je rad vitla Vitlo je korišteno samo za pripremu i vezanje tovara a pri privlačenju tovar se držao na nosaču Također mjerna oprema je osjetljiva na vlagu (opasnost kondenzacije vlage u mjernim pojačalima konektorima opasnost od kratkog spoja u prijenosu električne struje vrlo malih napona u mjernom lancu) te se u pravilu ispitivanja ne vrše u uvjetima kišnih ili sniježnih oborina

Slika 47 Skider s postavljenom mjernom opremom

Slika 48 Shematski prikaz jednog od četiriju

dinamometara svake vage

60

333 Umjeravanje mjernih pretvornika

Umjeravanje mjernih pretvornika je postupak određivanja mjernih konstanti za točno očitanje rezultata mjerenja Mjerno pojačalo HBM Spider 8 bilježi promjene napona do 2mvV Na osnovu promjene napona u navedenom rasponu pomoću mjernih konstanti unesenih u računalni program Catman 40 za svaki mjerni pretvornik odredit će se točno očitanje signala

Postupak umjeravanja se sastoji od usporedbe ostvarene poznate veličine na mjernom pretvorniku i rezultat očitanja veličine preko mjernog lanca Promjenom mjerne konstante utječemo na rezultat očitanja sve dok se odnos ostvarene i mjerene vrijednosti ne izjednači

Umjeravanja su mjernih pretvornika na skideru obavljena na poligonu za ispitivanje poljoprivredne mehanizacije Poljoprivrednoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu Umjeravanje mjernih traka za mjerenje zakretnih momenta na kotačima postavljenih na završnim reduktorima skidera izvršeno je djelovanjem poznate sile na kraku od 1 m Poluga za opterećivanje je vijcima pričvršćena na vanjsku stranu naplatka kotača dignutoga u zrak Poluga je libelom postavljena u vodoravan položaj te je točno određen krak od 1 m od središta osovine kotača Na tom mjestu je vršeno vertikalno opterećivanje poluge silom koja se mjerila pomoću dinamometra HBM 50 kN (slika 49)

Podaci umjeravanja obrađeni su statističkim metodama s ciljem da se utvrdi ovisnost između ostvarenih i izmjerenih vrijednosti Za svaki kotač su izračunavane linearne regresije podataka umjeravanja kao i vrijednosti koeficijenata korelacije Linearno izjednačenje podataka umjeravanja pokazuju slike od 50 do 53 Na slikama su unesene određene mjerne konstante Sva umjeravanja imaju visoke koeficijente korelacije što znači da je korelacijska veza vrlo čvrsta

Umjeravanje mjernih traka za mjerenje opterećenja na kotačima obavljeno je na način da su kotači postupno opterećivani s utezima sve veće mase Primjenjeni su utezi s certifikatom umjerene masene vrijednosti dobiveni od strane Državnog zavoda za normizaciju i mjeriteljstvo Istodobno su očitavane vrijednosti pomoću TELUB vaga koje su postavljene ispod kotača skidera Podaci o umjeravanju regresijske jednadžbe izjednačavanja podataka s koeficijentima korelacije te mjerne konstante su prikazane na slikama od 54 do 57

Slika 50 Umjeravanje zakretnog momenta na prednjem

lijevom kotaču Slika 51 Umjeravanje zakretnog momenta na

prednjem desnom kotaču

Slika 49 Umjeravanje zakretnog momenta

61

Slika 52 Umjeravanje zakretnog momenta na stražnjem

lijevom kotaču Slika 53 Umjeravanje zakretnog momenta na

stražnjem desnom kotaču

Slika 54 Umjeravanje opterećenja na prednjem lijevom

kotaču Slika 55 Umjeravanje opterećenja na prednjem

desnom kotaču

Slika 56 Umjeravanje opterećenja na stražnjem lijevom

kotaču Slika 57 Umjeravanje opterećenja na stražnjem

desnom kotaču

62

TELUB vage su umjeravane ranije za potrebe istraživanja u okviru rada Laboratorija za mjerenje mehaničkih veličina šumarskih strojeva Šumarskog fakulteta u Zagrebu Mjerne konstante TELUB vaga su prikazane u tablici 10 Korišteni HBM dinamometri su imali tvorničke podatke o umjeravanju i mjernim konstantama koje su provjerene istim opisanim postupkom

Tablica 8 Mjerne konstante TELUB vaga i HBM dinamometara

Mjerna vrijednost

Promjena napona

Vaga 1 Vaga 2 Vaga 3 Vaga 4 Dinamometar 20 kN

Dinamometar 50 kN

Dinamometar 100 kN

mVV t t t t kN kN kN

0 0 0 0 0 0 0 0

2 13143 13268 13305 13118 20 50 100

334 Obrada podataka

Rezultati mjerenja svakog prolaska skidera šumskom vlakom su pohranjivani u datoteke Microsoft Excell-a gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjerenja svake 150 sekunde Isti postupak je izvršen pri mjerenju sile vuče praznog skidera drugim vozilom opterećenja na kotačima opremljenog skidera na ravnoj podlozi i vaganja drvnih sortimenata

Početak snimanja svakog turnusa je počinjao prije kretanja skidera vlakom kako bi se provjerila veza i uspostavio daljinski prijenos podataka Isto tako snimanje podataka se završavalo u trenutka zaustavljanja skidera na kraju vlake Zbog navedenog načina snimanja mjernih podataka u snimljenim datotekama je potrebno ustanoviti samo niz podataka za svaku veličinu koja se odnosi na kretanje skidera Ovaj postupak je izvršen na osnovu grafičkog prikaza mjernih podataka koji se uočljivo razlikuju od trenutka pokretanja do zaustavljanja skidera na osnovu računalnog zapisa vremena Za svaki turnus je određeno vremensko trajanje kretanja skidera s točnošću 002 sekunde i u tom vremenskom intervalu su određene mjere središnje tendencije rasipanja podataka metodama deskriptivne statistike broj opažanja aritmetička sredina i standardna devijacija

Rezultati mjerenja broja okretaja pogonskih kotača i petog kotača predstavljaju niz promjena napona između vrijednosti 5 V i 9 V te su obrađeni pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i Datoteka navedenog računalnog programa je podešena da unosom niza promjena napona zabilježenog na kotaču i frekvencije očitanja mjernih podataka (50 Hz) broj impulsa po jednom okretu kotača prikaže kao ukupan broj okretaja kotača (n) i frekvenciju vrtnje kotača u vremenskim intervalima (slika 58) Ova analiza je izvršena za sve kotače i turnuse u vučnim pokusima

Slika 58 Prikaz obrade podataka pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i

63

34 Mjerenja na tlu

Istraživanja na tlu obuhvatila su kopanje pedoloških profila uzimanje uzoraka tla u narušenom i nenarušenom (prirodnom) stanju mjerenje prodirne značajke tla mjerenje otpora tla na smicanje te mjerenja dubine kolotraga

Informacije o osnovnim značajkama šumskog tla na mjestu istraživanja prikupljene su otvaranjem pedološkog profila i uzimanjem uzoraka tla u narušenom stanju

Mjerenjem prodirne značajke tla i otpora tla na smicanje te uzimanjem uzoraka tla na neizgaženom tlu i tlu na vlakama ovisno o broju prolazaka skidera utvrdila bi se razina oštećenosti šumskoga tla uslijed privlačenja drva

Uzimanje bi se uzoraka tla u nenarušenom stanju također provelo na neizgaženom tlu u tlu vlake a rezultati vodno-fizičkih svojstva tla dobiveni laboratorijskom analizom uzoraka tla također bi bili upotrebljeni za procjenu utjecaja prolaska skidera na oštećenja tla

Istim metodama oštećenja tla prolaskom skidera su utvrđivali Vranković i Pernar (1993) Meek (1996) i Mathies i dr (2003) Seixas i dr (2003)

341 Vrsta tla i sklop horizonata

Analizom pedoloških profila (pedoloških jama) utvrđuju se vrsta i tip tla te sklop njegovih horizonata

Sklop profila čine horizonti njihov broj izraženost debljina te prijelaz jednog horizonta u drugi Horizont je sloj tla sa značajkama koje su rezultat pedogenetskih čimbenika Osim utvđivanja vrste i tipa tla te dubine rasprostiranja pojedinih horizonata na pedološkom profilu vađeni su i Kopeckijevi valjci radi dobivanja spoznaja o gustoći tla i strukturi poroziteta svakog pojedinog horizonta

Pedološki profil je otvoren (kopan) prema dimenzijama na slici 59 Prilikom određivanja njegovoga položaja smještan je ispod vanjskih dijelova krošanja dubećih stabala te su izbjegavana mjesta gdje su u prošlosti prolazile stare vlake s ciljem dobivanja što reprezentativnijeg podatka

342 Uzorci tla u narušenom stanju

Iz uzoraka tla u narušenom (prirodno poremećenom) stanju laboratorijskim analizama mjere se i izračunavaju vodno-fizička svojstva tla zasnovana na masi uzorka Svrha uzimanja ove vrste uzoraka na terenu je određivanje granulometrijskoga sastava tla

Laboratorijske (direktne) metode određivanje granulometrijskoga sastava tla obuhvaćaju sušenje uzorka odvajanje skeleta usitnjavanje i prosijavanje tla preko sita s rupicama promjera 2 mm kako bi se odvojilo sitno tlo (sitnica) Nakon prve faze rada slijedi priprema sitnice za mehaničku analizu prema jednoj od propisanih metoda čija je svrha odvajanje povezanih čestica pijeska praha i gline te spriječavanje njihove ponovne koagulacije uslijed dijelovanja čestica gline U šumarskoj i poljoprivrednoj pedologiji ova faza rada najčešće se izvodi kuhanjem uzorka tla nakon čega se on prebacuje u valjke za sedimentaciju a zatim se vrši određivanje postotnoga sadržaja pojedinih frakcija pipet metodom (Škorić 1986) Pipet metoda se zasniva na poznatoj brzini padanja pojedinih čestica u suspenziji Na osnovi toga se pipetiranjem s određene dubine u valjku nakon točno određenoga vremena odpipetiraju čestice gline čestice praha i gline a krupni i sitni pijesak dobiju se računskim putem

Slika 59 Položaj i dimenzije pedološkog profila

64

Kemijske analize uzoraka tla provedene su po ovim postupcima

minus reakcija tla izmjerena je elektrometrijski kombiniranom elektrodom u suspenziji tla u vodi odnosno u 001 M CaCl2 u odnosu 125 Za mjerenje je korišten laboratorijski mikroprocesorski pH metar oznake MA 5736 točnosti plusmn 001 pH tvrtke Metrel

minus sadržaj humusa određen je bikromatnom metodom po Tjurinu

minus sadržaj ukupnog dušika određen je spaljivanjem po postupku Kjeldahla i destilacijom po Bremneru

343 Uzorci tla u nenarušenom stanju

Svrha uzimanja uzoraka tla u prirodnom stanju je utvrđivanje vodno-fizičkih svojstava tla zasnovanih na volumenu uzorka

Uzorak tla u nenarušenom stanju uziman je pomoću Kopeckijevog valjka zapremine 100 cm3 (visina 44 cm promjer 55 cm) Sam valjak sastoji se od tijela valjka koje je na jednom kraju zabrušen radi lakšeg utiskivanja u tlo metalne mrežice te dva poklopca Valjci moraju biti označeni s istim oznakama na tijelu valjka i poklopcima Prije izlaska na teren pomičnim je mjerilom provjereno odstupaju li dimenzije valjaka od normiranih vrijednosti Da bi se valjak lakše utisnuo u tlo koristi se metalni nastavak za valjke te drveni ili gumeni bat Nakon utiskivanja valjka u tlo skida se nastavak i lopatom se isijeca tlo oko valjka kako bi se on lakše oslobodio od okolnoga tla

Ovako izvađen valjak najčešće ima višak tla s gornje i donje strane koje je potrebno obrezati oštrim nožem da površina tla bude u visini rubova valjka Nakon stavljanja metalne mrežice i oba poklopca valjak je zamatan u najlon te odlagan u putni hladnjak radi sprečavanja isušivanja uzorka tla tijekom transporta do laboratorija Oznake s tijela valjka i podaci o mjestu vađenja (neizgaženo tlo lijevi ili desni kolotrag broj prolaska skidera broj vlake) upisuju se u terenski manual Prilikom uzimanja uzoraka valjci su utiskivani usporedno s površinom tla na dubini od 15 cm Nakon prolaska skidera vađeno je nekoliko valjaka iz lijevog i desnog kolotraga skidera Pri svakom turnusu je također vađeno nekoliko valjaka na neizgaženom tlu u cilju utvrđivanja dnevnih promjena vodno-fizičkih svojstava tla

S obzirom na veliku neujednačenost tla važno je uzeti veći broj uzoraka a kao minimalna količina repeticija preporuča se vađenje pet valjaka u istim uvjetima (Anon1971) S druge strane u ovom istraživanju je vrlo teško ostvariti dovoljan broj uzoraka jer bi se navedenim brojem uzimanja valjaka kopanjem narušila struktura tla šumskih vlaka što bi utjecalo na pogrešno utvrđivanje odnosa kotača i tla

Analize uzoraka tla provedene su u Pedološkom laboratoriju Zavoda za uzgajanje šuma Šumarskoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu u skladu sa Priručnikom za pedološka istraživanja (Škorić 1982) Iz uzoraka tla u nenarušenom stanju laboratorijskim su analizama utvrđena sljedeća vodno-fizička svojstava

Prirodna gustoća tla ρb = (mS V) gcm3

(69)

Određivanje prirodne gustoće tla vrši se tako da se masa suhoga tla podijeli s volumenom koje tlo ima u prirodnom stanju tj tlo iz Kopeckijevoga valjka stavlja se u sušionik te se suši na 105˚C do konstantne mase Masa osušenoga tla (mS) stavlja se u omjer s volumenom valjka (V)

Gustoća čvrste faze tla ρp gcm3

(70)

Ova gustoća određuje se na način da se masa potpuno suhoga tla podijeli s volumenom koji zaprema neporozna masa čvrstih čestica tla koja se određuje na principu tekućine koju istisnu čvrste čestice tla iz napunjene baždarene posude (piknometra) Poznavanje vrijednosti prirodne gustoće tla i gustoće čvrste faze tla omogućuje izračunavanje poroziteta tla

Porozitet tla Φ = [1 ndash (ρb ρp)] vol (71)

Porozitet tla je suma svih šupljina tla ispunjenih vodom i zrakom a izračunava se pomoću prirodne gustoće tla (ρb) i gustoće čvrste faze tla (ρp) Tla mogu biti vrlo malo porozna (lt30 ) malo porozna (30 - 45 ) porozna (45 - 60 ) i vrlo porozna (gt 60 )

65

Trenutna vlaga tla θV0 = [(mW ndash mS) V)] 100 vol (72)

Trenutna vlaga tla predstavlja razliku u masi prirodno vlažnog tla (mW) i osušenoga tla na 105˚C do konstantne mase (mS) koja je svedena na obujam uzorka ndash valjka (V)

Retencijski kapacitet tla za vodu θVS = [(∆mW + mW ndash mS) V] 100 vol (73)

Predstavlja sposobnost tla da drži vodu molekularnom adhezijom hidratacijskim i kapilarnim silama i površinskom napetošću Određivanje retencijskog kapaciteta se vrši na način da se Kopeckijev valjak postavi u posudu na stalak pokriven filter papirom čiji rubovi poniru u vodu Na taj način uzorak tla u valjku upija vodu preko filtar papira Kada se tlo na površini valjka orosi znači da se zasitilo s vodom do retencijskoga kapaciteta Valjak se skida sa stalka ostavlja desetak minuta na filtar papiru da se suvišna vlaga odstrani te se nakon toga obriše i važe Potom se valjak stavlja u sušionik i suši na 105˚C do konstantne mase Retencijski kapacitet tla za vodu izračunava se iz razlike mase navlaženoga tla do retencijskoga kapaciteta (∆mW + mW) i mase suhoga tla (mS) svedene na volumen valjka (V) S obzirom na rezultat retencijski kapacitet tla za vodu može biti vrlo malen (lt 25 ) malen (25 - 35 ) srednji (35 -45 ) velik (45 - 60 ) i vrlo velik (gt 60 )

Kapacitet tla za zrak Φa = Φ ndash θVS vol (74)

Kapacitet tla za zrak je udjel pora tla koje ispunjava zrak u trenutku zasićenja tla do njegovog retencijskog kapaciteta za vodu a izračunava se iz razlike poroziteta tla i retencijskoga kapaciteta tla za vodu Kapacitet tla za vodu se izražava kao vrlo malen (lt 5 ) malen (5 - 10 ) srednji (10 -15 ) velik (15 - 20 ) i vrlo velik (gt 20 )

344 Prodirna značajka tla

Za mjerenje prodirne značajke tla rabljen je digitalni penetrometar Eijkelkamp čije osnovne sastavnice prikazuje slika 60 penetrologger- mjerni uređaj (1) dinamometar (2) čelični nastavci (3) konus (4) referentna ploča (5) te PC konektor (6) Načelo rada ovog penetrometra zasniva se na dinamometarskoj izmjeri primjenjene sile na rukohvatu uređaja kojim se konus poznatih dimenzija utiskuje u tlo Tijekom utiskivanja konusa u tlo ultrazvučni senzor penetrologgera mjeri dubinu prodiranja na osnovi odbijenih valova od referentne ploče (predstavlja površinu tla) s preciznošću od 1 cm Mjerni raspon dinamometra iznosi od 0 do 1 kN s preciznošću izmjere od 1 N Pri samom mjerenju računalo penetrometra zapisuje u njegovu internu memoriju parove izmjerenih podataka tj vrijednosti sile (tlak) i pomaka (dubina prodiranja) pomoću računalnog programa (data acquisition) u ASCII kodu Set penetrometra opremljen je s deset mjernih konusa različitih površina i vršnog kuta (30deg i 60deg) čime je omogućen širok raspon primjene ovog uređaja

Pomoću računalne aplikacije Eijkelkamp PenetroViewer (slika 62) ostvaruje se veza između digitalnog penetrometra i osobnog računala (COM port) kojom je omogućeno programiranje plana istraživanja (odabir veličine i vršnog kuta konusa brzine prodiranja konusa u tlo kao i broj repeticija mjerenja) odnosno vrši prijenos izmjerenih podataka Navedena aplikacija omugućuje i grafički pregled izmjerenih podataka te njihov prijenos iz ASCII koda u format koji koriste standardni tablični kalkulatori (txt csv xls) i statistički paketi Tijekom terenskih istraživanja korišten je konus s površinom presjeka 2 cm2 i vršnim kutem 30deg koji se utiskivao u tlo brzinom 1 cmsec U turnusu je izvođeno po 10 utiskivanja konusa u lijevom desnom kolotragu i na neizgaženom tlu (slika 61)

Slika 60 Eijkelkamp penetrometar

66

Slika 61 Mjerenje penetrometrom Eijkelkamp Slika 62 Aplikacija PenetroViewer ver 424

Uslijed nehomogenosti strukture tla Ronai (1983) i Horvat(1993A 1994A) primjećuju veliko rasipanje podataka između repeticija izmjere prodirnih značajki

Horvat (1994B 1995 1996A 1996B) navodi da se istraživanje ovisnosti otpora tla prodiranju konusa o dubini prodiranja regresijskom analizom može raditi sa srednjim vrijednostima otpora za pojedinu dubinu prodiranja iz ponovljenih mjerenja jednako dobro kao i sa svim podacima Isti autor u citiranim radovima za izjednačavanje podataka koristi eksponencijalni korelacijski oblik p = A sdot (BZ ndash 1) + C za koji navodi da karakteristična točka u kojoj se sijeku vodoravna asimptota i tangenta krivulje iz vrijednosti C može poslužiti za brojčano određenje i ocjenu prodirne značajke tla (slika 63)

345 Posmična čvrstoća tla

Krilna sonda je uređaj koji se sastoji od mjernog krila pričvršćenog na šipku na kojoj se nalazi moment metar naprava kojom se mjeri moment potreban da se okrene krilo u trenutku savladavanja čvrstoće na smicanje uzduž plašta valjka opisanog oko krila (Nonveiller 1979)

Mjerna krila predstavljaju dvije metalne ploče visine (H) i širine (B) međusobno poprečno pričvršćene na metalnu šipku (slika 64)

Krila sonde utiskuju se u tlo do željene dubine mjerenja Okretanjem krila tlo se lomi po plaštu valjka kojemu je promjer jednak širini krila Iz jednakosti momenta torzije (MT) i momenta otpora tla na smicanje na plaštu i bazi valjka kojeg stvaraju krila pri okretanju dobiva se čvrstoća smicanja tla

rArrsdotsdotsdotsdotsdot+sdotsdotsdotsdot= 23

2

22

2

2

TBBB

HBM πτπτ (75)

+sdotsdotπ

sdot=τ

3

2

2

T

BHB

M (76)

Otpor tla na smicanje (posmična čvrstoća) mjeren je krilnom sondom (Eijkelkamp ndash Field inspection Vane tester) Dimenzije krila sonde su 16 mm x 32 mm a mjerno područje ovog instrumenta je u rasponu od 0 do 260 kPa s točnošću očitanja mjernog rezultata od 4 kPa

Slika 63 Izjednačenje podataka prodirne značajke tla

Slika 64 Krilna sonda

67

Mjerni rezultat ovog instrumenta odnosi se na otpor pri smicanju tla u trenutku njegovog sloma Krilnom sondom su izvršena mjerenja u površinskom sloju tla i na dubini od 15 cm i to po 10 mjerenja u lijevom i desnom kolotragu te na nezgaženom tlu u svakom vučnom pokusu

346 Širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga

Za deformacije tla koje nastaju uslijed kretanja vozila po šumskom bespuću ne postoje standardizirane metode izmjere već se u literaturi opisuju kroz širinu gaženog traga dubinu kolotraga ili površinu presjeka gaženog profila tla

Kolotrag kotača vozila Saarilahti (2002A) definira kao površinsku deformaciju tla (ulegnuće) dublje od 10 cm i dulje od 05 m koje je nastalo uslijed sloma i sabijanja tla kretanjem vozila Pod razinom površine tla podrazumijeva dno sloja šumskog listinca ili mahovine Isti autor za prikupljanje podataka o dubini kolotraga na terenu preporuča uzimanje sistematskog uzorka na osnovi kvadratne mreže čija gustoća čvorova (grid) ovisi o željenom intenzitetu izmjereZa izmjeru na terenu koristi se tzv nultom točkom uzorka koja predstavlja čvor položene zamišljene mreže a samu izmjeru vrši na kolotragu koji mu je najbliži Pri tome od nulte točke kolotraga u uzdužnom smjeru vlake sa svake strane na duljini od 15 m mjeri dubinu deformacije tla Samu dubinu kolotraga raščlanjuje u dva razreda prihvatljivu (lt 10 cm) i neprihvatljivu (gt 10 cm) Zadano ograničenje dubine kolotraga (10 cm) zasniva se na procjeni kakvoće izvođenja radova ali i preporukama istraživača (Owende i dr 2002)

Za operativnu procjenu kakvoće izvođenja privlačenja drva Saarilahti (2002I) preporučuje prihvatljivu prosječnu dubinu kolotraga kao onu koja ne prelazi dubinu od 10 cm na više od 10 ukupne duljine cjelokupnoga gaženja tla sječne jedinice

Meek (1996) te Nugent i dr (2001) mjere značajke kolotraga (dubina širina gaženja) prema metodici prikazanoj na slici 65 Košir (2002) navodi da širina gaženja tla pri privlačenju drva ovisi o širini primjenjenoga vozila Usljed višekratnog prolaska vozila isti autor utvrđuje povećanje širine gaženja tla za 05 m sa svake strane vozila

Tijekom istraživanja širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga mjerili su se pomoću geodetske letve duljine 5 m položene na usidrene oslonce nakon svakog prolaska skidera (slika 66) Na svakoj vlaci su određena dva mjesta izmjere dubine kolotraga

Slika 65 Postupak izmjere kolotraga

Slika 66 Mjerenje dubine kolotraga na terenu

68

35 Statistička obrada podataka mjerenja

Terenski podaci mjerenja na tlu prenijeti su iz snimačkih listova u računalne datoteke radi lakše dostupnosti pri obradi podataka Obradom snimljenih podataka obuhvaćeni su kontrola i odabir podataka njihovo razvrstavanje kao i izračunavanje traženih parametara

Obrada podataka provedena je po sljedećem redoslijedu

rArr unošenje snimljenih podataka u računalo i stvaranje datoteka podataka za daljnju obradu

rArr određivanje zahtjeva s obzirom na cilj i razinu pojedinih obrada

rArr izbor metoda analize ili funkcija izjednačenja

rArr izračunavanje traženih parametara

rArr testiranje i analiza rezultata

rArr oblikovanje izlaza

Za opis temeljnih značajki skupova promatranih podataka (neovisne varijable) korištene su metode deskriptivne statistike gdje su izračunate različite mjere središnje tendencije rasipanja mjernih podataka a kao najpovoljnije odabrane su medijan i aritmetička sredina sa standardnom devijacijom kao mjerom rasipanja te vrijednosti Za aritmetičku sredinu kao srednju vrijednosti opažanih podataka postavljen je uvjet da preciznost smije biti maksimalno plusmn005 uz 95 vjerovatnosti Međutim Hitrec (1996) navodi teškoće u pridržavanju takvog uvjeta zbog jako velikog potrebnog uzorka kako bi se dobila potrebna preciznost i zadovoljavajuća pouzdanost što dovodi do predugog trajanja vremena pokusa i njegovog poskupljivanja

Pomoću testa razlike (Studentov t ndash test) provedeno je zaključivanje o značajnosti razlika među izračunatim srednjim vrijednostima opažanja (aritmetičkim sredinama) Na osnovi nulhipoteze pretpostavljeno je da su razlike između dviju sredina opažanja rezultat slučajne varijabilnosti vrijednosti u uzorcima te da između odgovarajućih sredina takve razlike nema Razlike između sredina dijeljene su sa standardnom pogreškom a zatim je kvocijent uspoređen s iznosom od 196 standardne pogreške Tamo gdje je kvocijent veći odbacujemo nulhipotezu a ako je manji smatramo da razlika između sredina nije značajna na 5 -tnoj razini signifikatnosti (Pavlić 1985)

Za testiranje značajnosti razlika prosječnih vrijednosti više skupova podataka (više od dva) istog mjernog parametra korištena je jednostruka analiza varijance (ANOVA) koja predstavlja postupak kojim se ukupna varijabilnost rastavlja na varijabilnost između prosječnih vrijednosti grupa opažanja i na varijabilnost unutar grupa opažanja (Serdar i Šošić 1981) Tim postupkom ova metoda odgovara na pitanje je li značajnija varijabilnost između srednjih vrijednosti grupa ili varijabilnost unutar pojedinih grupa podataka (Vasilj 2000)

Metode statističke analize vremenskih nizova korištene su za opis promjena fizičko-mehaničkih i vodno-fizičkih značajki šumskog tla koje su posljedica višekratnog prolaska forvardera Pri tome su korištena dva individualna indeksa kojima se iskazala dinamika sabijanja tla Indeks sa stalnom bazom iskazuje razinu promjene u odnosu na neku odabranu vrijednost (neizgaženo tlo) Lančani (verižni) indeks korišten je za prikaz promjene praćenih parametara tla u odnosu na svaki ponovni prolazak vozila po šumskom tlu

Za istraživanje mogućih stohastičkih ovisnosti između zadovoljavajuće koreliranih varijabli korištena je regresijska analiza Odabir krivulje izjednačenja vršen je na osnovi slijedećih parametara koeficijenta (determinacije) korelacije (R) standardne devijacije zavisne varijable oko linije izjednačenja (sYX) te t-varijable (tStat) i vjerovatnosti greške prve vrste (P-value) regresijskih koeficjenata (Serdar i Šošić 1981 Kachigan 1991) Za utvrđivanje jakosti veze između izjednačenih nezavisnih i zavisnih varijabli korištena je Roumlmer-Orphal-ova skala (Kump i dr 1970)

Slika 67 Roumlmer-Orphal-ova raspodjela

Matematičko ndash statistička obrada podataka obavljena je uz pomoć osobnog računala primjenom programskih paketa Microsoft Excel 97 i Sta Soft Statistica 50

69

Za izjednačavanje ovisnosti parova podataka koji porastom nezavisne varijable pokazuju da podaci zavisne varijable imaju asimptotski trend porasta korišten je eksponencijalni regresijski računalni program REGEXE primarno razvijen za istraživanja krivulja klizanja kotača vozila (Hitrec i Horvat 1987) Navedeni računalni program čvrstoću veza odabranih regresijskih modela prikazuje pomoću tri parametra r ndash koeficijenta korelacije R ndash indeksa korelacije i R gt ndash testiranja indeksa korelacije temeljem broja opažanja

Utvrđivanje razlika u stupnju sabijenosti tla višekratnim prolaskom skidera je izvršeno usporedbom površina ispod krivulja izjednačenja prodirnih značajki Poznavajući oblik i koeficijente jednadžbi izjednačenja metodom određenih integrala izračunate su površina ispod krivulja

58

U računalni program Catman 40 su po kanalima označeni mjerni pretvornici i unošene mjerne konstante dobivene umjeravanjem mjernih pretvornika Frekvencija očitanja ulaznog signala je podešena na 50 Hz po kanalu tj vrši se 50 očitanja mjernog rezultata u sekundi na svakom kanalu S obzirom na 15 korištenih kanala tijekom mjerenja te zapisa proteklog vremena mjerenja postignuto je 800 očitanja mjernih veličina u sekundi Rezulati mjerenja su spremani u datoteku Microsoft Excell gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjernja svake 150 sekunde

Programiranje je radio modema izvršeno programom Cfg_805UD Pomoću programa potrebno je odrediti slijedeće postavke na oba radio modema izbor komunikacijskog moda između uređaja adresiranje radio modema serijsku i radio frekvenciju prijenosa mjernog signala

Pri izbor komunikacijskog moda između uređaja odabran je transparentni mod koji omogućava komunikaciju u oba smjera Komunikacijom od skidera do računala omogućen je prijenos mjernih signala dok komunikacijom od računala prema skideru omogućena je provjera veze do mjernog pretvornika U slučaju oštećenja mjernog pretvornika spojnih kablova ili konektora te nepravilnosti električnog napajanja dijela mjernog lanca na skideru možemo odmah uočiti grešku pomoću računalnog programa Catman 40 Kontrolni mod omogućava jednosmjernu komunikaciju između radio modema i ne zadovoljava potrebe mjerenja

Adrese oba radio modema moraju biti postavljene na istu vrijednost jer samo uređaji s istim adresama mogu direktno međusobno komunicirati

Serijski se prijenos podataka ostvaruje između mjernog pojačala i radio modema te radio modema i računala

Radio frekvencija određuje frekvenciju prijenosa podataka između uređaja Zbog toga postavka radio frekvencije prijenosa podataka na oba uređaja mora biti istovjetna Od tri moguće postavke radio frekvencije (19 200 38 400 76 800 bits) izabrana je radio frekvencija od 38 400 bits

Slika 46 Shema mjernog lanca

Radio modemi su opremljeni spremišnim diskom (bufferom) od 2 KB Prijenos podataka počinje kad se napuni spremišni disk a isto tako veza između modema se prekida ukoliko se tijekom mjerenja spremišni disk potpuno isprazni sve do trenutka njegovog punjenja Zbog navedene značajke radio modema najpovoljnije je odabrati iste vrijednosti serijske i radio frekvencije u cilju kontinuiranog prijenosa podataka Pri tome je bilo potrebno uskladiti izlaznu frekvenciju mjernog

59

signala iz pojačala sa serijskom frekvencijom radio modema Mjerno pojačalo HBM Spider 8 se proizvodi s tvornički podešenom izlaznom frekvencijom mjernog signala od 9600 bits Ali pri tome dolazi do prekida veze između radio modema budući da je veća brzina slanja signala od brzine punjenja spremišnog diska od strane mjernog pojačala Povećanje izlazne frekvencije mjernog pojačala HBM Spider 8 izvršeno je direktnim povezivanjem s računalom unosom Hayes-ovih naredbi putem HyperTerminala

Veliki se dio mjerne opreme nalazi na skideru te je za napajanje električnom energijom mjernih pojačala i radio modema na krov kabine učvršćen prijenosni generator

Postavljanjem mjerne opreme nosača i pomoćnih konstrukcija i uređaja povećala se masa skidera (slika 47) Prije početka mjerenja bilo je potrebno odrediti masu opremljenog skidera i opterećenja na kotačima Rezultat mjerenja opterećenja na kotačima pri privlačenju drva je promjena težine na osnovu opterećenja praznog skidera na ravnoj podlozi Određivanje mase i opterećenja na kotačima praznog skidera je izvršeno s četiri vage švedskog proizvođača TELUB

U svakoj se vagi nalaze po četiri neovisna dinamometra namjenjena mjerenju tlačnih naprezanja Na svakom je dinamometru postavljeno po četiri aktivne mjerne trake što znači da je riječ o mjernim pretvornicima s mjernim trakama u punom mostu Mjerni su pretvornici spojeni tako da pojedinačno i zajednički registriraju svako vanjsko opterećenje Svaka je vaga granično opteretiva sa 90 kN Budući da se opterećenje ne mora simetrično rasporediti na sva četiri dinamometra u krajnosti je moguća i takva situacija u kojoj se svaki od tih tlačnih dinamometara može pojedinačno opteretiti s graničnom nosivošću čitave vage Sva četiri tlačna dinamometra na svakoj vagi pripremljena su kao puni mostovi Mjerni pretvornici kvadratnog presjeka postavljeni su u sva četiri kuta podnožja vaga a vijcima su pričvršćeni kako za podnožje vage tako i za njezin poklopac Shematski prikaz jednog od dinamometra dat je na slici 48

Sve su vage spojene s mjernim pojačalom HBM Spider 8 koji je direktno povezan s prijenosnim računalom te su pomoću računalnog programa Catman 40 naprijed opisanom metodom očitani rezultati mjerenja

Vagama su također izmjerene mase svih drvnih sortimenata koje smo koristili u vučnim pokusima

Otpor kotrljanja i nulto klizanje kotača na podlozi (šumskom tlu) na kojem se vrši ispitiavanje vučne značajke utvrđuje se prije početka testiranja povlačenjem traktora u praznom hodu i s položajem transmisije u neutralnom položaju te s dinamometrom pričvršćenim između traktora i vozila koje ga vuče (Hassan 1989) Pri tome je korišten vlačno-tlačni dinamometar HBM 100 kN direktno povezan preko mjernog pojačala HBM Spider 8 s računalom te sila vuče očitana računalnim programom Catman 40

Primjena opisane mjerne opreme kao i potrebitost mjerenja težine tovara i nagiba terena uvjetovala je ispitivanje u kontroliranim uvjetima Ispitivanje u stvarnim eksploatacijskim uvjetima je neizvedivo zbog pretvorbe dijelova skidera u mjerila Zbog postavljanja nosača dinamometara na valjke vitla onemogućen je rad vitla Vitlo je korišteno samo za pripremu i vezanje tovara a pri privlačenju tovar se držao na nosaču Također mjerna oprema je osjetljiva na vlagu (opasnost kondenzacije vlage u mjernim pojačalima konektorima opasnost od kratkog spoja u prijenosu električne struje vrlo malih napona u mjernom lancu) te se u pravilu ispitivanja ne vrše u uvjetima kišnih ili sniježnih oborina

Slika 47 Skider s postavljenom mjernom opremom

Slika 48 Shematski prikaz jednog od četiriju

dinamometara svake vage

60

333 Umjeravanje mjernih pretvornika

Umjeravanje mjernih pretvornika je postupak određivanja mjernih konstanti za točno očitanje rezultata mjerenja Mjerno pojačalo HBM Spider 8 bilježi promjene napona do 2mvV Na osnovu promjene napona u navedenom rasponu pomoću mjernih konstanti unesenih u računalni program Catman 40 za svaki mjerni pretvornik odredit će se točno očitanje signala

Postupak umjeravanja se sastoji od usporedbe ostvarene poznate veličine na mjernom pretvorniku i rezultat očitanja veličine preko mjernog lanca Promjenom mjerne konstante utječemo na rezultat očitanja sve dok se odnos ostvarene i mjerene vrijednosti ne izjednači

Umjeravanja su mjernih pretvornika na skideru obavljena na poligonu za ispitivanje poljoprivredne mehanizacije Poljoprivrednoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu Umjeravanje mjernih traka za mjerenje zakretnih momenta na kotačima postavljenih na završnim reduktorima skidera izvršeno je djelovanjem poznate sile na kraku od 1 m Poluga za opterećivanje je vijcima pričvršćena na vanjsku stranu naplatka kotača dignutoga u zrak Poluga je libelom postavljena u vodoravan položaj te je točno određen krak od 1 m od središta osovine kotača Na tom mjestu je vršeno vertikalno opterećivanje poluge silom koja se mjerila pomoću dinamometra HBM 50 kN (slika 49)

Podaci umjeravanja obrađeni su statističkim metodama s ciljem da se utvrdi ovisnost između ostvarenih i izmjerenih vrijednosti Za svaki kotač su izračunavane linearne regresije podataka umjeravanja kao i vrijednosti koeficijenata korelacije Linearno izjednačenje podataka umjeravanja pokazuju slike od 50 do 53 Na slikama su unesene određene mjerne konstante Sva umjeravanja imaju visoke koeficijente korelacije što znači da je korelacijska veza vrlo čvrsta

Umjeravanje mjernih traka za mjerenje opterećenja na kotačima obavljeno je na način da su kotači postupno opterećivani s utezima sve veće mase Primjenjeni su utezi s certifikatom umjerene masene vrijednosti dobiveni od strane Državnog zavoda za normizaciju i mjeriteljstvo Istodobno su očitavane vrijednosti pomoću TELUB vaga koje su postavljene ispod kotača skidera Podaci o umjeravanju regresijske jednadžbe izjednačavanja podataka s koeficijentima korelacije te mjerne konstante su prikazane na slikama od 54 do 57

Slika 50 Umjeravanje zakretnog momenta na prednjem

lijevom kotaču Slika 51 Umjeravanje zakretnog momenta na

prednjem desnom kotaču

Slika 49 Umjeravanje zakretnog momenta

61

Slika 52 Umjeravanje zakretnog momenta na stražnjem

lijevom kotaču Slika 53 Umjeravanje zakretnog momenta na

stražnjem desnom kotaču

Slika 54 Umjeravanje opterećenja na prednjem lijevom

kotaču Slika 55 Umjeravanje opterećenja na prednjem

desnom kotaču

Slika 56 Umjeravanje opterećenja na stražnjem lijevom

kotaču Slika 57 Umjeravanje opterećenja na stražnjem

desnom kotaču

62

TELUB vage su umjeravane ranije za potrebe istraživanja u okviru rada Laboratorija za mjerenje mehaničkih veličina šumarskih strojeva Šumarskog fakulteta u Zagrebu Mjerne konstante TELUB vaga su prikazane u tablici 10 Korišteni HBM dinamometri su imali tvorničke podatke o umjeravanju i mjernim konstantama koje su provjerene istim opisanim postupkom

Tablica 8 Mjerne konstante TELUB vaga i HBM dinamometara

Mjerna vrijednost

Promjena napona

Vaga 1 Vaga 2 Vaga 3 Vaga 4 Dinamometar 20 kN

Dinamometar 50 kN

Dinamometar 100 kN

mVV t t t t kN kN kN

0 0 0 0 0 0 0 0

2 13143 13268 13305 13118 20 50 100

334 Obrada podataka

Rezultati mjerenja svakog prolaska skidera šumskom vlakom su pohranjivani u datoteke Microsoft Excell-a gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjerenja svake 150 sekunde Isti postupak je izvršen pri mjerenju sile vuče praznog skidera drugim vozilom opterećenja na kotačima opremljenog skidera na ravnoj podlozi i vaganja drvnih sortimenata

Početak snimanja svakog turnusa je počinjao prije kretanja skidera vlakom kako bi se provjerila veza i uspostavio daljinski prijenos podataka Isto tako snimanje podataka se završavalo u trenutka zaustavljanja skidera na kraju vlake Zbog navedenog načina snimanja mjernih podataka u snimljenim datotekama je potrebno ustanoviti samo niz podataka za svaku veličinu koja se odnosi na kretanje skidera Ovaj postupak je izvršen na osnovu grafičkog prikaza mjernih podataka koji se uočljivo razlikuju od trenutka pokretanja do zaustavljanja skidera na osnovu računalnog zapisa vremena Za svaki turnus je određeno vremensko trajanje kretanja skidera s točnošću 002 sekunde i u tom vremenskom intervalu su određene mjere središnje tendencije rasipanja podataka metodama deskriptivne statistike broj opažanja aritmetička sredina i standardna devijacija

Rezultati mjerenja broja okretaja pogonskih kotača i petog kotača predstavljaju niz promjena napona između vrijednosti 5 V i 9 V te su obrađeni pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i Datoteka navedenog računalnog programa je podešena da unosom niza promjena napona zabilježenog na kotaču i frekvencije očitanja mjernih podataka (50 Hz) broj impulsa po jednom okretu kotača prikaže kao ukupan broj okretaja kotača (n) i frekvenciju vrtnje kotača u vremenskim intervalima (slika 58) Ova analiza je izvršena za sve kotače i turnuse u vučnim pokusima

Slika 58 Prikaz obrade podataka pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i

63

34 Mjerenja na tlu

Istraživanja na tlu obuhvatila su kopanje pedoloških profila uzimanje uzoraka tla u narušenom i nenarušenom (prirodnom) stanju mjerenje prodirne značajke tla mjerenje otpora tla na smicanje te mjerenja dubine kolotraga

Informacije o osnovnim značajkama šumskog tla na mjestu istraživanja prikupljene su otvaranjem pedološkog profila i uzimanjem uzoraka tla u narušenom stanju

Mjerenjem prodirne značajke tla i otpora tla na smicanje te uzimanjem uzoraka tla na neizgaženom tlu i tlu na vlakama ovisno o broju prolazaka skidera utvrdila bi se razina oštećenosti šumskoga tla uslijed privlačenja drva

Uzimanje bi se uzoraka tla u nenarušenom stanju također provelo na neizgaženom tlu u tlu vlake a rezultati vodno-fizičkih svojstva tla dobiveni laboratorijskom analizom uzoraka tla također bi bili upotrebljeni za procjenu utjecaja prolaska skidera na oštećenja tla

Istim metodama oštećenja tla prolaskom skidera su utvrđivali Vranković i Pernar (1993) Meek (1996) i Mathies i dr (2003) Seixas i dr (2003)

341 Vrsta tla i sklop horizonata

Analizom pedoloških profila (pedoloških jama) utvrđuju se vrsta i tip tla te sklop njegovih horizonata

Sklop profila čine horizonti njihov broj izraženost debljina te prijelaz jednog horizonta u drugi Horizont je sloj tla sa značajkama koje su rezultat pedogenetskih čimbenika Osim utvđivanja vrste i tipa tla te dubine rasprostiranja pojedinih horizonata na pedološkom profilu vađeni su i Kopeckijevi valjci radi dobivanja spoznaja o gustoći tla i strukturi poroziteta svakog pojedinog horizonta

Pedološki profil je otvoren (kopan) prema dimenzijama na slici 59 Prilikom određivanja njegovoga položaja smještan je ispod vanjskih dijelova krošanja dubećih stabala te su izbjegavana mjesta gdje su u prošlosti prolazile stare vlake s ciljem dobivanja što reprezentativnijeg podatka

342 Uzorci tla u narušenom stanju

Iz uzoraka tla u narušenom (prirodno poremećenom) stanju laboratorijskim analizama mjere se i izračunavaju vodno-fizička svojstva tla zasnovana na masi uzorka Svrha uzimanja ove vrste uzoraka na terenu je određivanje granulometrijskoga sastava tla

Laboratorijske (direktne) metode određivanje granulometrijskoga sastava tla obuhvaćaju sušenje uzorka odvajanje skeleta usitnjavanje i prosijavanje tla preko sita s rupicama promjera 2 mm kako bi se odvojilo sitno tlo (sitnica) Nakon prve faze rada slijedi priprema sitnice za mehaničku analizu prema jednoj od propisanih metoda čija je svrha odvajanje povezanih čestica pijeska praha i gline te spriječavanje njihove ponovne koagulacije uslijed dijelovanja čestica gline U šumarskoj i poljoprivrednoj pedologiji ova faza rada najčešće se izvodi kuhanjem uzorka tla nakon čega se on prebacuje u valjke za sedimentaciju a zatim se vrši određivanje postotnoga sadržaja pojedinih frakcija pipet metodom (Škorić 1986) Pipet metoda se zasniva na poznatoj brzini padanja pojedinih čestica u suspenziji Na osnovi toga se pipetiranjem s određene dubine u valjku nakon točno određenoga vremena odpipetiraju čestice gline čestice praha i gline a krupni i sitni pijesak dobiju se računskim putem

Slika 59 Položaj i dimenzije pedološkog profila

64

Kemijske analize uzoraka tla provedene su po ovim postupcima

minus reakcija tla izmjerena je elektrometrijski kombiniranom elektrodom u suspenziji tla u vodi odnosno u 001 M CaCl2 u odnosu 125 Za mjerenje je korišten laboratorijski mikroprocesorski pH metar oznake MA 5736 točnosti plusmn 001 pH tvrtke Metrel

minus sadržaj humusa određen je bikromatnom metodom po Tjurinu

minus sadržaj ukupnog dušika određen je spaljivanjem po postupku Kjeldahla i destilacijom po Bremneru

343 Uzorci tla u nenarušenom stanju

Svrha uzimanja uzoraka tla u prirodnom stanju je utvrđivanje vodno-fizičkih svojstava tla zasnovanih na volumenu uzorka

Uzorak tla u nenarušenom stanju uziman je pomoću Kopeckijevog valjka zapremine 100 cm3 (visina 44 cm promjer 55 cm) Sam valjak sastoji se od tijela valjka koje je na jednom kraju zabrušen radi lakšeg utiskivanja u tlo metalne mrežice te dva poklopca Valjci moraju biti označeni s istim oznakama na tijelu valjka i poklopcima Prije izlaska na teren pomičnim je mjerilom provjereno odstupaju li dimenzije valjaka od normiranih vrijednosti Da bi se valjak lakše utisnuo u tlo koristi se metalni nastavak za valjke te drveni ili gumeni bat Nakon utiskivanja valjka u tlo skida se nastavak i lopatom se isijeca tlo oko valjka kako bi se on lakše oslobodio od okolnoga tla

Ovako izvađen valjak najčešće ima višak tla s gornje i donje strane koje je potrebno obrezati oštrim nožem da površina tla bude u visini rubova valjka Nakon stavljanja metalne mrežice i oba poklopca valjak je zamatan u najlon te odlagan u putni hladnjak radi sprečavanja isušivanja uzorka tla tijekom transporta do laboratorija Oznake s tijela valjka i podaci o mjestu vađenja (neizgaženo tlo lijevi ili desni kolotrag broj prolaska skidera broj vlake) upisuju se u terenski manual Prilikom uzimanja uzoraka valjci su utiskivani usporedno s površinom tla na dubini od 15 cm Nakon prolaska skidera vađeno je nekoliko valjaka iz lijevog i desnog kolotraga skidera Pri svakom turnusu je također vađeno nekoliko valjaka na neizgaženom tlu u cilju utvrđivanja dnevnih promjena vodno-fizičkih svojstava tla

S obzirom na veliku neujednačenost tla važno je uzeti veći broj uzoraka a kao minimalna količina repeticija preporuča se vađenje pet valjaka u istim uvjetima (Anon1971) S druge strane u ovom istraživanju je vrlo teško ostvariti dovoljan broj uzoraka jer bi se navedenim brojem uzimanja valjaka kopanjem narušila struktura tla šumskih vlaka što bi utjecalo na pogrešno utvrđivanje odnosa kotača i tla

Analize uzoraka tla provedene su u Pedološkom laboratoriju Zavoda za uzgajanje šuma Šumarskoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu u skladu sa Priručnikom za pedološka istraživanja (Škorić 1982) Iz uzoraka tla u nenarušenom stanju laboratorijskim su analizama utvrđena sljedeća vodno-fizička svojstava

Prirodna gustoća tla ρb = (mS V) gcm3

(69)

Određivanje prirodne gustoće tla vrši se tako da se masa suhoga tla podijeli s volumenom koje tlo ima u prirodnom stanju tj tlo iz Kopeckijevoga valjka stavlja se u sušionik te se suši na 105˚C do konstantne mase Masa osušenoga tla (mS) stavlja se u omjer s volumenom valjka (V)

Gustoća čvrste faze tla ρp gcm3

(70)

Ova gustoća određuje se na način da se masa potpuno suhoga tla podijeli s volumenom koji zaprema neporozna masa čvrstih čestica tla koja se određuje na principu tekućine koju istisnu čvrste čestice tla iz napunjene baždarene posude (piknometra) Poznavanje vrijednosti prirodne gustoće tla i gustoće čvrste faze tla omogućuje izračunavanje poroziteta tla

Porozitet tla Φ = [1 ndash (ρb ρp)] vol (71)

Porozitet tla je suma svih šupljina tla ispunjenih vodom i zrakom a izračunava se pomoću prirodne gustoće tla (ρb) i gustoće čvrste faze tla (ρp) Tla mogu biti vrlo malo porozna (lt30 ) malo porozna (30 - 45 ) porozna (45 - 60 ) i vrlo porozna (gt 60 )

65

Trenutna vlaga tla θV0 = [(mW ndash mS) V)] 100 vol (72)

Trenutna vlaga tla predstavlja razliku u masi prirodno vlažnog tla (mW) i osušenoga tla na 105˚C do konstantne mase (mS) koja je svedena na obujam uzorka ndash valjka (V)

Retencijski kapacitet tla za vodu θVS = [(∆mW + mW ndash mS) V] 100 vol (73)

Predstavlja sposobnost tla da drži vodu molekularnom adhezijom hidratacijskim i kapilarnim silama i površinskom napetošću Određivanje retencijskog kapaciteta se vrši na način da se Kopeckijev valjak postavi u posudu na stalak pokriven filter papirom čiji rubovi poniru u vodu Na taj način uzorak tla u valjku upija vodu preko filtar papira Kada se tlo na površini valjka orosi znači da se zasitilo s vodom do retencijskoga kapaciteta Valjak se skida sa stalka ostavlja desetak minuta na filtar papiru da se suvišna vlaga odstrani te se nakon toga obriše i važe Potom se valjak stavlja u sušionik i suši na 105˚C do konstantne mase Retencijski kapacitet tla za vodu izračunava se iz razlike mase navlaženoga tla do retencijskoga kapaciteta (∆mW + mW) i mase suhoga tla (mS) svedene na volumen valjka (V) S obzirom na rezultat retencijski kapacitet tla za vodu može biti vrlo malen (lt 25 ) malen (25 - 35 ) srednji (35 -45 ) velik (45 - 60 ) i vrlo velik (gt 60 )

Kapacitet tla za zrak Φa = Φ ndash θVS vol (74)

Kapacitet tla za zrak je udjel pora tla koje ispunjava zrak u trenutku zasićenja tla do njegovog retencijskog kapaciteta za vodu a izračunava se iz razlike poroziteta tla i retencijskoga kapaciteta tla za vodu Kapacitet tla za vodu se izražava kao vrlo malen (lt 5 ) malen (5 - 10 ) srednji (10 -15 ) velik (15 - 20 ) i vrlo velik (gt 20 )

344 Prodirna značajka tla

Za mjerenje prodirne značajke tla rabljen je digitalni penetrometar Eijkelkamp čije osnovne sastavnice prikazuje slika 60 penetrologger- mjerni uređaj (1) dinamometar (2) čelični nastavci (3) konus (4) referentna ploča (5) te PC konektor (6) Načelo rada ovog penetrometra zasniva se na dinamometarskoj izmjeri primjenjene sile na rukohvatu uređaja kojim se konus poznatih dimenzija utiskuje u tlo Tijekom utiskivanja konusa u tlo ultrazvučni senzor penetrologgera mjeri dubinu prodiranja na osnovi odbijenih valova od referentne ploče (predstavlja površinu tla) s preciznošću od 1 cm Mjerni raspon dinamometra iznosi od 0 do 1 kN s preciznošću izmjere od 1 N Pri samom mjerenju računalo penetrometra zapisuje u njegovu internu memoriju parove izmjerenih podataka tj vrijednosti sile (tlak) i pomaka (dubina prodiranja) pomoću računalnog programa (data acquisition) u ASCII kodu Set penetrometra opremljen je s deset mjernih konusa različitih površina i vršnog kuta (30deg i 60deg) čime je omogućen širok raspon primjene ovog uređaja

Pomoću računalne aplikacije Eijkelkamp PenetroViewer (slika 62) ostvaruje se veza između digitalnog penetrometra i osobnog računala (COM port) kojom je omogućeno programiranje plana istraživanja (odabir veličine i vršnog kuta konusa brzine prodiranja konusa u tlo kao i broj repeticija mjerenja) odnosno vrši prijenos izmjerenih podataka Navedena aplikacija omugućuje i grafički pregled izmjerenih podataka te njihov prijenos iz ASCII koda u format koji koriste standardni tablični kalkulatori (txt csv xls) i statistički paketi Tijekom terenskih istraživanja korišten je konus s površinom presjeka 2 cm2 i vršnim kutem 30deg koji se utiskivao u tlo brzinom 1 cmsec U turnusu je izvođeno po 10 utiskivanja konusa u lijevom desnom kolotragu i na neizgaženom tlu (slika 61)

Slika 60 Eijkelkamp penetrometar

66

Slika 61 Mjerenje penetrometrom Eijkelkamp Slika 62 Aplikacija PenetroViewer ver 424

Uslijed nehomogenosti strukture tla Ronai (1983) i Horvat(1993A 1994A) primjećuju veliko rasipanje podataka između repeticija izmjere prodirnih značajki

Horvat (1994B 1995 1996A 1996B) navodi da se istraživanje ovisnosti otpora tla prodiranju konusa o dubini prodiranja regresijskom analizom može raditi sa srednjim vrijednostima otpora za pojedinu dubinu prodiranja iz ponovljenih mjerenja jednako dobro kao i sa svim podacima Isti autor u citiranim radovima za izjednačavanje podataka koristi eksponencijalni korelacijski oblik p = A sdot (BZ ndash 1) + C za koji navodi da karakteristična točka u kojoj se sijeku vodoravna asimptota i tangenta krivulje iz vrijednosti C može poslužiti za brojčano određenje i ocjenu prodirne značajke tla (slika 63)

345 Posmična čvrstoća tla

Krilna sonda je uređaj koji se sastoji od mjernog krila pričvršćenog na šipku na kojoj se nalazi moment metar naprava kojom se mjeri moment potreban da se okrene krilo u trenutku savladavanja čvrstoće na smicanje uzduž plašta valjka opisanog oko krila (Nonveiller 1979)

Mjerna krila predstavljaju dvije metalne ploče visine (H) i širine (B) međusobno poprečno pričvršćene na metalnu šipku (slika 64)

Krila sonde utiskuju se u tlo do željene dubine mjerenja Okretanjem krila tlo se lomi po plaštu valjka kojemu je promjer jednak širini krila Iz jednakosti momenta torzije (MT) i momenta otpora tla na smicanje na plaštu i bazi valjka kojeg stvaraju krila pri okretanju dobiva se čvrstoća smicanja tla

rArrsdotsdotsdotsdotsdot+sdotsdotsdotsdot= 23

2

22

2

2

TBBB

HBM πτπτ (75)

+sdotsdotπ

sdot=τ

3

2

2

T

BHB

M (76)

Otpor tla na smicanje (posmična čvrstoća) mjeren je krilnom sondom (Eijkelkamp ndash Field inspection Vane tester) Dimenzije krila sonde su 16 mm x 32 mm a mjerno područje ovog instrumenta je u rasponu od 0 do 260 kPa s točnošću očitanja mjernog rezultata od 4 kPa

Slika 63 Izjednačenje podataka prodirne značajke tla

Slika 64 Krilna sonda

67

Mjerni rezultat ovog instrumenta odnosi se na otpor pri smicanju tla u trenutku njegovog sloma Krilnom sondom su izvršena mjerenja u površinskom sloju tla i na dubini od 15 cm i to po 10 mjerenja u lijevom i desnom kolotragu te na nezgaženom tlu u svakom vučnom pokusu

346 Širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga

Za deformacije tla koje nastaju uslijed kretanja vozila po šumskom bespuću ne postoje standardizirane metode izmjere već se u literaturi opisuju kroz širinu gaženog traga dubinu kolotraga ili površinu presjeka gaženog profila tla

Kolotrag kotača vozila Saarilahti (2002A) definira kao površinsku deformaciju tla (ulegnuće) dublje od 10 cm i dulje od 05 m koje je nastalo uslijed sloma i sabijanja tla kretanjem vozila Pod razinom površine tla podrazumijeva dno sloja šumskog listinca ili mahovine Isti autor za prikupljanje podataka o dubini kolotraga na terenu preporuča uzimanje sistematskog uzorka na osnovi kvadratne mreže čija gustoća čvorova (grid) ovisi o željenom intenzitetu izmjereZa izmjeru na terenu koristi se tzv nultom točkom uzorka koja predstavlja čvor položene zamišljene mreže a samu izmjeru vrši na kolotragu koji mu je najbliži Pri tome od nulte točke kolotraga u uzdužnom smjeru vlake sa svake strane na duljini od 15 m mjeri dubinu deformacije tla Samu dubinu kolotraga raščlanjuje u dva razreda prihvatljivu (lt 10 cm) i neprihvatljivu (gt 10 cm) Zadano ograničenje dubine kolotraga (10 cm) zasniva se na procjeni kakvoće izvođenja radova ali i preporukama istraživača (Owende i dr 2002)

Za operativnu procjenu kakvoće izvođenja privlačenja drva Saarilahti (2002I) preporučuje prihvatljivu prosječnu dubinu kolotraga kao onu koja ne prelazi dubinu od 10 cm na više od 10 ukupne duljine cjelokupnoga gaženja tla sječne jedinice

Meek (1996) te Nugent i dr (2001) mjere značajke kolotraga (dubina širina gaženja) prema metodici prikazanoj na slici 65 Košir (2002) navodi da širina gaženja tla pri privlačenju drva ovisi o širini primjenjenoga vozila Usljed višekratnog prolaska vozila isti autor utvrđuje povećanje širine gaženja tla za 05 m sa svake strane vozila

Tijekom istraživanja širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga mjerili su se pomoću geodetske letve duljine 5 m položene na usidrene oslonce nakon svakog prolaska skidera (slika 66) Na svakoj vlaci su određena dva mjesta izmjere dubine kolotraga

Slika 65 Postupak izmjere kolotraga

Slika 66 Mjerenje dubine kolotraga na terenu

68

35 Statistička obrada podataka mjerenja

Terenski podaci mjerenja na tlu prenijeti su iz snimačkih listova u računalne datoteke radi lakše dostupnosti pri obradi podataka Obradom snimljenih podataka obuhvaćeni su kontrola i odabir podataka njihovo razvrstavanje kao i izračunavanje traženih parametara

Obrada podataka provedena je po sljedećem redoslijedu

rArr unošenje snimljenih podataka u računalo i stvaranje datoteka podataka za daljnju obradu

rArr određivanje zahtjeva s obzirom na cilj i razinu pojedinih obrada

rArr izbor metoda analize ili funkcija izjednačenja

rArr izračunavanje traženih parametara

rArr testiranje i analiza rezultata

rArr oblikovanje izlaza

Za opis temeljnih značajki skupova promatranih podataka (neovisne varijable) korištene su metode deskriptivne statistike gdje su izračunate različite mjere središnje tendencije rasipanja mjernih podataka a kao najpovoljnije odabrane su medijan i aritmetička sredina sa standardnom devijacijom kao mjerom rasipanja te vrijednosti Za aritmetičku sredinu kao srednju vrijednosti opažanih podataka postavljen je uvjet da preciznost smije biti maksimalno plusmn005 uz 95 vjerovatnosti Međutim Hitrec (1996) navodi teškoće u pridržavanju takvog uvjeta zbog jako velikog potrebnog uzorka kako bi se dobila potrebna preciznost i zadovoljavajuća pouzdanost što dovodi do predugog trajanja vremena pokusa i njegovog poskupljivanja

Pomoću testa razlike (Studentov t ndash test) provedeno je zaključivanje o značajnosti razlika među izračunatim srednjim vrijednostima opažanja (aritmetičkim sredinama) Na osnovi nulhipoteze pretpostavljeno je da su razlike između dviju sredina opažanja rezultat slučajne varijabilnosti vrijednosti u uzorcima te da između odgovarajućih sredina takve razlike nema Razlike između sredina dijeljene su sa standardnom pogreškom a zatim je kvocijent uspoređen s iznosom od 196 standardne pogreške Tamo gdje je kvocijent veći odbacujemo nulhipotezu a ako je manji smatramo da razlika između sredina nije značajna na 5 -tnoj razini signifikatnosti (Pavlić 1985)

Za testiranje značajnosti razlika prosječnih vrijednosti više skupova podataka (više od dva) istog mjernog parametra korištena je jednostruka analiza varijance (ANOVA) koja predstavlja postupak kojim se ukupna varijabilnost rastavlja na varijabilnost između prosječnih vrijednosti grupa opažanja i na varijabilnost unutar grupa opažanja (Serdar i Šošić 1981) Tim postupkom ova metoda odgovara na pitanje je li značajnija varijabilnost između srednjih vrijednosti grupa ili varijabilnost unutar pojedinih grupa podataka (Vasilj 2000)

Metode statističke analize vremenskih nizova korištene su za opis promjena fizičko-mehaničkih i vodno-fizičkih značajki šumskog tla koje su posljedica višekratnog prolaska forvardera Pri tome su korištena dva individualna indeksa kojima se iskazala dinamika sabijanja tla Indeks sa stalnom bazom iskazuje razinu promjene u odnosu na neku odabranu vrijednost (neizgaženo tlo) Lančani (verižni) indeks korišten je za prikaz promjene praćenih parametara tla u odnosu na svaki ponovni prolazak vozila po šumskom tlu

Za istraživanje mogućih stohastičkih ovisnosti između zadovoljavajuće koreliranih varijabli korištena je regresijska analiza Odabir krivulje izjednačenja vršen je na osnovi slijedećih parametara koeficijenta (determinacije) korelacije (R) standardne devijacije zavisne varijable oko linije izjednačenja (sYX) te t-varijable (tStat) i vjerovatnosti greške prve vrste (P-value) regresijskih koeficjenata (Serdar i Šošić 1981 Kachigan 1991) Za utvrđivanje jakosti veze između izjednačenih nezavisnih i zavisnih varijabli korištena je Roumlmer-Orphal-ova skala (Kump i dr 1970)

Slika 67 Roumlmer-Orphal-ova raspodjela

Matematičko ndash statistička obrada podataka obavljena je uz pomoć osobnog računala primjenom programskih paketa Microsoft Excel 97 i Sta Soft Statistica 50

69

Za izjednačavanje ovisnosti parova podataka koji porastom nezavisne varijable pokazuju da podaci zavisne varijable imaju asimptotski trend porasta korišten je eksponencijalni regresijski računalni program REGEXE primarno razvijen za istraživanja krivulja klizanja kotača vozila (Hitrec i Horvat 1987) Navedeni računalni program čvrstoću veza odabranih regresijskih modela prikazuje pomoću tri parametra r ndash koeficijenta korelacije R ndash indeksa korelacije i R gt ndash testiranja indeksa korelacije temeljem broja opažanja

Utvrđivanje razlika u stupnju sabijenosti tla višekratnim prolaskom skidera je izvršeno usporedbom površina ispod krivulja izjednačenja prodirnih značajki Poznavajući oblik i koeficijente jednadžbi izjednačenja metodom određenih integrala izračunate su površina ispod krivulja

59

signala iz pojačala sa serijskom frekvencijom radio modema Mjerno pojačalo HBM Spider 8 se proizvodi s tvornički podešenom izlaznom frekvencijom mjernog signala od 9600 bits Ali pri tome dolazi do prekida veze između radio modema budući da je veća brzina slanja signala od brzine punjenja spremišnog diska od strane mjernog pojačala Povećanje izlazne frekvencije mjernog pojačala HBM Spider 8 izvršeno je direktnim povezivanjem s računalom unosom Hayes-ovih naredbi putem HyperTerminala

Veliki se dio mjerne opreme nalazi na skideru te je za napajanje električnom energijom mjernih pojačala i radio modema na krov kabine učvršćen prijenosni generator

Postavljanjem mjerne opreme nosača i pomoćnih konstrukcija i uređaja povećala se masa skidera (slika 47) Prije početka mjerenja bilo je potrebno odrediti masu opremljenog skidera i opterećenja na kotačima Rezultat mjerenja opterećenja na kotačima pri privlačenju drva je promjena težine na osnovu opterećenja praznog skidera na ravnoj podlozi Određivanje mase i opterećenja na kotačima praznog skidera je izvršeno s četiri vage švedskog proizvođača TELUB

U svakoj se vagi nalaze po četiri neovisna dinamometra namjenjena mjerenju tlačnih naprezanja Na svakom je dinamometru postavljeno po četiri aktivne mjerne trake što znači da je riječ o mjernim pretvornicima s mjernim trakama u punom mostu Mjerni su pretvornici spojeni tako da pojedinačno i zajednički registriraju svako vanjsko opterećenje Svaka je vaga granično opteretiva sa 90 kN Budući da se opterećenje ne mora simetrično rasporediti na sva četiri dinamometra u krajnosti je moguća i takva situacija u kojoj se svaki od tih tlačnih dinamometara može pojedinačno opteretiti s graničnom nosivošću čitave vage Sva četiri tlačna dinamometra na svakoj vagi pripremljena su kao puni mostovi Mjerni pretvornici kvadratnog presjeka postavljeni su u sva četiri kuta podnožja vaga a vijcima su pričvršćeni kako za podnožje vage tako i za njezin poklopac Shematski prikaz jednog od dinamometra dat je na slici 48

Sve su vage spojene s mjernim pojačalom HBM Spider 8 koji je direktno povezan s prijenosnim računalom te su pomoću računalnog programa Catman 40 naprijed opisanom metodom očitani rezultati mjerenja

Vagama su također izmjerene mase svih drvnih sortimenata koje smo koristili u vučnim pokusima

Otpor kotrljanja i nulto klizanje kotača na podlozi (šumskom tlu) na kojem se vrši ispitiavanje vučne značajke utvrđuje se prije početka testiranja povlačenjem traktora u praznom hodu i s položajem transmisije u neutralnom položaju te s dinamometrom pričvršćenim između traktora i vozila koje ga vuče (Hassan 1989) Pri tome je korišten vlačno-tlačni dinamometar HBM 100 kN direktno povezan preko mjernog pojačala HBM Spider 8 s računalom te sila vuče očitana računalnim programom Catman 40

Primjena opisane mjerne opreme kao i potrebitost mjerenja težine tovara i nagiba terena uvjetovala je ispitivanje u kontroliranim uvjetima Ispitivanje u stvarnim eksploatacijskim uvjetima je neizvedivo zbog pretvorbe dijelova skidera u mjerila Zbog postavljanja nosača dinamometara na valjke vitla onemogućen je rad vitla Vitlo je korišteno samo za pripremu i vezanje tovara a pri privlačenju tovar se držao na nosaču Također mjerna oprema je osjetljiva na vlagu (opasnost kondenzacije vlage u mjernim pojačalima konektorima opasnost od kratkog spoja u prijenosu električne struje vrlo malih napona u mjernom lancu) te se u pravilu ispitivanja ne vrše u uvjetima kišnih ili sniježnih oborina

Slika 47 Skider s postavljenom mjernom opremom

Slika 48 Shematski prikaz jednog od četiriju

dinamometara svake vage

60

333 Umjeravanje mjernih pretvornika

Umjeravanje mjernih pretvornika je postupak određivanja mjernih konstanti za točno očitanje rezultata mjerenja Mjerno pojačalo HBM Spider 8 bilježi promjene napona do 2mvV Na osnovu promjene napona u navedenom rasponu pomoću mjernih konstanti unesenih u računalni program Catman 40 za svaki mjerni pretvornik odredit će se točno očitanje signala

Postupak umjeravanja se sastoji od usporedbe ostvarene poznate veličine na mjernom pretvorniku i rezultat očitanja veličine preko mjernog lanca Promjenom mjerne konstante utječemo na rezultat očitanja sve dok se odnos ostvarene i mjerene vrijednosti ne izjednači

Umjeravanja su mjernih pretvornika na skideru obavljena na poligonu za ispitivanje poljoprivredne mehanizacije Poljoprivrednoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu Umjeravanje mjernih traka za mjerenje zakretnih momenta na kotačima postavljenih na završnim reduktorima skidera izvršeno je djelovanjem poznate sile na kraku od 1 m Poluga za opterećivanje je vijcima pričvršćena na vanjsku stranu naplatka kotača dignutoga u zrak Poluga je libelom postavljena u vodoravan položaj te je točno određen krak od 1 m od središta osovine kotača Na tom mjestu je vršeno vertikalno opterećivanje poluge silom koja se mjerila pomoću dinamometra HBM 50 kN (slika 49)

Podaci umjeravanja obrađeni su statističkim metodama s ciljem da se utvrdi ovisnost između ostvarenih i izmjerenih vrijednosti Za svaki kotač su izračunavane linearne regresije podataka umjeravanja kao i vrijednosti koeficijenata korelacije Linearno izjednačenje podataka umjeravanja pokazuju slike od 50 do 53 Na slikama su unesene određene mjerne konstante Sva umjeravanja imaju visoke koeficijente korelacije što znači da je korelacijska veza vrlo čvrsta

Umjeravanje mjernih traka za mjerenje opterećenja na kotačima obavljeno je na način da su kotači postupno opterećivani s utezima sve veće mase Primjenjeni su utezi s certifikatom umjerene masene vrijednosti dobiveni od strane Državnog zavoda za normizaciju i mjeriteljstvo Istodobno su očitavane vrijednosti pomoću TELUB vaga koje su postavljene ispod kotača skidera Podaci o umjeravanju regresijske jednadžbe izjednačavanja podataka s koeficijentima korelacije te mjerne konstante su prikazane na slikama od 54 do 57

Slika 50 Umjeravanje zakretnog momenta na prednjem

lijevom kotaču Slika 51 Umjeravanje zakretnog momenta na

prednjem desnom kotaču

Slika 49 Umjeravanje zakretnog momenta

61

Slika 52 Umjeravanje zakretnog momenta na stražnjem

lijevom kotaču Slika 53 Umjeravanje zakretnog momenta na

stražnjem desnom kotaču

Slika 54 Umjeravanje opterećenja na prednjem lijevom

kotaču Slika 55 Umjeravanje opterećenja na prednjem

desnom kotaču

Slika 56 Umjeravanje opterećenja na stražnjem lijevom

kotaču Slika 57 Umjeravanje opterećenja na stražnjem

desnom kotaču

62

TELUB vage su umjeravane ranije za potrebe istraživanja u okviru rada Laboratorija za mjerenje mehaničkih veličina šumarskih strojeva Šumarskog fakulteta u Zagrebu Mjerne konstante TELUB vaga su prikazane u tablici 10 Korišteni HBM dinamometri su imali tvorničke podatke o umjeravanju i mjernim konstantama koje su provjerene istim opisanim postupkom

Tablica 8 Mjerne konstante TELUB vaga i HBM dinamometara

Mjerna vrijednost

Promjena napona

Vaga 1 Vaga 2 Vaga 3 Vaga 4 Dinamometar 20 kN

Dinamometar 50 kN

Dinamometar 100 kN

mVV t t t t kN kN kN

0 0 0 0 0 0 0 0

2 13143 13268 13305 13118 20 50 100

334 Obrada podataka

Rezultati mjerenja svakog prolaska skidera šumskom vlakom su pohranjivani u datoteke Microsoft Excell-a gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjerenja svake 150 sekunde Isti postupak je izvršen pri mjerenju sile vuče praznog skidera drugim vozilom opterećenja na kotačima opremljenog skidera na ravnoj podlozi i vaganja drvnih sortimenata

Početak snimanja svakog turnusa je počinjao prije kretanja skidera vlakom kako bi se provjerila veza i uspostavio daljinski prijenos podataka Isto tako snimanje podataka se završavalo u trenutka zaustavljanja skidera na kraju vlake Zbog navedenog načina snimanja mjernih podataka u snimljenim datotekama je potrebno ustanoviti samo niz podataka za svaku veličinu koja se odnosi na kretanje skidera Ovaj postupak je izvršen na osnovu grafičkog prikaza mjernih podataka koji se uočljivo razlikuju od trenutka pokretanja do zaustavljanja skidera na osnovu računalnog zapisa vremena Za svaki turnus je određeno vremensko trajanje kretanja skidera s točnošću 002 sekunde i u tom vremenskom intervalu su određene mjere središnje tendencije rasipanja podataka metodama deskriptivne statistike broj opažanja aritmetička sredina i standardna devijacija

Rezultati mjerenja broja okretaja pogonskih kotača i petog kotača predstavljaju niz promjena napona između vrijednosti 5 V i 9 V te su obrađeni pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i Datoteka navedenog računalnog programa je podešena da unosom niza promjena napona zabilježenog na kotaču i frekvencije očitanja mjernih podataka (50 Hz) broj impulsa po jednom okretu kotača prikaže kao ukupan broj okretaja kotača (n) i frekvenciju vrtnje kotača u vremenskim intervalima (slika 58) Ova analiza je izvršena za sve kotače i turnuse u vučnim pokusima

Slika 58 Prikaz obrade podataka pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i

63

34 Mjerenja na tlu

Istraživanja na tlu obuhvatila su kopanje pedoloških profila uzimanje uzoraka tla u narušenom i nenarušenom (prirodnom) stanju mjerenje prodirne značajke tla mjerenje otpora tla na smicanje te mjerenja dubine kolotraga

Informacije o osnovnim značajkama šumskog tla na mjestu istraživanja prikupljene su otvaranjem pedološkog profila i uzimanjem uzoraka tla u narušenom stanju

Mjerenjem prodirne značajke tla i otpora tla na smicanje te uzimanjem uzoraka tla na neizgaženom tlu i tlu na vlakama ovisno o broju prolazaka skidera utvrdila bi se razina oštećenosti šumskoga tla uslijed privlačenja drva

Uzimanje bi se uzoraka tla u nenarušenom stanju također provelo na neizgaženom tlu u tlu vlake a rezultati vodno-fizičkih svojstva tla dobiveni laboratorijskom analizom uzoraka tla također bi bili upotrebljeni za procjenu utjecaja prolaska skidera na oštećenja tla

Istim metodama oštećenja tla prolaskom skidera su utvrđivali Vranković i Pernar (1993) Meek (1996) i Mathies i dr (2003) Seixas i dr (2003)

341 Vrsta tla i sklop horizonata

Analizom pedoloških profila (pedoloških jama) utvrđuju se vrsta i tip tla te sklop njegovih horizonata

Sklop profila čine horizonti njihov broj izraženost debljina te prijelaz jednog horizonta u drugi Horizont je sloj tla sa značajkama koje su rezultat pedogenetskih čimbenika Osim utvđivanja vrste i tipa tla te dubine rasprostiranja pojedinih horizonata na pedološkom profilu vađeni su i Kopeckijevi valjci radi dobivanja spoznaja o gustoći tla i strukturi poroziteta svakog pojedinog horizonta

Pedološki profil je otvoren (kopan) prema dimenzijama na slici 59 Prilikom određivanja njegovoga položaja smještan je ispod vanjskih dijelova krošanja dubećih stabala te su izbjegavana mjesta gdje su u prošlosti prolazile stare vlake s ciljem dobivanja što reprezentativnijeg podatka

342 Uzorci tla u narušenom stanju

Iz uzoraka tla u narušenom (prirodno poremećenom) stanju laboratorijskim analizama mjere se i izračunavaju vodno-fizička svojstva tla zasnovana na masi uzorka Svrha uzimanja ove vrste uzoraka na terenu je određivanje granulometrijskoga sastava tla

Laboratorijske (direktne) metode određivanje granulometrijskoga sastava tla obuhvaćaju sušenje uzorka odvajanje skeleta usitnjavanje i prosijavanje tla preko sita s rupicama promjera 2 mm kako bi se odvojilo sitno tlo (sitnica) Nakon prve faze rada slijedi priprema sitnice za mehaničku analizu prema jednoj od propisanih metoda čija je svrha odvajanje povezanih čestica pijeska praha i gline te spriječavanje njihove ponovne koagulacije uslijed dijelovanja čestica gline U šumarskoj i poljoprivrednoj pedologiji ova faza rada najčešće se izvodi kuhanjem uzorka tla nakon čega se on prebacuje u valjke za sedimentaciju a zatim se vrši određivanje postotnoga sadržaja pojedinih frakcija pipet metodom (Škorić 1986) Pipet metoda se zasniva na poznatoj brzini padanja pojedinih čestica u suspenziji Na osnovi toga se pipetiranjem s određene dubine u valjku nakon točno određenoga vremena odpipetiraju čestice gline čestice praha i gline a krupni i sitni pijesak dobiju se računskim putem

Slika 59 Položaj i dimenzije pedološkog profila

64

Kemijske analize uzoraka tla provedene su po ovim postupcima

minus reakcija tla izmjerena je elektrometrijski kombiniranom elektrodom u suspenziji tla u vodi odnosno u 001 M CaCl2 u odnosu 125 Za mjerenje je korišten laboratorijski mikroprocesorski pH metar oznake MA 5736 točnosti plusmn 001 pH tvrtke Metrel

minus sadržaj humusa određen je bikromatnom metodom po Tjurinu

minus sadržaj ukupnog dušika određen je spaljivanjem po postupku Kjeldahla i destilacijom po Bremneru

343 Uzorci tla u nenarušenom stanju

Svrha uzimanja uzoraka tla u prirodnom stanju je utvrđivanje vodno-fizičkih svojstava tla zasnovanih na volumenu uzorka

Uzorak tla u nenarušenom stanju uziman je pomoću Kopeckijevog valjka zapremine 100 cm3 (visina 44 cm promjer 55 cm) Sam valjak sastoji se od tijela valjka koje je na jednom kraju zabrušen radi lakšeg utiskivanja u tlo metalne mrežice te dva poklopca Valjci moraju biti označeni s istim oznakama na tijelu valjka i poklopcima Prije izlaska na teren pomičnim je mjerilom provjereno odstupaju li dimenzije valjaka od normiranih vrijednosti Da bi se valjak lakše utisnuo u tlo koristi se metalni nastavak za valjke te drveni ili gumeni bat Nakon utiskivanja valjka u tlo skida se nastavak i lopatom se isijeca tlo oko valjka kako bi se on lakše oslobodio od okolnoga tla

Ovako izvađen valjak najčešće ima višak tla s gornje i donje strane koje je potrebno obrezati oštrim nožem da površina tla bude u visini rubova valjka Nakon stavljanja metalne mrežice i oba poklopca valjak je zamatan u najlon te odlagan u putni hladnjak radi sprečavanja isušivanja uzorka tla tijekom transporta do laboratorija Oznake s tijela valjka i podaci o mjestu vađenja (neizgaženo tlo lijevi ili desni kolotrag broj prolaska skidera broj vlake) upisuju se u terenski manual Prilikom uzimanja uzoraka valjci su utiskivani usporedno s površinom tla na dubini od 15 cm Nakon prolaska skidera vađeno je nekoliko valjaka iz lijevog i desnog kolotraga skidera Pri svakom turnusu je također vađeno nekoliko valjaka na neizgaženom tlu u cilju utvrđivanja dnevnih promjena vodno-fizičkih svojstava tla

S obzirom na veliku neujednačenost tla važno je uzeti veći broj uzoraka a kao minimalna količina repeticija preporuča se vađenje pet valjaka u istim uvjetima (Anon1971) S druge strane u ovom istraživanju je vrlo teško ostvariti dovoljan broj uzoraka jer bi se navedenim brojem uzimanja valjaka kopanjem narušila struktura tla šumskih vlaka što bi utjecalo na pogrešno utvrđivanje odnosa kotača i tla

Analize uzoraka tla provedene su u Pedološkom laboratoriju Zavoda za uzgajanje šuma Šumarskoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu u skladu sa Priručnikom za pedološka istraživanja (Škorić 1982) Iz uzoraka tla u nenarušenom stanju laboratorijskim su analizama utvrđena sljedeća vodno-fizička svojstava

Prirodna gustoća tla ρb = (mS V) gcm3

(69)

Određivanje prirodne gustoće tla vrši se tako da se masa suhoga tla podijeli s volumenom koje tlo ima u prirodnom stanju tj tlo iz Kopeckijevoga valjka stavlja se u sušionik te se suši na 105˚C do konstantne mase Masa osušenoga tla (mS) stavlja se u omjer s volumenom valjka (V)

Gustoća čvrste faze tla ρp gcm3

(70)

Ova gustoća određuje se na način da se masa potpuno suhoga tla podijeli s volumenom koji zaprema neporozna masa čvrstih čestica tla koja se određuje na principu tekućine koju istisnu čvrste čestice tla iz napunjene baždarene posude (piknometra) Poznavanje vrijednosti prirodne gustoće tla i gustoće čvrste faze tla omogućuje izračunavanje poroziteta tla

Porozitet tla Φ = [1 ndash (ρb ρp)] vol (71)

Porozitet tla je suma svih šupljina tla ispunjenih vodom i zrakom a izračunava se pomoću prirodne gustoće tla (ρb) i gustoće čvrste faze tla (ρp) Tla mogu biti vrlo malo porozna (lt30 ) malo porozna (30 - 45 ) porozna (45 - 60 ) i vrlo porozna (gt 60 )

65

Trenutna vlaga tla θV0 = [(mW ndash mS) V)] 100 vol (72)

Trenutna vlaga tla predstavlja razliku u masi prirodno vlažnog tla (mW) i osušenoga tla na 105˚C do konstantne mase (mS) koja je svedena na obujam uzorka ndash valjka (V)

Retencijski kapacitet tla za vodu θVS = [(∆mW + mW ndash mS) V] 100 vol (73)

Predstavlja sposobnost tla da drži vodu molekularnom adhezijom hidratacijskim i kapilarnim silama i površinskom napetošću Određivanje retencijskog kapaciteta se vrši na način da se Kopeckijev valjak postavi u posudu na stalak pokriven filter papirom čiji rubovi poniru u vodu Na taj način uzorak tla u valjku upija vodu preko filtar papira Kada se tlo na površini valjka orosi znači da se zasitilo s vodom do retencijskoga kapaciteta Valjak se skida sa stalka ostavlja desetak minuta na filtar papiru da se suvišna vlaga odstrani te se nakon toga obriše i važe Potom se valjak stavlja u sušionik i suši na 105˚C do konstantne mase Retencijski kapacitet tla za vodu izračunava se iz razlike mase navlaženoga tla do retencijskoga kapaciteta (∆mW + mW) i mase suhoga tla (mS) svedene na volumen valjka (V) S obzirom na rezultat retencijski kapacitet tla za vodu može biti vrlo malen (lt 25 ) malen (25 - 35 ) srednji (35 -45 ) velik (45 - 60 ) i vrlo velik (gt 60 )

Kapacitet tla za zrak Φa = Φ ndash θVS vol (74)

Kapacitet tla za zrak je udjel pora tla koje ispunjava zrak u trenutku zasićenja tla do njegovog retencijskog kapaciteta za vodu a izračunava se iz razlike poroziteta tla i retencijskoga kapaciteta tla za vodu Kapacitet tla za vodu se izražava kao vrlo malen (lt 5 ) malen (5 - 10 ) srednji (10 -15 ) velik (15 - 20 ) i vrlo velik (gt 20 )

344 Prodirna značajka tla

Za mjerenje prodirne značajke tla rabljen je digitalni penetrometar Eijkelkamp čije osnovne sastavnice prikazuje slika 60 penetrologger- mjerni uređaj (1) dinamometar (2) čelični nastavci (3) konus (4) referentna ploča (5) te PC konektor (6) Načelo rada ovog penetrometra zasniva se na dinamometarskoj izmjeri primjenjene sile na rukohvatu uređaja kojim se konus poznatih dimenzija utiskuje u tlo Tijekom utiskivanja konusa u tlo ultrazvučni senzor penetrologgera mjeri dubinu prodiranja na osnovi odbijenih valova od referentne ploče (predstavlja površinu tla) s preciznošću od 1 cm Mjerni raspon dinamometra iznosi od 0 do 1 kN s preciznošću izmjere od 1 N Pri samom mjerenju računalo penetrometra zapisuje u njegovu internu memoriju parove izmjerenih podataka tj vrijednosti sile (tlak) i pomaka (dubina prodiranja) pomoću računalnog programa (data acquisition) u ASCII kodu Set penetrometra opremljen je s deset mjernih konusa različitih površina i vršnog kuta (30deg i 60deg) čime je omogućen širok raspon primjene ovog uređaja

Pomoću računalne aplikacije Eijkelkamp PenetroViewer (slika 62) ostvaruje se veza između digitalnog penetrometra i osobnog računala (COM port) kojom je omogućeno programiranje plana istraživanja (odabir veličine i vršnog kuta konusa brzine prodiranja konusa u tlo kao i broj repeticija mjerenja) odnosno vrši prijenos izmjerenih podataka Navedena aplikacija omugućuje i grafički pregled izmjerenih podataka te njihov prijenos iz ASCII koda u format koji koriste standardni tablični kalkulatori (txt csv xls) i statistički paketi Tijekom terenskih istraživanja korišten je konus s površinom presjeka 2 cm2 i vršnim kutem 30deg koji se utiskivao u tlo brzinom 1 cmsec U turnusu je izvođeno po 10 utiskivanja konusa u lijevom desnom kolotragu i na neizgaženom tlu (slika 61)

Slika 60 Eijkelkamp penetrometar

66

Slika 61 Mjerenje penetrometrom Eijkelkamp Slika 62 Aplikacija PenetroViewer ver 424

Uslijed nehomogenosti strukture tla Ronai (1983) i Horvat(1993A 1994A) primjećuju veliko rasipanje podataka između repeticija izmjere prodirnih značajki

Horvat (1994B 1995 1996A 1996B) navodi da se istraživanje ovisnosti otpora tla prodiranju konusa o dubini prodiranja regresijskom analizom može raditi sa srednjim vrijednostima otpora za pojedinu dubinu prodiranja iz ponovljenih mjerenja jednako dobro kao i sa svim podacima Isti autor u citiranim radovima za izjednačavanje podataka koristi eksponencijalni korelacijski oblik p = A sdot (BZ ndash 1) + C za koji navodi da karakteristična točka u kojoj se sijeku vodoravna asimptota i tangenta krivulje iz vrijednosti C može poslužiti za brojčano određenje i ocjenu prodirne značajke tla (slika 63)

345 Posmična čvrstoća tla

Krilna sonda je uređaj koji se sastoji od mjernog krila pričvršćenog na šipku na kojoj se nalazi moment metar naprava kojom se mjeri moment potreban da se okrene krilo u trenutku savladavanja čvrstoće na smicanje uzduž plašta valjka opisanog oko krila (Nonveiller 1979)

Mjerna krila predstavljaju dvije metalne ploče visine (H) i širine (B) međusobno poprečno pričvršćene na metalnu šipku (slika 64)

Krila sonde utiskuju se u tlo do željene dubine mjerenja Okretanjem krila tlo se lomi po plaštu valjka kojemu je promjer jednak širini krila Iz jednakosti momenta torzije (MT) i momenta otpora tla na smicanje na plaštu i bazi valjka kojeg stvaraju krila pri okretanju dobiva se čvrstoća smicanja tla

rArrsdotsdotsdotsdotsdot+sdotsdotsdotsdot= 23

2

22

2

2

TBBB

HBM πτπτ (75)

+sdotsdotπ

sdot=τ

3

2

2

T

BHB

M (76)

Otpor tla na smicanje (posmična čvrstoća) mjeren je krilnom sondom (Eijkelkamp ndash Field inspection Vane tester) Dimenzije krila sonde su 16 mm x 32 mm a mjerno područje ovog instrumenta je u rasponu od 0 do 260 kPa s točnošću očitanja mjernog rezultata od 4 kPa

Slika 63 Izjednačenje podataka prodirne značajke tla

Slika 64 Krilna sonda

67

Mjerni rezultat ovog instrumenta odnosi se na otpor pri smicanju tla u trenutku njegovog sloma Krilnom sondom su izvršena mjerenja u površinskom sloju tla i na dubini od 15 cm i to po 10 mjerenja u lijevom i desnom kolotragu te na nezgaženom tlu u svakom vučnom pokusu

346 Širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga

Za deformacije tla koje nastaju uslijed kretanja vozila po šumskom bespuću ne postoje standardizirane metode izmjere već se u literaturi opisuju kroz širinu gaženog traga dubinu kolotraga ili površinu presjeka gaženog profila tla

Kolotrag kotača vozila Saarilahti (2002A) definira kao površinsku deformaciju tla (ulegnuće) dublje od 10 cm i dulje od 05 m koje je nastalo uslijed sloma i sabijanja tla kretanjem vozila Pod razinom površine tla podrazumijeva dno sloja šumskog listinca ili mahovine Isti autor za prikupljanje podataka o dubini kolotraga na terenu preporuča uzimanje sistematskog uzorka na osnovi kvadratne mreže čija gustoća čvorova (grid) ovisi o željenom intenzitetu izmjereZa izmjeru na terenu koristi se tzv nultom točkom uzorka koja predstavlja čvor položene zamišljene mreže a samu izmjeru vrši na kolotragu koji mu je najbliži Pri tome od nulte točke kolotraga u uzdužnom smjeru vlake sa svake strane na duljini od 15 m mjeri dubinu deformacije tla Samu dubinu kolotraga raščlanjuje u dva razreda prihvatljivu (lt 10 cm) i neprihvatljivu (gt 10 cm) Zadano ograničenje dubine kolotraga (10 cm) zasniva se na procjeni kakvoće izvođenja radova ali i preporukama istraživača (Owende i dr 2002)

Za operativnu procjenu kakvoće izvođenja privlačenja drva Saarilahti (2002I) preporučuje prihvatljivu prosječnu dubinu kolotraga kao onu koja ne prelazi dubinu od 10 cm na više od 10 ukupne duljine cjelokupnoga gaženja tla sječne jedinice

Meek (1996) te Nugent i dr (2001) mjere značajke kolotraga (dubina širina gaženja) prema metodici prikazanoj na slici 65 Košir (2002) navodi da širina gaženja tla pri privlačenju drva ovisi o širini primjenjenoga vozila Usljed višekratnog prolaska vozila isti autor utvrđuje povećanje širine gaženja tla za 05 m sa svake strane vozila

Tijekom istraživanja širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga mjerili su se pomoću geodetske letve duljine 5 m položene na usidrene oslonce nakon svakog prolaska skidera (slika 66) Na svakoj vlaci su određena dva mjesta izmjere dubine kolotraga

Slika 65 Postupak izmjere kolotraga

Slika 66 Mjerenje dubine kolotraga na terenu

68

35 Statistička obrada podataka mjerenja

Terenski podaci mjerenja na tlu prenijeti su iz snimačkih listova u računalne datoteke radi lakše dostupnosti pri obradi podataka Obradom snimljenih podataka obuhvaćeni su kontrola i odabir podataka njihovo razvrstavanje kao i izračunavanje traženih parametara

Obrada podataka provedena je po sljedećem redoslijedu

rArr unošenje snimljenih podataka u računalo i stvaranje datoteka podataka za daljnju obradu

rArr određivanje zahtjeva s obzirom na cilj i razinu pojedinih obrada

rArr izbor metoda analize ili funkcija izjednačenja

rArr izračunavanje traženih parametara

rArr testiranje i analiza rezultata

rArr oblikovanje izlaza

Za opis temeljnih značajki skupova promatranih podataka (neovisne varijable) korištene su metode deskriptivne statistike gdje su izračunate različite mjere središnje tendencije rasipanja mjernih podataka a kao najpovoljnije odabrane su medijan i aritmetička sredina sa standardnom devijacijom kao mjerom rasipanja te vrijednosti Za aritmetičku sredinu kao srednju vrijednosti opažanih podataka postavljen je uvjet da preciznost smije biti maksimalno plusmn005 uz 95 vjerovatnosti Međutim Hitrec (1996) navodi teškoće u pridržavanju takvog uvjeta zbog jako velikog potrebnog uzorka kako bi se dobila potrebna preciznost i zadovoljavajuća pouzdanost što dovodi do predugog trajanja vremena pokusa i njegovog poskupljivanja

Pomoću testa razlike (Studentov t ndash test) provedeno je zaključivanje o značajnosti razlika među izračunatim srednjim vrijednostima opažanja (aritmetičkim sredinama) Na osnovi nulhipoteze pretpostavljeno je da su razlike između dviju sredina opažanja rezultat slučajne varijabilnosti vrijednosti u uzorcima te da između odgovarajućih sredina takve razlike nema Razlike između sredina dijeljene su sa standardnom pogreškom a zatim je kvocijent uspoređen s iznosom od 196 standardne pogreške Tamo gdje je kvocijent veći odbacujemo nulhipotezu a ako je manji smatramo da razlika između sredina nije značajna na 5 -tnoj razini signifikatnosti (Pavlić 1985)

Za testiranje značajnosti razlika prosječnih vrijednosti više skupova podataka (više od dva) istog mjernog parametra korištena je jednostruka analiza varijance (ANOVA) koja predstavlja postupak kojim se ukupna varijabilnost rastavlja na varijabilnost između prosječnih vrijednosti grupa opažanja i na varijabilnost unutar grupa opažanja (Serdar i Šošić 1981) Tim postupkom ova metoda odgovara na pitanje je li značajnija varijabilnost između srednjih vrijednosti grupa ili varijabilnost unutar pojedinih grupa podataka (Vasilj 2000)

Metode statističke analize vremenskih nizova korištene su za opis promjena fizičko-mehaničkih i vodno-fizičkih značajki šumskog tla koje su posljedica višekratnog prolaska forvardera Pri tome su korištena dva individualna indeksa kojima se iskazala dinamika sabijanja tla Indeks sa stalnom bazom iskazuje razinu promjene u odnosu na neku odabranu vrijednost (neizgaženo tlo) Lančani (verižni) indeks korišten je za prikaz promjene praćenih parametara tla u odnosu na svaki ponovni prolazak vozila po šumskom tlu

Za istraživanje mogućih stohastičkih ovisnosti između zadovoljavajuće koreliranih varijabli korištena je regresijska analiza Odabir krivulje izjednačenja vršen je na osnovi slijedećih parametara koeficijenta (determinacije) korelacije (R) standardne devijacije zavisne varijable oko linije izjednačenja (sYX) te t-varijable (tStat) i vjerovatnosti greške prve vrste (P-value) regresijskih koeficjenata (Serdar i Šošić 1981 Kachigan 1991) Za utvrđivanje jakosti veze između izjednačenih nezavisnih i zavisnih varijabli korištena je Roumlmer-Orphal-ova skala (Kump i dr 1970)

Slika 67 Roumlmer-Orphal-ova raspodjela

Matematičko ndash statistička obrada podataka obavljena je uz pomoć osobnog računala primjenom programskih paketa Microsoft Excel 97 i Sta Soft Statistica 50

69

Za izjednačavanje ovisnosti parova podataka koji porastom nezavisne varijable pokazuju da podaci zavisne varijable imaju asimptotski trend porasta korišten je eksponencijalni regresijski računalni program REGEXE primarno razvijen za istraživanja krivulja klizanja kotača vozila (Hitrec i Horvat 1987) Navedeni računalni program čvrstoću veza odabranih regresijskih modela prikazuje pomoću tri parametra r ndash koeficijenta korelacije R ndash indeksa korelacije i R gt ndash testiranja indeksa korelacije temeljem broja opažanja

Utvrđivanje razlika u stupnju sabijenosti tla višekratnim prolaskom skidera je izvršeno usporedbom površina ispod krivulja izjednačenja prodirnih značajki Poznavajući oblik i koeficijente jednadžbi izjednačenja metodom određenih integrala izračunate su površina ispod krivulja

60

333 Umjeravanje mjernih pretvornika

Umjeravanje mjernih pretvornika je postupak određivanja mjernih konstanti za točno očitanje rezultata mjerenja Mjerno pojačalo HBM Spider 8 bilježi promjene napona do 2mvV Na osnovu promjene napona u navedenom rasponu pomoću mjernih konstanti unesenih u računalni program Catman 40 za svaki mjerni pretvornik odredit će se točno očitanje signala

Postupak umjeravanja se sastoji od usporedbe ostvarene poznate veličine na mjernom pretvorniku i rezultat očitanja veličine preko mjernog lanca Promjenom mjerne konstante utječemo na rezultat očitanja sve dok se odnos ostvarene i mjerene vrijednosti ne izjednači

Umjeravanja su mjernih pretvornika na skideru obavljena na poligonu za ispitivanje poljoprivredne mehanizacije Poljoprivrednoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu Umjeravanje mjernih traka za mjerenje zakretnih momenta na kotačima postavljenih na završnim reduktorima skidera izvršeno je djelovanjem poznate sile na kraku od 1 m Poluga za opterećivanje je vijcima pričvršćena na vanjsku stranu naplatka kotača dignutoga u zrak Poluga je libelom postavljena u vodoravan položaj te je točno određen krak od 1 m od središta osovine kotača Na tom mjestu je vršeno vertikalno opterećivanje poluge silom koja se mjerila pomoću dinamometra HBM 50 kN (slika 49)

Podaci umjeravanja obrađeni su statističkim metodama s ciljem da se utvrdi ovisnost između ostvarenih i izmjerenih vrijednosti Za svaki kotač su izračunavane linearne regresije podataka umjeravanja kao i vrijednosti koeficijenata korelacije Linearno izjednačenje podataka umjeravanja pokazuju slike od 50 do 53 Na slikama su unesene određene mjerne konstante Sva umjeravanja imaju visoke koeficijente korelacije što znači da je korelacijska veza vrlo čvrsta

Umjeravanje mjernih traka za mjerenje opterećenja na kotačima obavljeno je na način da su kotači postupno opterećivani s utezima sve veće mase Primjenjeni su utezi s certifikatom umjerene masene vrijednosti dobiveni od strane Državnog zavoda za normizaciju i mjeriteljstvo Istodobno su očitavane vrijednosti pomoću TELUB vaga koje su postavljene ispod kotača skidera Podaci o umjeravanju regresijske jednadžbe izjednačavanja podataka s koeficijentima korelacije te mjerne konstante su prikazane na slikama od 54 do 57

Slika 50 Umjeravanje zakretnog momenta na prednjem

lijevom kotaču Slika 51 Umjeravanje zakretnog momenta na

prednjem desnom kotaču

Slika 49 Umjeravanje zakretnog momenta

61

Slika 52 Umjeravanje zakretnog momenta na stražnjem

lijevom kotaču Slika 53 Umjeravanje zakretnog momenta na

stražnjem desnom kotaču

Slika 54 Umjeravanje opterećenja na prednjem lijevom

kotaču Slika 55 Umjeravanje opterećenja na prednjem

desnom kotaču

Slika 56 Umjeravanje opterećenja na stražnjem lijevom

kotaču Slika 57 Umjeravanje opterećenja na stražnjem

desnom kotaču

62

TELUB vage su umjeravane ranije za potrebe istraživanja u okviru rada Laboratorija za mjerenje mehaničkih veličina šumarskih strojeva Šumarskog fakulteta u Zagrebu Mjerne konstante TELUB vaga su prikazane u tablici 10 Korišteni HBM dinamometri su imali tvorničke podatke o umjeravanju i mjernim konstantama koje su provjerene istim opisanim postupkom

Tablica 8 Mjerne konstante TELUB vaga i HBM dinamometara

Mjerna vrijednost

Promjena napona

Vaga 1 Vaga 2 Vaga 3 Vaga 4 Dinamometar 20 kN

Dinamometar 50 kN

Dinamometar 100 kN

mVV t t t t kN kN kN

0 0 0 0 0 0 0 0

2 13143 13268 13305 13118 20 50 100

334 Obrada podataka

Rezultati mjerenja svakog prolaska skidera šumskom vlakom su pohranjivani u datoteke Microsoft Excell-a gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjerenja svake 150 sekunde Isti postupak je izvršen pri mjerenju sile vuče praznog skidera drugim vozilom opterećenja na kotačima opremljenog skidera na ravnoj podlozi i vaganja drvnih sortimenata

Početak snimanja svakog turnusa je počinjao prije kretanja skidera vlakom kako bi se provjerila veza i uspostavio daljinski prijenos podataka Isto tako snimanje podataka se završavalo u trenutka zaustavljanja skidera na kraju vlake Zbog navedenog načina snimanja mjernih podataka u snimljenim datotekama je potrebno ustanoviti samo niz podataka za svaku veličinu koja se odnosi na kretanje skidera Ovaj postupak je izvršen na osnovu grafičkog prikaza mjernih podataka koji se uočljivo razlikuju od trenutka pokretanja do zaustavljanja skidera na osnovu računalnog zapisa vremena Za svaki turnus je određeno vremensko trajanje kretanja skidera s točnošću 002 sekunde i u tom vremenskom intervalu su određene mjere središnje tendencije rasipanja podataka metodama deskriptivne statistike broj opažanja aritmetička sredina i standardna devijacija

Rezultati mjerenja broja okretaja pogonskih kotača i petog kotača predstavljaju niz promjena napona između vrijednosti 5 V i 9 V te su obrađeni pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i Datoteka navedenog računalnog programa je podešena da unosom niza promjena napona zabilježenog na kotaču i frekvencije očitanja mjernih podataka (50 Hz) broj impulsa po jednom okretu kotača prikaže kao ukupan broj okretaja kotača (n) i frekvenciju vrtnje kotača u vremenskim intervalima (slika 58) Ova analiza je izvršena za sve kotače i turnuse u vučnim pokusima

Slika 58 Prikaz obrade podataka pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i

63

34 Mjerenja na tlu

Istraživanja na tlu obuhvatila su kopanje pedoloških profila uzimanje uzoraka tla u narušenom i nenarušenom (prirodnom) stanju mjerenje prodirne značajke tla mjerenje otpora tla na smicanje te mjerenja dubine kolotraga

Informacije o osnovnim značajkama šumskog tla na mjestu istraživanja prikupljene su otvaranjem pedološkog profila i uzimanjem uzoraka tla u narušenom stanju

Mjerenjem prodirne značajke tla i otpora tla na smicanje te uzimanjem uzoraka tla na neizgaženom tlu i tlu na vlakama ovisno o broju prolazaka skidera utvrdila bi se razina oštećenosti šumskoga tla uslijed privlačenja drva

Uzimanje bi se uzoraka tla u nenarušenom stanju također provelo na neizgaženom tlu u tlu vlake a rezultati vodno-fizičkih svojstva tla dobiveni laboratorijskom analizom uzoraka tla također bi bili upotrebljeni za procjenu utjecaja prolaska skidera na oštećenja tla

Istim metodama oštećenja tla prolaskom skidera su utvrđivali Vranković i Pernar (1993) Meek (1996) i Mathies i dr (2003) Seixas i dr (2003)

341 Vrsta tla i sklop horizonata

Analizom pedoloških profila (pedoloških jama) utvrđuju se vrsta i tip tla te sklop njegovih horizonata

Sklop profila čine horizonti njihov broj izraženost debljina te prijelaz jednog horizonta u drugi Horizont je sloj tla sa značajkama koje su rezultat pedogenetskih čimbenika Osim utvđivanja vrste i tipa tla te dubine rasprostiranja pojedinih horizonata na pedološkom profilu vađeni su i Kopeckijevi valjci radi dobivanja spoznaja o gustoći tla i strukturi poroziteta svakog pojedinog horizonta

Pedološki profil je otvoren (kopan) prema dimenzijama na slici 59 Prilikom određivanja njegovoga položaja smještan je ispod vanjskih dijelova krošanja dubećih stabala te su izbjegavana mjesta gdje su u prošlosti prolazile stare vlake s ciljem dobivanja što reprezentativnijeg podatka

342 Uzorci tla u narušenom stanju

Iz uzoraka tla u narušenom (prirodno poremećenom) stanju laboratorijskim analizama mjere se i izračunavaju vodno-fizička svojstva tla zasnovana na masi uzorka Svrha uzimanja ove vrste uzoraka na terenu je određivanje granulometrijskoga sastava tla

Laboratorijske (direktne) metode određivanje granulometrijskoga sastava tla obuhvaćaju sušenje uzorka odvajanje skeleta usitnjavanje i prosijavanje tla preko sita s rupicama promjera 2 mm kako bi se odvojilo sitno tlo (sitnica) Nakon prve faze rada slijedi priprema sitnice za mehaničku analizu prema jednoj od propisanih metoda čija je svrha odvajanje povezanih čestica pijeska praha i gline te spriječavanje njihove ponovne koagulacije uslijed dijelovanja čestica gline U šumarskoj i poljoprivrednoj pedologiji ova faza rada najčešće se izvodi kuhanjem uzorka tla nakon čega se on prebacuje u valjke za sedimentaciju a zatim se vrši određivanje postotnoga sadržaja pojedinih frakcija pipet metodom (Škorić 1986) Pipet metoda se zasniva na poznatoj brzini padanja pojedinih čestica u suspenziji Na osnovi toga se pipetiranjem s određene dubine u valjku nakon točno određenoga vremena odpipetiraju čestice gline čestice praha i gline a krupni i sitni pijesak dobiju se računskim putem

Slika 59 Položaj i dimenzije pedološkog profila

64

Kemijske analize uzoraka tla provedene su po ovim postupcima

minus reakcija tla izmjerena je elektrometrijski kombiniranom elektrodom u suspenziji tla u vodi odnosno u 001 M CaCl2 u odnosu 125 Za mjerenje je korišten laboratorijski mikroprocesorski pH metar oznake MA 5736 točnosti plusmn 001 pH tvrtke Metrel

minus sadržaj humusa određen je bikromatnom metodom po Tjurinu

minus sadržaj ukupnog dušika određen je spaljivanjem po postupku Kjeldahla i destilacijom po Bremneru

343 Uzorci tla u nenarušenom stanju

Svrha uzimanja uzoraka tla u prirodnom stanju je utvrđivanje vodno-fizičkih svojstava tla zasnovanih na volumenu uzorka

Uzorak tla u nenarušenom stanju uziman je pomoću Kopeckijevog valjka zapremine 100 cm3 (visina 44 cm promjer 55 cm) Sam valjak sastoji se od tijela valjka koje je na jednom kraju zabrušen radi lakšeg utiskivanja u tlo metalne mrežice te dva poklopca Valjci moraju biti označeni s istim oznakama na tijelu valjka i poklopcima Prije izlaska na teren pomičnim je mjerilom provjereno odstupaju li dimenzije valjaka od normiranih vrijednosti Da bi se valjak lakše utisnuo u tlo koristi se metalni nastavak za valjke te drveni ili gumeni bat Nakon utiskivanja valjka u tlo skida se nastavak i lopatom se isijeca tlo oko valjka kako bi se on lakše oslobodio od okolnoga tla

Ovako izvađen valjak najčešće ima višak tla s gornje i donje strane koje je potrebno obrezati oštrim nožem da površina tla bude u visini rubova valjka Nakon stavljanja metalne mrežice i oba poklopca valjak je zamatan u najlon te odlagan u putni hladnjak radi sprečavanja isušivanja uzorka tla tijekom transporta do laboratorija Oznake s tijela valjka i podaci o mjestu vađenja (neizgaženo tlo lijevi ili desni kolotrag broj prolaska skidera broj vlake) upisuju se u terenski manual Prilikom uzimanja uzoraka valjci su utiskivani usporedno s površinom tla na dubini od 15 cm Nakon prolaska skidera vađeno je nekoliko valjaka iz lijevog i desnog kolotraga skidera Pri svakom turnusu je također vađeno nekoliko valjaka na neizgaženom tlu u cilju utvrđivanja dnevnih promjena vodno-fizičkih svojstava tla

S obzirom na veliku neujednačenost tla važno je uzeti veći broj uzoraka a kao minimalna količina repeticija preporuča se vađenje pet valjaka u istim uvjetima (Anon1971) S druge strane u ovom istraživanju je vrlo teško ostvariti dovoljan broj uzoraka jer bi se navedenim brojem uzimanja valjaka kopanjem narušila struktura tla šumskih vlaka što bi utjecalo na pogrešno utvrđivanje odnosa kotača i tla

Analize uzoraka tla provedene su u Pedološkom laboratoriju Zavoda za uzgajanje šuma Šumarskoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu u skladu sa Priručnikom za pedološka istraživanja (Škorić 1982) Iz uzoraka tla u nenarušenom stanju laboratorijskim su analizama utvrđena sljedeća vodno-fizička svojstava

Prirodna gustoća tla ρb = (mS V) gcm3

(69)

Određivanje prirodne gustoće tla vrši se tako da se masa suhoga tla podijeli s volumenom koje tlo ima u prirodnom stanju tj tlo iz Kopeckijevoga valjka stavlja se u sušionik te se suši na 105˚C do konstantne mase Masa osušenoga tla (mS) stavlja se u omjer s volumenom valjka (V)

Gustoća čvrste faze tla ρp gcm3

(70)

Ova gustoća određuje se na način da se masa potpuno suhoga tla podijeli s volumenom koji zaprema neporozna masa čvrstih čestica tla koja se određuje na principu tekućine koju istisnu čvrste čestice tla iz napunjene baždarene posude (piknometra) Poznavanje vrijednosti prirodne gustoće tla i gustoće čvrste faze tla omogućuje izračunavanje poroziteta tla

Porozitet tla Φ = [1 ndash (ρb ρp)] vol (71)

Porozitet tla je suma svih šupljina tla ispunjenih vodom i zrakom a izračunava se pomoću prirodne gustoće tla (ρb) i gustoće čvrste faze tla (ρp) Tla mogu biti vrlo malo porozna (lt30 ) malo porozna (30 - 45 ) porozna (45 - 60 ) i vrlo porozna (gt 60 )

65

Trenutna vlaga tla θV0 = [(mW ndash mS) V)] 100 vol (72)

Trenutna vlaga tla predstavlja razliku u masi prirodno vlažnog tla (mW) i osušenoga tla na 105˚C do konstantne mase (mS) koja je svedena na obujam uzorka ndash valjka (V)

Retencijski kapacitet tla za vodu θVS = [(∆mW + mW ndash mS) V] 100 vol (73)

Predstavlja sposobnost tla da drži vodu molekularnom adhezijom hidratacijskim i kapilarnim silama i površinskom napetošću Određivanje retencijskog kapaciteta se vrši na način da se Kopeckijev valjak postavi u posudu na stalak pokriven filter papirom čiji rubovi poniru u vodu Na taj način uzorak tla u valjku upija vodu preko filtar papira Kada se tlo na površini valjka orosi znači da se zasitilo s vodom do retencijskoga kapaciteta Valjak se skida sa stalka ostavlja desetak minuta na filtar papiru da se suvišna vlaga odstrani te se nakon toga obriše i važe Potom se valjak stavlja u sušionik i suši na 105˚C do konstantne mase Retencijski kapacitet tla za vodu izračunava se iz razlike mase navlaženoga tla do retencijskoga kapaciteta (∆mW + mW) i mase suhoga tla (mS) svedene na volumen valjka (V) S obzirom na rezultat retencijski kapacitet tla za vodu može biti vrlo malen (lt 25 ) malen (25 - 35 ) srednji (35 -45 ) velik (45 - 60 ) i vrlo velik (gt 60 )

Kapacitet tla za zrak Φa = Φ ndash θVS vol (74)

Kapacitet tla za zrak je udjel pora tla koje ispunjava zrak u trenutku zasićenja tla do njegovog retencijskog kapaciteta za vodu a izračunava se iz razlike poroziteta tla i retencijskoga kapaciteta tla za vodu Kapacitet tla za vodu se izražava kao vrlo malen (lt 5 ) malen (5 - 10 ) srednji (10 -15 ) velik (15 - 20 ) i vrlo velik (gt 20 )

344 Prodirna značajka tla

Za mjerenje prodirne značajke tla rabljen je digitalni penetrometar Eijkelkamp čije osnovne sastavnice prikazuje slika 60 penetrologger- mjerni uređaj (1) dinamometar (2) čelični nastavci (3) konus (4) referentna ploča (5) te PC konektor (6) Načelo rada ovog penetrometra zasniva se na dinamometarskoj izmjeri primjenjene sile na rukohvatu uređaja kojim se konus poznatih dimenzija utiskuje u tlo Tijekom utiskivanja konusa u tlo ultrazvučni senzor penetrologgera mjeri dubinu prodiranja na osnovi odbijenih valova od referentne ploče (predstavlja površinu tla) s preciznošću od 1 cm Mjerni raspon dinamometra iznosi od 0 do 1 kN s preciznošću izmjere od 1 N Pri samom mjerenju računalo penetrometra zapisuje u njegovu internu memoriju parove izmjerenih podataka tj vrijednosti sile (tlak) i pomaka (dubina prodiranja) pomoću računalnog programa (data acquisition) u ASCII kodu Set penetrometra opremljen je s deset mjernih konusa različitih površina i vršnog kuta (30deg i 60deg) čime je omogućen širok raspon primjene ovog uređaja

Pomoću računalne aplikacije Eijkelkamp PenetroViewer (slika 62) ostvaruje se veza između digitalnog penetrometra i osobnog računala (COM port) kojom je omogućeno programiranje plana istraživanja (odabir veličine i vršnog kuta konusa brzine prodiranja konusa u tlo kao i broj repeticija mjerenja) odnosno vrši prijenos izmjerenih podataka Navedena aplikacija omugućuje i grafički pregled izmjerenih podataka te njihov prijenos iz ASCII koda u format koji koriste standardni tablični kalkulatori (txt csv xls) i statistički paketi Tijekom terenskih istraživanja korišten je konus s površinom presjeka 2 cm2 i vršnim kutem 30deg koji se utiskivao u tlo brzinom 1 cmsec U turnusu je izvođeno po 10 utiskivanja konusa u lijevom desnom kolotragu i na neizgaženom tlu (slika 61)

Slika 60 Eijkelkamp penetrometar

66

Slika 61 Mjerenje penetrometrom Eijkelkamp Slika 62 Aplikacija PenetroViewer ver 424

Uslijed nehomogenosti strukture tla Ronai (1983) i Horvat(1993A 1994A) primjećuju veliko rasipanje podataka između repeticija izmjere prodirnih značajki

Horvat (1994B 1995 1996A 1996B) navodi da se istraživanje ovisnosti otpora tla prodiranju konusa o dubini prodiranja regresijskom analizom može raditi sa srednjim vrijednostima otpora za pojedinu dubinu prodiranja iz ponovljenih mjerenja jednako dobro kao i sa svim podacima Isti autor u citiranim radovima za izjednačavanje podataka koristi eksponencijalni korelacijski oblik p = A sdot (BZ ndash 1) + C za koji navodi da karakteristična točka u kojoj se sijeku vodoravna asimptota i tangenta krivulje iz vrijednosti C može poslužiti za brojčano određenje i ocjenu prodirne značajke tla (slika 63)

345 Posmična čvrstoća tla

Krilna sonda je uređaj koji se sastoji od mjernog krila pričvršćenog na šipku na kojoj se nalazi moment metar naprava kojom se mjeri moment potreban da se okrene krilo u trenutku savladavanja čvrstoće na smicanje uzduž plašta valjka opisanog oko krila (Nonveiller 1979)

Mjerna krila predstavljaju dvije metalne ploče visine (H) i širine (B) međusobno poprečno pričvršćene na metalnu šipku (slika 64)

Krila sonde utiskuju se u tlo do željene dubine mjerenja Okretanjem krila tlo se lomi po plaštu valjka kojemu je promjer jednak širini krila Iz jednakosti momenta torzije (MT) i momenta otpora tla na smicanje na plaštu i bazi valjka kojeg stvaraju krila pri okretanju dobiva se čvrstoća smicanja tla

rArrsdotsdotsdotsdotsdot+sdotsdotsdotsdot= 23

2

22

2

2

TBBB

HBM πτπτ (75)

+sdotsdotπ

sdot=τ

3

2

2

T

BHB

M (76)

Otpor tla na smicanje (posmična čvrstoća) mjeren je krilnom sondom (Eijkelkamp ndash Field inspection Vane tester) Dimenzije krila sonde su 16 mm x 32 mm a mjerno područje ovog instrumenta je u rasponu od 0 do 260 kPa s točnošću očitanja mjernog rezultata od 4 kPa

Slika 63 Izjednačenje podataka prodirne značajke tla

Slika 64 Krilna sonda

67

Mjerni rezultat ovog instrumenta odnosi se na otpor pri smicanju tla u trenutku njegovog sloma Krilnom sondom su izvršena mjerenja u površinskom sloju tla i na dubini od 15 cm i to po 10 mjerenja u lijevom i desnom kolotragu te na nezgaženom tlu u svakom vučnom pokusu

346 Širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga

Za deformacije tla koje nastaju uslijed kretanja vozila po šumskom bespuću ne postoje standardizirane metode izmjere već se u literaturi opisuju kroz širinu gaženog traga dubinu kolotraga ili površinu presjeka gaženog profila tla

Kolotrag kotača vozila Saarilahti (2002A) definira kao površinsku deformaciju tla (ulegnuće) dublje od 10 cm i dulje od 05 m koje je nastalo uslijed sloma i sabijanja tla kretanjem vozila Pod razinom površine tla podrazumijeva dno sloja šumskog listinca ili mahovine Isti autor za prikupljanje podataka o dubini kolotraga na terenu preporuča uzimanje sistematskog uzorka na osnovi kvadratne mreže čija gustoća čvorova (grid) ovisi o željenom intenzitetu izmjereZa izmjeru na terenu koristi se tzv nultom točkom uzorka koja predstavlja čvor položene zamišljene mreže a samu izmjeru vrši na kolotragu koji mu je najbliži Pri tome od nulte točke kolotraga u uzdužnom smjeru vlake sa svake strane na duljini od 15 m mjeri dubinu deformacije tla Samu dubinu kolotraga raščlanjuje u dva razreda prihvatljivu (lt 10 cm) i neprihvatljivu (gt 10 cm) Zadano ograničenje dubine kolotraga (10 cm) zasniva se na procjeni kakvoće izvođenja radova ali i preporukama istraživača (Owende i dr 2002)

Za operativnu procjenu kakvoće izvođenja privlačenja drva Saarilahti (2002I) preporučuje prihvatljivu prosječnu dubinu kolotraga kao onu koja ne prelazi dubinu od 10 cm na više od 10 ukupne duljine cjelokupnoga gaženja tla sječne jedinice

Meek (1996) te Nugent i dr (2001) mjere značajke kolotraga (dubina širina gaženja) prema metodici prikazanoj na slici 65 Košir (2002) navodi da širina gaženja tla pri privlačenju drva ovisi o širini primjenjenoga vozila Usljed višekratnog prolaska vozila isti autor utvrđuje povećanje širine gaženja tla za 05 m sa svake strane vozila

Tijekom istraživanja širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga mjerili su se pomoću geodetske letve duljine 5 m položene na usidrene oslonce nakon svakog prolaska skidera (slika 66) Na svakoj vlaci su određena dva mjesta izmjere dubine kolotraga

Slika 65 Postupak izmjere kolotraga

Slika 66 Mjerenje dubine kolotraga na terenu

68

35 Statistička obrada podataka mjerenja

Terenski podaci mjerenja na tlu prenijeti su iz snimačkih listova u računalne datoteke radi lakše dostupnosti pri obradi podataka Obradom snimljenih podataka obuhvaćeni su kontrola i odabir podataka njihovo razvrstavanje kao i izračunavanje traženih parametara

Obrada podataka provedena je po sljedećem redoslijedu

rArr unošenje snimljenih podataka u računalo i stvaranje datoteka podataka za daljnju obradu

rArr određivanje zahtjeva s obzirom na cilj i razinu pojedinih obrada

rArr izbor metoda analize ili funkcija izjednačenja

rArr izračunavanje traženih parametara

rArr testiranje i analiza rezultata

rArr oblikovanje izlaza

Za opis temeljnih značajki skupova promatranih podataka (neovisne varijable) korištene su metode deskriptivne statistike gdje su izračunate različite mjere središnje tendencije rasipanja mjernih podataka a kao najpovoljnije odabrane su medijan i aritmetička sredina sa standardnom devijacijom kao mjerom rasipanja te vrijednosti Za aritmetičku sredinu kao srednju vrijednosti opažanih podataka postavljen je uvjet da preciznost smije biti maksimalno plusmn005 uz 95 vjerovatnosti Međutim Hitrec (1996) navodi teškoće u pridržavanju takvog uvjeta zbog jako velikog potrebnog uzorka kako bi se dobila potrebna preciznost i zadovoljavajuća pouzdanost što dovodi do predugog trajanja vremena pokusa i njegovog poskupljivanja

Pomoću testa razlike (Studentov t ndash test) provedeno je zaključivanje o značajnosti razlika među izračunatim srednjim vrijednostima opažanja (aritmetičkim sredinama) Na osnovi nulhipoteze pretpostavljeno je da su razlike između dviju sredina opažanja rezultat slučajne varijabilnosti vrijednosti u uzorcima te da između odgovarajućih sredina takve razlike nema Razlike između sredina dijeljene su sa standardnom pogreškom a zatim je kvocijent uspoređen s iznosom od 196 standardne pogreške Tamo gdje je kvocijent veći odbacujemo nulhipotezu a ako je manji smatramo da razlika između sredina nije značajna na 5 -tnoj razini signifikatnosti (Pavlić 1985)

Za testiranje značajnosti razlika prosječnih vrijednosti više skupova podataka (više od dva) istog mjernog parametra korištena je jednostruka analiza varijance (ANOVA) koja predstavlja postupak kojim se ukupna varijabilnost rastavlja na varijabilnost između prosječnih vrijednosti grupa opažanja i na varijabilnost unutar grupa opažanja (Serdar i Šošić 1981) Tim postupkom ova metoda odgovara na pitanje je li značajnija varijabilnost između srednjih vrijednosti grupa ili varijabilnost unutar pojedinih grupa podataka (Vasilj 2000)

Metode statističke analize vremenskih nizova korištene su za opis promjena fizičko-mehaničkih i vodno-fizičkih značajki šumskog tla koje su posljedica višekratnog prolaska forvardera Pri tome su korištena dva individualna indeksa kojima se iskazala dinamika sabijanja tla Indeks sa stalnom bazom iskazuje razinu promjene u odnosu na neku odabranu vrijednost (neizgaženo tlo) Lančani (verižni) indeks korišten je za prikaz promjene praćenih parametara tla u odnosu na svaki ponovni prolazak vozila po šumskom tlu

Za istraživanje mogućih stohastičkih ovisnosti između zadovoljavajuće koreliranih varijabli korištena je regresijska analiza Odabir krivulje izjednačenja vršen je na osnovi slijedećih parametara koeficijenta (determinacije) korelacije (R) standardne devijacije zavisne varijable oko linije izjednačenja (sYX) te t-varijable (tStat) i vjerovatnosti greške prve vrste (P-value) regresijskih koeficjenata (Serdar i Šošić 1981 Kachigan 1991) Za utvrđivanje jakosti veze između izjednačenih nezavisnih i zavisnih varijabli korištena je Roumlmer-Orphal-ova skala (Kump i dr 1970)

Slika 67 Roumlmer-Orphal-ova raspodjela

Matematičko ndash statistička obrada podataka obavljena je uz pomoć osobnog računala primjenom programskih paketa Microsoft Excel 97 i Sta Soft Statistica 50

69

Za izjednačavanje ovisnosti parova podataka koji porastom nezavisne varijable pokazuju da podaci zavisne varijable imaju asimptotski trend porasta korišten je eksponencijalni regresijski računalni program REGEXE primarno razvijen za istraživanja krivulja klizanja kotača vozila (Hitrec i Horvat 1987) Navedeni računalni program čvrstoću veza odabranih regresijskih modela prikazuje pomoću tri parametra r ndash koeficijenta korelacije R ndash indeksa korelacije i R gt ndash testiranja indeksa korelacije temeljem broja opažanja

Utvrđivanje razlika u stupnju sabijenosti tla višekratnim prolaskom skidera je izvršeno usporedbom površina ispod krivulja izjednačenja prodirnih značajki Poznavajući oblik i koeficijente jednadžbi izjednačenja metodom određenih integrala izračunate su površina ispod krivulja

61

Slika 52 Umjeravanje zakretnog momenta na stražnjem

lijevom kotaču Slika 53 Umjeravanje zakretnog momenta na

stražnjem desnom kotaču

Slika 54 Umjeravanje opterećenja na prednjem lijevom

kotaču Slika 55 Umjeravanje opterećenja na prednjem

desnom kotaču

Slika 56 Umjeravanje opterećenja na stražnjem lijevom

kotaču Slika 57 Umjeravanje opterećenja na stražnjem

desnom kotaču

62

TELUB vage su umjeravane ranije za potrebe istraživanja u okviru rada Laboratorija za mjerenje mehaničkih veličina šumarskih strojeva Šumarskog fakulteta u Zagrebu Mjerne konstante TELUB vaga su prikazane u tablici 10 Korišteni HBM dinamometri su imali tvorničke podatke o umjeravanju i mjernim konstantama koje su provjerene istim opisanim postupkom

Tablica 8 Mjerne konstante TELUB vaga i HBM dinamometara

Mjerna vrijednost

Promjena napona

Vaga 1 Vaga 2 Vaga 3 Vaga 4 Dinamometar 20 kN

Dinamometar 50 kN

Dinamometar 100 kN

mVV t t t t kN kN kN

0 0 0 0 0 0 0 0

2 13143 13268 13305 13118 20 50 100

334 Obrada podataka

Rezultati mjerenja svakog prolaska skidera šumskom vlakom su pohranjivani u datoteke Microsoft Excell-a gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjerenja svake 150 sekunde Isti postupak je izvršen pri mjerenju sile vuče praznog skidera drugim vozilom opterećenja na kotačima opremljenog skidera na ravnoj podlozi i vaganja drvnih sortimenata

Početak snimanja svakog turnusa je počinjao prije kretanja skidera vlakom kako bi se provjerila veza i uspostavio daljinski prijenos podataka Isto tako snimanje podataka se završavalo u trenutka zaustavljanja skidera na kraju vlake Zbog navedenog načina snimanja mjernih podataka u snimljenim datotekama je potrebno ustanoviti samo niz podataka za svaku veličinu koja se odnosi na kretanje skidera Ovaj postupak je izvršen na osnovu grafičkog prikaza mjernih podataka koji se uočljivo razlikuju od trenutka pokretanja do zaustavljanja skidera na osnovu računalnog zapisa vremena Za svaki turnus je određeno vremensko trajanje kretanja skidera s točnošću 002 sekunde i u tom vremenskom intervalu su određene mjere središnje tendencije rasipanja podataka metodama deskriptivne statistike broj opažanja aritmetička sredina i standardna devijacija

Rezultati mjerenja broja okretaja pogonskih kotača i petog kotača predstavljaju niz promjena napona između vrijednosti 5 V i 9 V te su obrađeni pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i Datoteka navedenog računalnog programa je podešena da unosom niza promjena napona zabilježenog na kotaču i frekvencije očitanja mjernih podataka (50 Hz) broj impulsa po jednom okretu kotača prikaže kao ukupan broj okretaja kotača (n) i frekvenciju vrtnje kotača u vremenskim intervalima (slika 58) Ova analiza je izvršena za sve kotače i turnuse u vučnim pokusima

Slika 58 Prikaz obrade podataka pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i

63

34 Mjerenja na tlu

Istraživanja na tlu obuhvatila su kopanje pedoloških profila uzimanje uzoraka tla u narušenom i nenarušenom (prirodnom) stanju mjerenje prodirne značajke tla mjerenje otpora tla na smicanje te mjerenja dubine kolotraga

Informacije o osnovnim značajkama šumskog tla na mjestu istraživanja prikupljene su otvaranjem pedološkog profila i uzimanjem uzoraka tla u narušenom stanju

Mjerenjem prodirne značajke tla i otpora tla na smicanje te uzimanjem uzoraka tla na neizgaženom tlu i tlu na vlakama ovisno o broju prolazaka skidera utvrdila bi se razina oštećenosti šumskoga tla uslijed privlačenja drva

Uzimanje bi se uzoraka tla u nenarušenom stanju također provelo na neizgaženom tlu u tlu vlake a rezultati vodno-fizičkih svojstva tla dobiveni laboratorijskom analizom uzoraka tla također bi bili upotrebljeni za procjenu utjecaja prolaska skidera na oštećenja tla

Istim metodama oštećenja tla prolaskom skidera su utvrđivali Vranković i Pernar (1993) Meek (1996) i Mathies i dr (2003) Seixas i dr (2003)

341 Vrsta tla i sklop horizonata

Analizom pedoloških profila (pedoloških jama) utvrđuju se vrsta i tip tla te sklop njegovih horizonata

Sklop profila čine horizonti njihov broj izraženost debljina te prijelaz jednog horizonta u drugi Horizont je sloj tla sa značajkama koje su rezultat pedogenetskih čimbenika Osim utvđivanja vrste i tipa tla te dubine rasprostiranja pojedinih horizonata na pedološkom profilu vađeni su i Kopeckijevi valjci radi dobivanja spoznaja o gustoći tla i strukturi poroziteta svakog pojedinog horizonta

Pedološki profil je otvoren (kopan) prema dimenzijama na slici 59 Prilikom određivanja njegovoga položaja smještan je ispod vanjskih dijelova krošanja dubećih stabala te su izbjegavana mjesta gdje su u prošlosti prolazile stare vlake s ciljem dobivanja što reprezentativnijeg podatka

342 Uzorci tla u narušenom stanju

Iz uzoraka tla u narušenom (prirodno poremećenom) stanju laboratorijskim analizama mjere se i izračunavaju vodno-fizička svojstva tla zasnovana na masi uzorka Svrha uzimanja ove vrste uzoraka na terenu je određivanje granulometrijskoga sastava tla

Laboratorijske (direktne) metode određivanje granulometrijskoga sastava tla obuhvaćaju sušenje uzorka odvajanje skeleta usitnjavanje i prosijavanje tla preko sita s rupicama promjera 2 mm kako bi se odvojilo sitno tlo (sitnica) Nakon prve faze rada slijedi priprema sitnice za mehaničku analizu prema jednoj od propisanih metoda čija je svrha odvajanje povezanih čestica pijeska praha i gline te spriječavanje njihove ponovne koagulacije uslijed dijelovanja čestica gline U šumarskoj i poljoprivrednoj pedologiji ova faza rada najčešće se izvodi kuhanjem uzorka tla nakon čega se on prebacuje u valjke za sedimentaciju a zatim se vrši određivanje postotnoga sadržaja pojedinih frakcija pipet metodom (Škorić 1986) Pipet metoda se zasniva na poznatoj brzini padanja pojedinih čestica u suspenziji Na osnovi toga se pipetiranjem s određene dubine u valjku nakon točno određenoga vremena odpipetiraju čestice gline čestice praha i gline a krupni i sitni pijesak dobiju se računskim putem

Slika 59 Položaj i dimenzije pedološkog profila

64

Kemijske analize uzoraka tla provedene su po ovim postupcima

minus reakcija tla izmjerena je elektrometrijski kombiniranom elektrodom u suspenziji tla u vodi odnosno u 001 M CaCl2 u odnosu 125 Za mjerenje je korišten laboratorijski mikroprocesorski pH metar oznake MA 5736 točnosti plusmn 001 pH tvrtke Metrel

minus sadržaj humusa određen je bikromatnom metodom po Tjurinu

minus sadržaj ukupnog dušika određen je spaljivanjem po postupku Kjeldahla i destilacijom po Bremneru

343 Uzorci tla u nenarušenom stanju

Svrha uzimanja uzoraka tla u prirodnom stanju je utvrđivanje vodno-fizičkih svojstava tla zasnovanih na volumenu uzorka

Uzorak tla u nenarušenom stanju uziman je pomoću Kopeckijevog valjka zapremine 100 cm3 (visina 44 cm promjer 55 cm) Sam valjak sastoji se od tijela valjka koje je na jednom kraju zabrušen radi lakšeg utiskivanja u tlo metalne mrežice te dva poklopca Valjci moraju biti označeni s istim oznakama na tijelu valjka i poklopcima Prije izlaska na teren pomičnim je mjerilom provjereno odstupaju li dimenzije valjaka od normiranih vrijednosti Da bi se valjak lakše utisnuo u tlo koristi se metalni nastavak za valjke te drveni ili gumeni bat Nakon utiskivanja valjka u tlo skida se nastavak i lopatom se isijeca tlo oko valjka kako bi se on lakše oslobodio od okolnoga tla

Ovako izvađen valjak najčešće ima višak tla s gornje i donje strane koje je potrebno obrezati oštrim nožem da površina tla bude u visini rubova valjka Nakon stavljanja metalne mrežice i oba poklopca valjak je zamatan u najlon te odlagan u putni hladnjak radi sprečavanja isušivanja uzorka tla tijekom transporta do laboratorija Oznake s tijela valjka i podaci o mjestu vađenja (neizgaženo tlo lijevi ili desni kolotrag broj prolaska skidera broj vlake) upisuju se u terenski manual Prilikom uzimanja uzoraka valjci su utiskivani usporedno s površinom tla na dubini od 15 cm Nakon prolaska skidera vađeno je nekoliko valjaka iz lijevog i desnog kolotraga skidera Pri svakom turnusu je također vađeno nekoliko valjaka na neizgaženom tlu u cilju utvrđivanja dnevnih promjena vodno-fizičkih svojstava tla

S obzirom na veliku neujednačenost tla važno je uzeti veći broj uzoraka a kao minimalna količina repeticija preporuča se vađenje pet valjaka u istim uvjetima (Anon1971) S druge strane u ovom istraživanju je vrlo teško ostvariti dovoljan broj uzoraka jer bi se navedenim brojem uzimanja valjaka kopanjem narušila struktura tla šumskih vlaka što bi utjecalo na pogrešno utvrđivanje odnosa kotača i tla

Analize uzoraka tla provedene su u Pedološkom laboratoriju Zavoda za uzgajanje šuma Šumarskoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu u skladu sa Priručnikom za pedološka istraživanja (Škorić 1982) Iz uzoraka tla u nenarušenom stanju laboratorijskim su analizama utvrđena sljedeća vodno-fizička svojstava

Prirodna gustoća tla ρb = (mS V) gcm3

(69)

Određivanje prirodne gustoće tla vrši se tako da se masa suhoga tla podijeli s volumenom koje tlo ima u prirodnom stanju tj tlo iz Kopeckijevoga valjka stavlja se u sušionik te se suši na 105˚C do konstantne mase Masa osušenoga tla (mS) stavlja se u omjer s volumenom valjka (V)

Gustoća čvrste faze tla ρp gcm3

(70)

Ova gustoća određuje se na način da se masa potpuno suhoga tla podijeli s volumenom koji zaprema neporozna masa čvrstih čestica tla koja se određuje na principu tekućine koju istisnu čvrste čestice tla iz napunjene baždarene posude (piknometra) Poznavanje vrijednosti prirodne gustoće tla i gustoće čvrste faze tla omogućuje izračunavanje poroziteta tla

Porozitet tla Φ = [1 ndash (ρb ρp)] vol (71)

Porozitet tla je suma svih šupljina tla ispunjenih vodom i zrakom a izračunava se pomoću prirodne gustoće tla (ρb) i gustoće čvrste faze tla (ρp) Tla mogu biti vrlo malo porozna (lt30 ) malo porozna (30 - 45 ) porozna (45 - 60 ) i vrlo porozna (gt 60 )

65

Trenutna vlaga tla θV0 = [(mW ndash mS) V)] 100 vol (72)

Trenutna vlaga tla predstavlja razliku u masi prirodno vlažnog tla (mW) i osušenoga tla na 105˚C do konstantne mase (mS) koja je svedena na obujam uzorka ndash valjka (V)

Retencijski kapacitet tla za vodu θVS = [(∆mW + mW ndash mS) V] 100 vol (73)

Predstavlja sposobnost tla da drži vodu molekularnom adhezijom hidratacijskim i kapilarnim silama i površinskom napetošću Određivanje retencijskog kapaciteta se vrši na način da se Kopeckijev valjak postavi u posudu na stalak pokriven filter papirom čiji rubovi poniru u vodu Na taj način uzorak tla u valjku upija vodu preko filtar papira Kada se tlo na površini valjka orosi znači da se zasitilo s vodom do retencijskoga kapaciteta Valjak se skida sa stalka ostavlja desetak minuta na filtar papiru da se suvišna vlaga odstrani te se nakon toga obriše i važe Potom se valjak stavlja u sušionik i suši na 105˚C do konstantne mase Retencijski kapacitet tla za vodu izračunava se iz razlike mase navlaženoga tla do retencijskoga kapaciteta (∆mW + mW) i mase suhoga tla (mS) svedene na volumen valjka (V) S obzirom na rezultat retencijski kapacitet tla za vodu može biti vrlo malen (lt 25 ) malen (25 - 35 ) srednji (35 -45 ) velik (45 - 60 ) i vrlo velik (gt 60 )

Kapacitet tla za zrak Φa = Φ ndash θVS vol (74)

Kapacitet tla za zrak je udjel pora tla koje ispunjava zrak u trenutku zasićenja tla do njegovog retencijskog kapaciteta za vodu a izračunava se iz razlike poroziteta tla i retencijskoga kapaciteta tla za vodu Kapacitet tla za vodu se izražava kao vrlo malen (lt 5 ) malen (5 - 10 ) srednji (10 -15 ) velik (15 - 20 ) i vrlo velik (gt 20 )

344 Prodirna značajka tla

Za mjerenje prodirne značajke tla rabljen je digitalni penetrometar Eijkelkamp čije osnovne sastavnice prikazuje slika 60 penetrologger- mjerni uređaj (1) dinamometar (2) čelični nastavci (3) konus (4) referentna ploča (5) te PC konektor (6) Načelo rada ovog penetrometra zasniva se na dinamometarskoj izmjeri primjenjene sile na rukohvatu uređaja kojim se konus poznatih dimenzija utiskuje u tlo Tijekom utiskivanja konusa u tlo ultrazvučni senzor penetrologgera mjeri dubinu prodiranja na osnovi odbijenih valova od referentne ploče (predstavlja površinu tla) s preciznošću od 1 cm Mjerni raspon dinamometra iznosi od 0 do 1 kN s preciznošću izmjere od 1 N Pri samom mjerenju računalo penetrometra zapisuje u njegovu internu memoriju parove izmjerenih podataka tj vrijednosti sile (tlak) i pomaka (dubina prodiranja) pomoću računalnog programa (data acquisition) u ASCII kodu Set penetrometra opremljen je s deset mjernih konusa različitih površina i vršnog kuta (30deg i 60deg) čime je omogućen širok raspon primjene ovog uređaja

Pomoću računalne aplikacije Eijkelkamp PenetroViewer (slika 62) ostvaruje se veza između digitalnog penetrometra i osobnog računala (COM port) kojom je omogućeno programiranje plana istraživanja (odabir veličine i vršnog kuta konusa brzine prodiranja konusa u tlo kao i broj repeticija mjerenja) odnosno vrši prijenos izmjerenih podataka Navedena aplikacija omugućuje i grafički pregled izmjerenih podataka te njihov prijenos iz ASCII koda u format koji koriste standardni tablični kalkulatori (txt csv xls) i statistički paketi Tijekom terenskih istraživanja korišten je konus s površinom presjeka 2 cm2 i vršnim kutem 30deg koji se utiskivao u tlo brzinom 1 cmsec U turnusu je izvođeno po 10 utiskivanja konusa u lijevom desnom kolotragu i na neizgaženom tlu (slika 61)

Slika 60 Eijkelkamp penetrometar

66

Slika 61 Mjerenje penetrometrom Eijkelkamp Slika 62 Aplikacija PenetroViewer ver 424

Uslijed nehomogenosti strukture tla Ronai (1983) i Horvat(1993A 1994A) primjećuju veliko rasipanje podataka između repeticija izmjere prodirnih značajki

Horvat (1994B 1995 1996A 1996B) navodi da se istraživanje ovisnosti otpora tla prodiranju konusa o dubini prodiranja regresijskom analizom može raditi sa srednjim vrijednostima otpora za pojedinu dubinu prodiranja iz ponovljenih mjerenja jednako dobro kao i sa svim podacima Isti autor u citiranim radovima za izjednačavanje podataka koristi eksponencijalni korelacijski oblik p = A sdot (BZ ndash 1) + C za koji navodi da karakteristična točka u kojoj se sijeku vodoravna asimptota i tangenta krivulje iz vrijednosti C može poslužiti za brojčano određenje i ocjenu prodirne značajke tla (slika 63)

345 Posmična čvrstoća tla

Krilna sonda je uređaj koji se sastoji od mjernog krila pričvršćenog na šipku na kojoj se nalazi moment metar naprava kojom se mjeri moment potreban da se okrene krilo u trenutku savladavanja čvrstoće na smicanje uzduž plašta valjka opisanog oko krila (Nonveiller 1979)

Mjerna krila predstavljaju dvije metalne ploče visine (H) i širine (B) međusobno poprečno pričvršćene na metalnu šipku (slika 64)

Krila sonde utiskuju se u tlo do željene dubine mjerenja Okretanjem krila tlo se lomi po plaštu valjka kojemu je promjer jednak širini krila Iz jednakosti momenta torzije (MT) i momenta otpora tla na smicanje na plaštu i bazi valjka kojeg stvaraju krila pri okretanju dobiva se čvrstoća smicanja tla

rArrsdotsdotsdotsdotsdot+sdotsdotsdotsdot= 23

2

22

2

2

TBBB

HBM πτπτ (75)

+sdotsdotπ

sdot=τ

3

2

2

T

BHB

M (76)

Otpor tla na smicanje (posmična čvrstoća) mjeren je krilnom sondom (Eijkelkamp ndash Field inspection Vane tester) Dimenzije krila sonde su 16 mm x 32 mm a mjerno područje ovog instrumenta je u rasponu od 0 do 260 kPa s točnošću očitanja mjernog rezultata od 4 kPa

Slika 63 Izjednačenje podataka prodirne značajke tla

Slika 64 Krilna sonda

67

Mjerni rezultat ovog instrumenta odnosi se na otpor pri smicanju tla u trenutku njegovog sloma Krilnom sondom su izvršena mjerenja u površinskom sloju tla i na dubini od 15 cm i to po 10 mjerenja u lijevom i desnom kolotragu te na nezgaženom tlu u svakom vučnom pokusu

346 Širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga

Za deformacije tla koje nastaju uslijed kretanja vozila po šumskom bespuću ne postoje standardizirane metode izmjere već se u literaturi opisuju kroz širinu gaženog traga dubinu kolotraga ili površinu presjeka gaženog profila tla

Kolotrag kotača vozila Saarilahti (2002A) definira kao površinsku deformaciju tla (ulegnuće) dublje od 10 cm i dulje od 05 m koje je nastalo uslijed sloma i sabijanja tla kretanjem vozila Pod razinom površine tla podrazumijeva dno sloja šumskog listinca ili mahovine Isti autor za prikupljanje podataka o dubini kolotraga na terenu preporuča uzimanje sistematskog uzorka na osnovi kvadratne mreže čija gustoća čvorova (grid) ovisi o željenom intenzitetu izmjereZa izmjeru na terenu koristi se tzv nultom točkom uzorka koja predstavlja čvor položene zamišljene mreže a samu izmjeru vrši na kolotragu koji mu je najbliži Pri tome od nulte točke kolotraga u uzdužnom smjeru vlake sa svake strane na duljini od 15 m mjeri dubinu deformacije tla Samu dubinu kolotraga raščlanjuje u dva razreda prihvatljivu (lt 10 cm) i neprihvatljivu (gt 10 cm) Zadano ograničenje dubine kolotraga (10 cm) zasniva se na procjeni kakvoće izvođenja radova ali i preporukama istraživača (Owende i dr 2002)

Za operativnu procjenu kakvoće izvođenja privlačenja drva Saarilahti (2002I) preporučuje prihvatljivu prosječnu dubinu kolotraga kao onu koja ne prelazi dubinu od 10 cm na više od 10 ukupne duljine cjelokupnoga gaženja tla sječne jedinice

Meek (1996) te Nugent i dr (2001) mjere značajke kolotraga (dubina širina gaženja) prema metodici prikazanoj na slici 65 Košir (2002) navodi da širina gaženja tla pri privlačenju drva ovisi o širini primjenjenoga vozila Usljed višekratnog prolaska vozila isti autor utvrđuje povećanje širine gaženja tla za 05 m sa svake strane vozila

Tijekom istraživanja širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga mjerili su se pomoću geodetske letve duljine 5 m položene na usidrene oslonce nakon svakog prolaska skidera (slika 66) Na svakoj vlaci su određena dva mjesta izmjere dubine kolotraga

Slika 65 Postupak izmjere kolotraga

Slika 66 Mjerenje dubine kolotraga na terenu

68

35 Statistička obrada podataka mjerenja

Terenski podaci mjerenja na tlu prenijeti su iz snimačkih listova u računalne datoteke radi lakše dostupnosti pri obradi podataka Obradom snimljenih podataka obuhvaćeni su kontrola i odabir podataka njihovo razvrstavanje kao i izračunavanje traženih parametara

Obrada podataka provedena je po sljedećem redoslijedu

rArr unošenje snimljenih podataka u računalo i stvaranje datoteka podataka za daljnju obradu

rArr određivanje zahtjeva s obzirom na cilj i razinu pojedinih obrada

rArr izbor metoda analize ili funkcija izjednačenja

rArr izračunavanje traženih parametara

rArr testiranje i analiza rezultata

rArr oblikovanje izlaza

Za opis temeljnih značajki skupova promatranih podataka (neovisne varijable) korištene su metode deskriptivne statistike gdje su izračunate različite mjere središnje tendencije rasipanja mjernih podataka a kao najpovoljnije odabrane su medijan i aritmetička sredina sa standardnom devijacijom kao mjerom rasipanja te vrijednosti Za aritmetičku sredinu kao srednju vrijednosti opažanih podataka postavljen je uvjet da preciznost smije biti maksimalno plusmn005 uz 95 vjerovatnosti Međutim Hitrec (1996) navodi teškoće u pridržavanju takvog uvjeta zbog jako velikog potrebnog uzorka kako bi se dobila potrebna preciznost i zadovoljavajuća pouzdanost što dovodi do predugog trajanja vremena pokusa i njegovog poskupljivanja

Pomoću testa razlike (Studentov t ndash test) provedeno je zaključivanje o značajnosti razlika među izračunatim srednjim vrijednostima opažanja (aritmetičkim sredinama) Na osnovi nulhipoteze pretpostavljeno je da su razlike između dviju sredina opažanja rezultat slučajne varijabilnosti vrijednosti u uzorcima te da između odgovarajućih sredina takve razlike nema Razlike između sredina dijeljene su sa standardnom pogreškom a zatim je kvocijent uspoređen s iznosom od 196 standardne pogreške Tamo gdje je kvocijent veći odbacujemo nulhipotezu a ako je manji smatramo da razlika između sredina nije značajna na 5 -tnoj razini signifikatnosti (Pavlić 1985)

Za testiranje značajnosti razlika prosječnih vrijednosti više skupova podataka (više od dva) istog mjernog parametra korištena je jednostruka analiza varijance (ANOVA) koja predstavlja postupak kojim se ukupna varijabilnost rastavlja na varijabilnost između prosječnih vrijednosti grupa opažanja i na varijabilnost unutar grupa opažanja (Serdar i Šošić 1981) Tim postupkom ova metoda odgovara na pitanje je li značajnija varijabilnost između srednjih vrijednosti grupa ili varijabilnost unutar pojedinih grupa podataka (Vasilj 2000)

Metode statističke analize vremenskih nizova korištene su za opis promjena fizičko-mehaničkih i vodno-fizičkih značajki šumskog tla koje su posljedica višekratnog prolaska forvardera Pri tome su korištena dva individualna indeksa kojima se iskazala dinamika sabijanja tla Indeks sa stalnom bazom iskazuje razinu promjene u odnosu na neku odabranu vrijednost (neizgaženo tlo) Lančani (verižni) indeks korišten je za prikaz promjene praćenih parametara tla u odnosu na svaki ponovni prolazak vozila po šumskom tlu

Za istraživanje mogućih stohastičkih ovisnosti između zadovoljavajuće koreliranih varijabli korištena je regresijska analiza Odabir krivulje izjednačenja vršen je na osnovi slijedećih parametara koeficijenta (determinacije) korelacije (R) standardne devijacije zavisne varijable oko linije izjednačenja (sYX) te t-varijable (tStat) i vjerovatnosti greške prve vrste (P-value) regresijskih koeficjenata (Serdar i Šošić 1981 Kachigan 1991) Za utvrđivanje jakosti veze između izjednačenih nezavisnih i zavisnih varijabli korištena je Roumlmer-Orphal-ova skala (Kump i dr 1970)

Slika 67 Roumlmer-Orphal-ova raspodjela

Matematičko ndash statistička obrada podataka obavljena je uz pomoć osobnog računala primjenom programskih paketa Microsoft Excel 97 i Sta Soft Statistica 50

69

Za izjednačavanje ovisnosti parova podataka koji porastom nezavisne varijable pokazuju da podaci zavisne varijable imaju asimptotski trend porasta korišten je eksponencijalni regresijski računalni program REGEXE primarno razvijen za istraživanja krivulja klizanja kotača vozila (Hitrec i Horvat 1987) Navedeni računalni program čvrstoću veza odabranih regresijskih modela prikazuje pomoću tri parametra r ndash koeficijenta korelacije R ndash indeksa korelacije i R gt ndash testiranja indeksa korelacije temeljem broja opažanja

Utvrđivanje razlika u stupnju sabijenosti tla višekratnim prolaskom skidera je izvršeno usporedbom površina ispod krivulja izjednačenja prodirnih značajki Poznavajući oblik i koeficijente jednadžbi izjednačenja metodom određenih integrala izračunate su površina ispod krivulja

62

TELUB vage su umjeravane ranije za potrebe istraživanja u okviru rada Laboratorija za mjerenje mehaničkih veličina šumarskih strojeva Šumarskog fakulteta u Zagrebu Mjerne konstante TELUB vaga su prikazane u tablici 10 Korišteni HBM dinamometri su imali tvorničke podatke o umjeravanju i mjernim konstantama koje su provjerene istim opisanim postupkom

Tablica 8 Mjerne konstante TELUB vaga i HBM dinamometara

Mjerna vrijednost

Promjena napona

Vaga 1 Vaga 2 Vaga 3 Vaga 4 Dinamometar 20 kN

Dinamometar 50 kN

Dinamometar 100 kN

mVV t t t t kN kN kN

0 0 0 0 0 0 0 0

2 13143 13268 13305 13118 20 50 100

334 Obrada podataka

Rezultati mjerenja svakog prolaska skidera šumskom vlakom su pohranjivani u datoteke Microsoft Excell-a gdje svaki stupac predstavlja jedan kanal a retci su rezultati mjerenja svake 150 sekunde Isti postupak je izvršen pri mjerenju sile vuče praznog skidera drugim vozilom opterećenja na kotačima opremljenog skidera na ravnoj podlozi i vaganja drvnih sortimenata

Početak snimanja svakog turnusa je počinjao prije kretanja skidera vlakom kako bi se provjerila veza i uspostavio daljinski prijenos podataka Isto tako snimanje podataka se završavalo u trenutka zaustavljanja skidera na kraju vlake Zbog navedenog načina snimanja mjernih podataka u snimljenim datotekama je potrebno ustanoviti samo niz podataka za svaku veličinu koja se odnosi na kretanje skidera Ovaj postupak je izvršen na osnovu grafičkog prikaza mjernih podataka koji se uočljivo razlikuju od trenutka pokretanja do zaustavljanja skidera na osnovu računalnog zapisa vremena Za svaki turnus je određeno vremensko trajanje kretanja skidera s točnošću 002 sekunde i u tom vremenskom intervalu su određene mjere središnje tendencije rasipanja podataka metodama deskriptivne statistike broj opažanja aritmetička sredina i standardna devijacija

Rezultati mjerenja broja okretaja pogonskih kotača i petog kotača predstavljaju niz promjena napona između vrijednosti 5 V i 9 V te su obrađeni pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i Datoteka navedenog računalnog programa je podešena da unosom niza promjena napona zabilježenog na kotaču i frekvencije očitanja mjernih podataka (50 Hz) broj impulsa po jednom okretu kotača prikaže kao ukupan broj okretaja kotača (n) i frekvenciju vrtnje kotača u vremenskim intervalima (slika 58) Ova analiza je izvršena za sve kotače i turnuse u vučnim pokusima

Slika 58 Prikaz obrade podataka pomoću računalnog programa National Instruments LabView 6i

63

34 Mjerenja na tlu

Istraživanja na tlu obuhvatila su kopanje pedoloških profila uzimanje uzoraka tla u narušenom i nenarušenom (prirodnom) stanju mjerenje prodirne značajke tla mjerenje otpora tla na smicanje te mjerenja dubine kolotraga

Informacije o osnovnim značajkama šumskog tla na mjestu istraživanja prikupljene su otvaranjem pedološkog profila i uzimanjem uzoraka tla u narušenom stanju

Mjerenjem prodirne značajke tla i otpora tla na smicanje te uzimanjem uzoraka tla na neizgaženom tlu i tlu na vlakama ovisno o broju prolazaka skidera utvrdila bi se razina oštećenosti šumskoga tla uslijed privlačenja drva

Uzimanje bi se uzoraka tla u nenarušenom stanju također provelo na neizgaženom tlu u tlu vlake a rezultati vodno-fizičkih svojstva tla dobiveni laboratorijskom analizom uzoraka tla također bi bili upotrebljeni za procjenu utjecaja prolaska skidera na oštećenja tla

Istim metodama oštećenja tla prolaskom skidera su utvrđivali Vranković i Pernar (1993) Meek (1996) i Mathies i dr (2003) Seixas i dr (2003)

341 Vrsta tla i sklop horizonata

Analizom pedoloških profila (pedoloških jama) utvrđuju se vrsta i tip tla te sklop njegovih horizonata

Sklop profila čine horizonti njihov broj izraženost debljina te prijelaz jednog horizonta u drugi Horizont je sloj tla sa značajkama koje su rezultat pedogenetskih čimbenika Osim utvđivanja vrste i tipa tla te dubine rasprostiranja pojedinih horizonata na pedološkom profilu vađeni su i Kopeckijevi valjci radi dobivanja spoznaja o gustoći tla i strukturi poroziteta svakog pojedinog horizonta

Pedološki profil je otvoren (kopan) prema dimenzijama na slici 59 Prilikom određivanja njegovoga položaja smještan je ispod vanjskih dijelova krošanja dubećih stabala te su izbjegavana mjesta gdje su u prošlosti prolazile stare vlake s ciljem dobivanja što reprezentativnijeg podatka

342 Uzorci tla u narušenom stanju

Iz uzoraka tla u narušenom (prirodno poremećenom) stanju laboratorijskim analizama mjere se i izračunavaju vodno-fizička svojstva tla zasnovana na masi uzorka Svrha uzimanja ove vrste uzoraka na terenu je određivanje granulometrijskoga sastava tla

Laboratorijske (direktne) metode određivanje granulometrijskoga sastava tla obuhvaćaju sušenje uzorka odvajanje skeleta usitnjavanje i prosijavanje tla preko sita s rupicama promjera 2 mm kako bi se odvojilo sitno tlo (sitnica) Nakon prve faze rada slijedi priprema sitnice za mehaničku analizu prema jednoj od propisanih metoda čija je svrha odvajanje povezanih čestica pijeska praha i gline te spriječavanje njihove ponovne koagulacije uslijed dijelovanja čestica gline U šumarskoj i poljoprivrednoj pedologiji ova faza rada najčešće se izvodi kuhanjem uzorka tla nakon čega se on prebacuje u valjke za sedimentaciju a zatim se vrši određivanje postotnoga sadržaja pojedinih frakcija pipet metodom (Škorić 1986) Pipet metoda se zasniva na poznatoj brzini padanja pojedinih čestica u suspenziji Na osnovi toga se pipetiranjem s određene dubine u valjku nakon točno određenoga vremena odpipetiraju čestice gline čestice praha i gline a krupni i sitni pijesak dobiju se računskim putem

Slika 59 Položaj i dimenzije pedološkog profila

64

Kemijske analize uzoraka tla provedene su po ovim postupcima

minus reakcija tla izmjerena je elektrometrijski kombiniranom elektrodom u suspenziji tla u vodi odnosno u 001 M CaCl2 u odnosu 125 Za mjerenje je korišten laboratorijski mikroprocesorski pH metar oznake MA 5736 točnosti plusmn 001 pH tvrtke Metrel

minus sadržaj humusa određen je bikromatnom metodom po Tjurinu

minus sadržaj ukupnog dušika određen je spaljivanjem po postupku Kjeldahla i destilacijom po Bremneru

343 Uzorci tla u nenarušenom stanju

Svrha uzimanja uzoraka tla u prirodnom stanju je utvrđivanje vodno-fizičkih svojstava tla zasnovanih na volumenu uzorka

Uzorak tla u nenarušenom stanju uziman je pomoću Kopeckijevog valjka zapremine 100 cm3 (visina 44 cm promjer 55 cm) Sam valjak sastoji se od tijela valjka koje je na jednom kraju zabrušen radi lakšeg utiskivanja u tlo metalne mrežice te dva poklopca Valjci moraju biti označeni s istim oznakama na tijelu valjka i poklopcima Prije izlaska na teren pomičnim je mjerilom provjereno odstupaju li dimenzije valjaka od normiranih vrijednosti Da bi se valjak lakše utisnuo u tlo koristi se metalni nastavak za valjke te drveni ili gumeni bat Nakon utiskivanja valjka u tlo skida se nastavak i lopatom se isijeca tlo oko valjka kako bi se on lakše oslobodio od okolnoga tla

Ovako izvađen valjak najčešće ima višak tla s gornje i donje strane koje je potrebno obrezati oštrim nožem da površina tla bude u visini rubova valjka Nakon stavljanja metalne mrežice i oba poklopca valjak je zamatan u najlon te odlagan u putni hladnjak radi sprečavanja isušivanja uzorka tla tijekom transporta do laboratorija Oznake s tijela valjka i podaci o mjestu vađenja (neizgaženo tlo lijevi ili desni kolotrag broj prolaska skidera broj vlake) upisuju se u terenski manual Prilikom uzimanja uzoraka valjci su utiskivani usporedno s površinom tla na dubini od 15 cm Nakon prolaska skidera vađeno je nekoliko valjaka iz lijevog i desnog kolotraga skidera Pri svakom turnusu je također vađeno nekoliko valjaka na neizgaženom tlu u cilju utvrđivanja dnevnih promjena vodno-fizičkih svojstava tla

S obzirom na veliku neujednačenost tla važno je uzeti veći broj uzoraka a kao minimalna količina repeticija preporuča se vađenje pet valjaka u istim uvjetima (Anon1971) S druge strane u ovom istraživanju je vrlo teško ostvariti dovoljan broj uzoraka jer bi se navedenim brojem uzimanja valjaka kopanjem narušila struktura tla šumskih vlaka što bi utjecalo na pogrešno utvrđivanje odnosa kotača i tla

Analize uzoraka tla provedene su u Pedološkom laboratoriju Zavoda za uzgajanje šuma Šumarskoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu u skladu sa Priručnikom za pedološka istraživanja (Škorić 1982) Iz uzoraka tla u nenarušenom stanju laboratorijskim su analizama utvrđena sljedeća vodno-fizička svojstava

Prirodna gustoća tla ρb = (mS V) gcm3

(69)

Određivanje prirodne gustoće tla vrši se tako da se masa suhoga tla podijeli s volumenom koje tlo ima u prirodnom stanju tj tlo iz Kopeckijevoga valjka stavlja se u sušionik te se suši na 105˚C do konstantne mase Masa osušenoga tla (mS) stavlja se u omjer s volumenom valjka (V)

Gustoća čvrste faze tla ρp gcm3

(70)

Ova gustoća određuje se na način da se masa potpuno suhoga tla podijeli s volumenom koji zaprema neporozna masa čvrstih čestica tla koja se određuje na principu tekućine koju istisnu čvrste čestice tla iz napunjene baždarene posude (piknometra) Poznavanje vrijednosti prirodne gustoće tla i gustoće čvrste faze tla omogućuje izračunavanje poroziteta tla

Porozitet tla Φ = [1 ndash (ρb ρp)] vol (71)

Porozitet tla je suma svih šupljina tla ispunjenih vodom i zrakom a izračunava se pomoću prirodne gustoće tla (ρb) i gustoće čvrste faze tla (ρp) Tla mogu biti vrlo malo porozna (lt30 ) malo porozna (30 - 45 ) porozna (45 - 60 ) i vrlo porozna (gt 60 )

65

Trenutna vlaga tla θV0 = [(mW ndash mS) V)] 100 vol (72)

Trenutna vlaga tla predstavlja razliku u masi prirodno vlažnog tla (mW) i osušenoga tla na 105˚C do konstantne mase (mS) koja je svedena na obujam uzorka ndash valjka (V)

Retencijski kapacitet tla za vodu θVS = [(∆mW + mW ndash mS) V] 100 vol (73)

Predstavlja sposobnost tla da drži vodu molekularnom adhezijom hidratacijskim i kapilarnim silama i površinskom napetošću Određivanje retencijskog kapaciteta se vrši na način da se Kopeckijev valjak postavi u posudu na stalak pokriven filter papirom čiji rubovi poniru u vodu Na taj način uzorak tla u valjku upija vodu preko filtar papira Kada se tlo na površini valjka orosi znači da se zasitilo s vodom do retencijskoga kapaciteta Valjak se skida sa stalka ostavlja desetak minuta na filtar papiru da se suvišna vlaga odstrani te se nakon toga obriše i važe Potom se valjak stavlja u sušionik i suši na 105˚C do konstantne mase Retencijski kapacitet tla za vodu izračunava se iz razlike mase navlaženoga tla do retencijskoga kapaciteta (∆mW + mW) i mase suhoga tla (mS) svedene na volumen valjka (V) S obzirom na rezultat retencijski kapacitet tla za vodu može biti vrlo malen (lt 25 ) malen (25 - 35 ) srednji (35 -45 ) velik (45 - 60 ) i vrlo velik (gt 60 )

Kapacitet tla za zrak Φa = Φ ndash θVS vol (74)

Kapacitet tla za zrak je udjel pora tla koje ispunjava zrak u trenutku zasićenja tla do njegovog retencijskog kapaciteta za vodu a izračunava se iz razlike poroziteta tla i retencijskoga kapaciteta tla za vodu Kapacitet tla za vodu se izražava kao vrlo malen (lt 5 ) malen (5 - 10 ) srednji (10 -15 ) velik (15 - 20 ) i vrlo velik (gt 20 )

344 Prodirna značajka tla

Za mjerenje prodirne značajke tla rabljen je digitalni penetrometar Eijkelkamp čije osnovne sastavnice prikazuje slika 60 penetrologger- mjerni uređaj (1) dinamometar (2) čelični nastavci (3) konus (4) referentna ploča (5) te PC konektor (6) Načelo rada ovog penetrometra zasniva se na dinamometarskoj izmjeri primjenjene sile na rukohvatu uređaja kojim se konus poznatih dimenzija utiskuje u tlo Tijekom utiskivanja konusa u tlo ultrazvučni senzor penetrologgera mjeri dubinu prodiranja na osnovi odbijenih valova od referentne ploče (predstavlja površinu tla) s preciznošću od 1 cm Mjerni raspon dinamometra iznosi od 0 do 1 kN s preciznošću izmjere od 1 N Pri samom mjerenju računalo penetrometra zapisuje u njegovu internu memoriju parove izmjerenih podataka tj vrijednosti sile (tlak) i pomaka (dubina prodiranja) pomoću računalnog programa (data acquisition) u ASCII kodu Set penetrometra opremljen je s deset mjernih konusa različitih površina i vršnog kuta (30deg i 60deg) čime je omogućen širok raspon primjene ovog uređaja

Pomoću računalne aplikacije Eijkelkamp PenetroViewer (slika 62) ostvaruje se veza između digitalnog penetrometra i osobnog računala (COM port) kojom je omogućeno programiranje plana istraživanja (odabir veličine i vršnog kuta konusa brzine prodiranja konusa u tlo kao i broj repeticija mjerenja) odnosno vrši prijenos izmjerenih podataka Navedena aplikacija omugućuje i grafički pregled izmjerenih podataka te njihov prijenos iz ASCII koda u format koji koriste standardni tablični kalkulatori (txt csv xls) i statistički paketi Tijekom terenskih istraživanja korišten je konus s površinom presjeka 2 cm2 i vršnim kutem 30deg koji se utiskivao u tlo brzinom 1 cmsec U turnusu je izvođeno po 10 utiskivanja konusa u lijevom desnom kolotragu i na neizgaženom tlu (slika 61)

Slika 60 Eijkelkamp penetrometar

66

Slika 61 Mjerenje penetrometrom Eijkelkamp Slika 62 Aplikacija PenetroViewer ver 424

Uslijed nehomogenosti strukture tla Ronai (1983) i Horvat(1993A 1994A) primjećuju veliko rasipanje podataka između repeticija izmjere prodirnih značajki

Horvat (1994B 1995 1996A 1996B) navodi da se istraživanje ovisnosti otpora tla prodiranju konusa o dubini prodiranja regresijskom analizom može raditi sa srednjim vrijednostima otpora za pojedinu dubinu prodiranja iz ponovljenih mjerenja jednako dobro kao i sa svim podacima Isti autor u citiranim radovima za izjednačavanje podataka koristi eksponencijalni korelacijski oblik p = A sdot (BZ ndash 1) + C za koji navodi da karakteristična točka u kojoj se sijeku vodoravna asimptota i tangenta krivulje iz vrijednosti C može poslužiti za brojčano određenje i ocjenu prodirne značajke tla (slika 63)

345 Posmična čvrstoća tla

Krilna sonda je uređaj koji se sastoji od mjernog krila pričvršćenog na šipku na kojoj se nalazi moment metar naprava kojom se mjeri moment potreban da se okrene krilo u trenutku savladavanja čvrstoće na smicanje uzduž plašta valjka opisanog oko krila (Nonveiller 1979)

Mjerna krila predstavljaju dvije metalne ploče visine (H) i širine (B) međusobno poprečno pričvršćene na metalnu šipku (slika 64)

Krila sonde utiskuju se u tlo do željene dubine mjerenja Okretanjem krila tlo se lomi po plaštu valjka kojemu je promjer jednak širini krila Iz jednakosti momenta torzije (MT) i momenta otpora tla na smicanje na plaštu i bazi valjka kojeg stvaraju krila pri okretanju dobiva se čvrstoća smicanja tla

rArrsdotsdotsdotsdotsdot+sdotsdotsdotsdot= 23

2

22

2

2

TBBB

HBM πτπτ (75)

+sdotsdotπ

sdot=τ

3

2

2

T

BHB

M (76)

Otpor tla na smicanje (posmična čvrstoća) mjeren je krilnom sondom (Eijkelkamp ndash Field inspection Vane tester) Dimenzije krila sonde su 16 mm x 32 mm a mjerno područje ovog instrumenta je u rasponu od 0 do 260 kPa s točnošću očitanja mjernog rezultata od 4 kPa

Slika 63 Izjednačenje podataka prodirne značajke tla

Slika 64 Krilna sonda

67

Mjerni rezultat ovog instrumenta odnosi se na otpor pri smicanju tla u trenutku njegovog sloma Krilnom sondom su izvršena mjerenja u površinskom sloju tla i na dubini od 15 cm i to po 10 mjerenja u lijevom i desnom kolotragu te na nezgaženom tlu u svakom vučnom pokusu

346 Širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga

Za deformacije tla koje nastaju uslijed kretanja vozila po šumskom bespuću ne postoje standardizirane metode izmjere već se u literaturi opisuju kroz širinu gaženog traga dubinu kolotraga ili površinu presjeka gaženog profila tla

Kolotrag kotača vozila Saarilahti (2002A) definira kao površinsku deformaciju tla (ulegnuće) dublje od 10 cm i dulje od 05 m koje je nastalo uslijed sloma i sabijanja tla kretanjem vozila Pod razinom površine tla podrazumijeva dno sloja šumskog listinca ili mahovine Isti autor za prikupljanje podataka o dubini kolotraga na terenu preporuča uzimanje sistematskog uzorka na osnovi kvadratne mreže čija gustoća čvorova (grid) ovisi o željenom intenzitetu izmjereZa izmjeru na terenu koristi se tzv nultom točkom uzorka koja predstavlja čvor položene zamišljene mreže a samu izmjeru vrši na kolotragu koji mu je najbliži Pri tome od nulte točke kolotraga u uzdužnom smjeru vlake sa svake strane na duljini od 15 m mjeri dubinu deformacije tla Samu dubinu kolotraga raščlanjuje u dva razreda prihvatljivu (lt 10 cm) i neprihvatljivu (gt 10 cm) Zadano ograničenje dubine kolotraga (10 cm) zasniva se na procjeni kakvoće izvođenja radova ali i preporukama istraživača (Owende i dr 2002)

Za operativnu procjenu kakvoće izvođenja privlačenja drva Saarilahti (2002I) preporučuje prihvatljivu prosječnu dubinu kolotraga kao onu koja ne prelazi dubinu od 10 cm na više od 10 ukupne duljine cjelokupnoga gaženja tla sječne jedinice

Meek (1996) te Nugent i dr (2001) mjere značajke kolotraga (dubina širina gaženja) prema metodici prikazanoj na slici 65 Košir (2002) navodi da širina gaženja tla pri privlačenju drva ovisi o širini primjenjenoga vozila Usljed višekratnog prolaska vozila isti autor utvrđuje povećanje širine gaženja tla za 05 m sa svake strane vozila

Tijekom istraživanja širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga mjerili su se pomoću geodetske letve duljine 5 m položene na usidrene oslonce nakon svakog prolaska skidera (slika 66) Na svakoj vlaci su određena dva mjesta izmjere dubine kolotraga

Slika 65 Postupak izmjere kolotraga

Slika 66 Mjerenje dubine kolotraga na terenu

68

35 Statistička obrada podataka mjerenja

Terenski podaci mjerenja na tlu prenijeti su iz snimačkih listova u računalne datoteke radi lakše dostupnosti pri obradi podataka Obradom snimljenih podataka obuhvaćeni su kontrola i odabir podataka njihovo razvrstavanje kao i izračunavanje traženih parametara

Obrada podataka provedena je po sljedećem redoslijedu

rArr unošenje snimljenih podataka u računalo i stvaranje datoteka podataka za daljnju obradu

rArr određivanje zahtjeva s obzirom na cilj i razinu pojedinih obrada

rArr izbor metoda analize ili funkcija izjednačenja

rArr izračunavanje traženih parametara

rArr testiranje i analiza rezultata

rArr oblikovanje izlaza

Za opis temeljnih značajki skupova promatranih podataka (neovisne varijable) korištene su metode deskriptivne statistike gdje su izračunate različite mjere središnje tendencije rasipanja mjernih podataka a kao najpovoljnije odabrane su medijan i aritmetička sredina sa standardnom devijacijom kao mjerom rasipanja te vrijednosti Za aritmetičku sredinu kao srednju vrijednosti opažanih podataka postavljen je uvjet da preciznost smije biti maksimalno plusmn005 uz 95 vjerovatnosti Međutim Hitrec (1996) navodi teškoće u pridržavanju takvog uvjeta zbog jako velikog potrebnog uzorka kako bi se dobila potrebna preciznost i zadovoljavajuća pouzdanost što dovodi do predugog trajanja vremena pokusa i njegovog poskupljivanja

Pomoću testa razlike (Studentov t ndash test) provedeno je zaključivanje o značajnosti razlika među izračunatim srednjim vrijednostima opažanja (aritmetičkim sredinama) Na osnovi nulhipoteze pretpostavljeno je da su razlike između dviju sredina opažanja rezultat slučajne varijabilnosti vrijednosti u uzorcima te da između odgovarajućih sredina takve razlike nema Razlike između sredina dijeljene su sa standardnom pogreškom a zatim je kvocijent uspoređen s iznosom od 196 standardne pogreške Tamo gdje je kvocijent veći odbacujemo nulhipotezu a ako je manji smatramo da razlika između sredina nije značajna na 5 -tnoj razini signifikatnosti (Pavlić 1985)

Za testiranje značajnosti razlika prosječnih vrijednosti više skupova podataka (više od dva) istog mjernog parametra korištena je jednostruka analiza varijance (ANOVA) koja predstavlja postupak kojim se ukupna varijabilnost rastavlja na varijabilnost između prosječnih vrijednosti grupa opažanja i na varijabilnost unutar grupa opažanja (Serdar i Šošić 1981) Tim postupkom ova metoda odgovara na pitanje je li značajnija varijabilnost između srednjih vrijednosti grupa ili varijabilnost unutar pojedinih grupa podataka (Vasilj 2000)

Metode statističke analize vremenskih nizova korištene su za opis promjena fizičko-mehaničkih i vodno-fizičkih značajki šumskog tla koje su posljedica višekratnog prolaska forvardera Pri tome su korištena dva individualna indeksa kojima se iskazala dinamika sabijanja tla Indeks sa stalnom bazom iskazuje razinu promjene u odnosu na neku odabranu vrijednost (neizgaženo tlo) Lančani (verižni) indeks korišten je za prikaz promjene praćenih parametara tla u odnosu na svaki ponovni prolazak vozila po šumskom tlu

Za istraživanje mogućih stohastičkih ovisnosti između zadovoljavajuće koreliranih varijabli korištena je regresijska analiza Odabir krivulje izjednačenja vršen je na osnovi slijedećih parametara koeficijenta (determinacije) korelacije (R) standardne devijacije zavisne varijable oko linije izjednačenja (sYX) te t-varijable (tStat) i vjerovatnosti greške prve vrste (P-value) regresijskih koeficjenata (Serdar i Šošić 1981 Kachigan 1991) Za utvrđivanje jakosti veze između izjednačenih nezavisnih i zavisnih varijabli korištena je Roumlmer-Orphal-ova skala (Kump i dr 1970)

Slika 67 Roumlmer-Orphal-ova raspodjela

Matematičko ndash statistička obrada podataka obavljena je uz pomoć osobnog računala primjenom programskih paketa Microsoft Excel 97 i Sta Soft Statistica 50

69

Za izjednačavanje ovisnosti parova podataka koji porastom nezavisne varijable pokazuju da podaci zavisne varijable imaju asimptotski trend porasta korišten je eksponencijalni regresijski računalni program REGEXE primarno razvijen za istraživanja krivulja klizanja kotača vozila (Hitrec i Horvat 1987) Navedeni računalni program čvrstoću veza odabranih regresijskih modela prikazuje pomoću tri parametra r ndash koeficijenta korelacije R ndash indeksa korelacije i R gt ndash testiranja indeksa korelacije temeljem broja opažanja

Utvrđivanje razlika u stupnju sabijenosti tla višekratnim prolaskom skidera je izvršeno usporedbom površina ispod krivulja izjednačenja prodirnih značajki Poznavajući oblik i koeficijente jednadžbi izjednačenja metodom određenih integrala izračunate su površina ispod krivulja

63

34 Mjerenja na tlu

Istraživanja na tlu obuhvatila su kopanje pedoloških profila uzimanje uzoraka tla u narušenom i nenarušenom (prirodnom) stanju mjerenje prodirne značajke tla mjerenje otpora tla na smicanje te mjerenja dubine kolotraga

Informacije o osnovnim značajkama šumskog tla na mjestu istraživanja prikupljene su otvaranjem pedološkog profila i uzimanjem uzoraka tla u narušenom stanju

Mjerenjem prodirne značajke tla i otpora tla na smicanje te uzimanjem uzoraka tla na neizgaženom tlu i tlu na vlakama ovisno o broju prolazaka skidera utvrdila bi se razina oštećenosti šumskoga tla uslijed privlačenja drva

Uzimanje bi se uzoraka tla u nenarušenom stanju također provelo na neizgaženom tlu u tlu vlake a rezultati vodno-fizičkih svojstva tla dobiveni laboratorijskom analizom uzoraka tla također bi bili upotrebljeni za procjenu utjecaja prolaska skidera na oštećenja tla

Istim metodama oštećenja tla prolaskom skidera su utvrđivali Vranković i Pernar (1993) Meek (1996) i Mathies i dr (2003) Seixas i dr (2003)

341 Vrsta tla i sklop horizonata

Analizom pedoloških profila (pedoloških jama) utvrđuju se vrsta i tip tla te sklop njegovih horizonata

Sklop profila čine horizonti njihov broj izraženost debljina te prijelaz jednog horizonta u drugi Horizont je sloj tla sa značajkama koje su rezultat pedogenetskih čimbenika Osim utvđivanja vrste i tipa tla te dubine rasprostiranja pojedinih horizonata na pedološkom profilu vađeni su i Kopeckijevi valjci radi dobivanja spoznaja o gustoći tla i strukturi poroziteta svakog pojedinog horizonta

Pedološki profil je otvoren (kopan) prema dimenzijama na slici 59 Prilikom određivanja njegovoga položaja smještan je ispod vanjskih dijelova krošanja dubećih stabala te su izbjegavana mjesta gdje su u prošlosti prolazile stare vlake s ciljem dobivanja što reprezentativnijeg podatka

342 Uzorci tla u narušenom stanju

Iz uzoraka tla u narušenom (prirodno poremećenom) stanju laboratorijskim analizama mjere se i izračunavaju vodno-fizička svojstva tla zasnovana na masi uzorka Svrha uzimanja ove vrste uzoraka na terenu je određivanje granulometrijskoga sastava tla

Laboratorijske (direktne) metode određivanje granulometrijskoga sastava tla obuhvaćaju sušenje uzorka odvajanje skeleta usitnjavanje i prosijavanje tla preko sita s rupicama promjera 2 mm kako bi se odvojilo sitno tlo (sitnica) Nakon prve faze rada slijedi priprema sitnice za mehaničku analizu prema jednoj od propisanih metoda čija je svrha odvajanje povezanih čestica pijeska praha i gline te spriječavanje njihove ponovne koagulacije uslijed dijelovanja čestica gline U šumarskoj i poljoprivrednoj pedologiji ova faza rada najčešće se izvodi kuhanjem uzorka tla nakon čega se on prebacuje u valjke za sedimentaciju a zatim se vrši određivanje postotnoga sadržaja pojedinih frakcija pipet metodom (Škorić 1986) Pipet metoda se zasniva na poznatoj brzini padanja pojedinih čestica u suspenziji Na osnovi toga se pipetiranjem s određene dubine u valjku nakon točno određenoga vremena odpipetiraju čestice gline čestice praha i gline a krupni i sitni pijesak dobiju se računskim putem

Slika 59 Položaj i dimenzije pedološkog profila

64

Kemijske analize uzoraka tla provedene su po ovim postupcima

minus reakcija tla izmjerena je elektrometrijski kombiniranom elektrodom u suspenziji tla u vodi odnosno u 001 M CaCl2 u odnosu 125 Za mjerenje je korišten laboratorijski mikroprocesorski pH metar oznake MA 5736 točnosti plusmn 001 pH tvrtke Metrel

minus sadržaj humusa određen je bikromatnom metodom po Tjurinu

minus sadržaj ukupnog dušika određen je spaljivanjem po postupku Kjeldahla i destilacijom po Bremneru

343 Uzorci tla u nenarušenom stanju

Svrha uzimanja uzoraka tla u prirodnom stanju je utvrđivanje vodno-fizičkih svojstava tla zasnovanih na volumenu uzorka

Uzorak tla u nenarušenom stanju uziman je pomoću Kopeckijevog valjka zapremine 100 cm3 (visina 44 cm promjer 55 cm) Sam valjak sastoji se od tijela valjka koje je na jednom kraju zabrušen radi lakšeg utiskivanja u tlo metalne mrežice te dva poklopca Valjci moraju biti označeni s istim oznakama na tijelu valjka i poklopcima Prije izlaska na teren pomičnim je mjerilom provjereno odstupaju li dimenzije valjaka od normiranih vrijednosti Da bi se valjak lakše utisnuo u tlo koristi se metalni nastavak za valjke te drveni ili gumeni bat Nakon utiskivanja valjka u tlo skida se nastavak i lopatom se isijeca tlo oko valjka kako bi se on lakše oslobodio od okolnoga tla

Ovako izvađen valjak najčešće ima višak tla s gornje i donje strane koje je potrebno obrezati oštrim nožem da površina tla bude u visini rubova valjka Nakon stavljanja metalne mrežice i oba poklopca valjak je zamatan u najlon te odlagan u putni hladnjak radi sprečavanja isušivanja uzorka tla tijekom transporta do laboratorija Oznake s tijela valjka i podaci o mjestu vađenja (neizgaženo tlo lijevi ili desni kolotrag broj prolaska skidera broj vlake) upisuju se u terenski manual Prilikom uzimanja uzoraka valjci su utiskivani usporedno s površinom tla na dubini od 15 cm Nakon prolaska skidera vađeno je nekoliko valjaka iz lijevog i desnog kolotraga skidera Pri svakom turnusu je također vađeno nekoliko valjaka na neizgaženom tlu u cilju utvrđivanja dnevnih promjena vodno-fizičkih svojstava tla

S obzirom na veliku neujednačenost tla važno je uzeti veći broj uzoraka a kao minimalna količina repeticija preporuča se vađenje pet valjaka u istim uvjetima (Anon1971) S druge strane u ovom istraživanju je vrlo teško ostvariti dovoljan broj uzoraka jer bi se navedenim brojem uzimanja valjaka kopanjem narušila struktura tla šumskih vlaka što bi utjecalo na pogrešno utvrđivanje odnosa kotača i tla

Analize uzoraka tla provedene su u Pedološkom laboratoriju Zavoda za uzgajanje šuma Šumarskoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu u skladu sa Priručnikom za pedološka istraživanja (Škorić 1982) Iz uzoraka tla u nenarušenom stanju laboratorijskim su analizama utvrđena sljedeća vodno-fizička svojstava

Prirodna gustoća tla ρb = (mS V) gcm3

(69)

Određivanje prirodne gustoće tla vrši se tako da se masa suhoga tla podijeli s volumenom koje tlo ima u prirodnom stanju tj tlo iz Kopeckijevoga valjka stavlja se u sušionik te se suši na 105˚C do konstantne mase Masa osušenoga tla (mS) stavlja se u omjer s volumenom valjka (V)

Gustoća čvrste faze tla ρp gcm3

(70)

Ova gustoća određuje se na način da se masa potpuno suhoga tla podijeli s volumenom koji zaprema neporozna masa čvrstih čestica tla koja se određuje na principu tekućine koju istisnu čvrste čestice tla iz napunjene baždarene posude (piknometra) Poznavanje vrijednosti prirodne gustoće tla i gustoće čvrste faze tla omogućuje izračunavanje poroziteta tla

Porozitet tla Φ = [1 ndash (ρb ρp)] vol (71)

Porozitet tla je suma svih šupljina tla ispunjenih vodom i zrakom a izračunava se pomoću prirodne gustoće tla (ρb) i gustoće čvrste faze tla (ρp) Tla mogu biti vrlo malo porozna (lt30 ) malo porozna (30 - 45 ) porozna (45 - 60 ) i vrlo porozna (gt 60 )

65

Trenutna vlaga tla θV0 = [(mW ndash mS) V)] 100 vol (72)

Trenutna vlaga tla predstavlja razliku u masi prirodno vlažnog tla (mW) i osušenoga tla na 105˚C do konstantne mase (mS) koja je svedena na obujam uzorka ndash valjka (V)

Retencijski kapacitet tla za vodu θVS = [(∆mW + mW ndash mS) V] 100 vol (73)

Predstavlja sposobnost tla da drži vodu molekularnom adhezijom hidratacijskim i kapilarnim silama i površinskom napetošću Određivanje retencijskog kapaciteta se vrši na način da se Kopeckijev valjak postavi u posudu na stalak pokriven filter papirom čiji rubovi poniru u vodu Na taj način uzorak tla u valjku upija vodu preko filtar papira Kada se tlo na površini valjka orosi znači da se zasitilo s vodom do retencijskoga kapaciteta Valjak se skida sa stalka ostavlja desetak minuta na filtar papiru da se suvišna vlaga odstrani te se nakon toga obriše i važe Potom se valjak stavlja u sušionik i suši na 105˚C do konstantne mase Retencijski kapacitet tla za vodu izračunava se iz razlike mase navlaženoga tla do retencijskoga kapaciteta (∆mW + mW) i mase suhoga tla (mS) svedene na volumen valjka (V) S obzirom na rezultat retencijski kapacitet tla za vodu može biti vrlo malen (lt 25 ) malen (25 - 35 ) srednji (35 -45 ) velik (45 - 60 ) i vrlo velik (gt 60 )

Kapacitet tla za zrak Φa = Φ ndash θVS vol (74)

Kapacitet tla za zrak je udjel pora tla koje ispunjava zrak u trenutku zasićenja tla do njegovog retencijskog kapaciteta za vodu a izračunava se iz razlike poroziteta tla i retencijskoga kapaciteta tla za vodu Kapacitet tla za vodu se izražava kao vrlo malen (lt 5 ) malen (5 - 10 ) srednji (10 -15 ) velik (15 - 20 ) i vrlo velik (gt 20 )

344 Prodirna značajka tla

Za mjerenje prodirne značajke tla rabljen je digitalni penetrometar Eijkelkamp čije osnovne sastavnice prikazuje slika 60 penetrologger- mjerni uređaj (1) dinamometar (2) čelični nastavci (3) konus (4) referentna ploča (5) te PC konektor (6) Načelo rada ovog penetrometra zasniva se na dinamometarskoj izmjeri primjenjene sile na rukohvatu uređaja kojim se konus poznatih dimenzija utiskuje u tlo Tijekom utiskivanja konusa u tlo ultrazvučni senzor penetrologgera mjeri dubinu prodiranja na osnovi odbijenih valova od referentne ploče (predstavlja površinu tla) s preciznošću od 1 cm Mjerni raspon dinamometra iznosi od 0 do 1 kN s preciznošću izmjere od 1 N Pri samom mjerenju računalo penetrometra zapisuje u njegovu internu memoriju parove izmjerenih podataka tj vrijednosti sile (tlak) i pomaka (dubina prodiranja) pomoću računalnog programa (data acquisition) u ASCII kodu Set penetrometra opremljen je s deset mjernih konusa različitih površina i vršnog kuta (30deg i 60deg) čime je omogućen širok raspon primjene ovog uređaja

Pomoću računalne aplikacije Eijkelkamp PenetroViewer (slika 62) ostvaruje se veza između digitalnog penetrometra i osobnog računala (COM port) kojom je omogućeno programiranje plana istraživanja (odabir veličine i vršnog kuta konusa brzine prodiranja konusa u tlo kao i broj repeticija mjerenja) odnosno vrši prijenos izmjerenih podataka Navedena aplikacija omugućuje i grafički pregled izmjerenih podataka te njihov prijenos iz ASCII koda u format koji koriste standardni tablični kalkulatori (txt csv xls) i statistički paketi Tijekom terenskih istraživanja korišten je konus s površinom presjeka 2 cm2 i vršnim kutem 30deg koji se utiskivao u tlo brzinom 1 cmsec U turnusu je izvođeno po 10 utiskivanja konusa u lijevom desnom kolotragu i na neizgaženom tlu (slika 61)

Slika 60 Eijkelkamp penetrometar

66

Slika 61 Mjerenje penetrometrom Eijkelkamp Slika 62 Aplikacija PenetroViewer ver 424

Uslijed nehomogenosti strukture tla Ronai (1983) i Horvat(1993A 1994A) primjećuju veliko rasipanje podataka između repeticija izmjere prodirnih značajki

Horvat (1994B 1995 1996A 1996B) navodi da se istraživanje ovisnosti otpora tla prodiranju konusa o dubini prodiranja regresijskom analizom može raditi sa srednjim vrijednostima otpora za pojedinu dubinu prodiranja iz ponovljenih mjerenja jednako dobro kao i sa svim podacima Isti autor u citiranim radovima za izjednačavanje podataka koristi eksponencijalni korelacijski oblik p = A sdot (BZ ndash 1) + C za koji navodi da karakteristična točka u kojoj se sijeku vodoravna asimptota i tangenta krivulje iz vrijednosti C može poslužiti za brojčano određenje i ocjenu prodirne značajke tla (slika 63)

345 Posmična čvrstoća tla

Krilna sonda je uređaj koji se sastoji od mjernog krila pričvršćenog na šipku na kojoj se nalazi moment metar naprava kojom se mjeri moment potreban da se okrene krilo u trenutku savladavanja čvrstoće na smicanje uzduž plašta valjka opisanog oko krila (Nonveiller 1979)

Mjerna krila predstavljaju dvije metalne ploče visine (H) i širine (B) međusobno poprečno pričvršćene na metalnu šipku (slika 64)

Krila sonde utiskuju se u tlo do željene dubine mjerenja Okretanjem krila tlo se lomi po plaštu valjka kojemu je promjer jednak širini krila Iz jednakosti momenta torzije (MT) i momenta otpora tla na smicanje na plaštu i bazi valjka kojeg stvaraju krila pri okretanju dobiva se čvrstoća smicanja tla

rArrsdotsdotsdotsdotsdot+sdotsdotsdotsdot= 23

2

22

2

2

TBBB

HBM πτπτ (75)

+sdotsdotπ

sdot=τ

3

2

2

T

BHB

M (76)

Otpor tla na smicanje (posmična čvrstoća) mjeren je krilnom sondom (Eijkelkamp ndash Field inspection Vane tester) Dimenzije krila sonde su 16 mm x 32 mm a mjerno područje ovog instrumenta je u rasponu od 0 do 260 kPa s točnošću očitanja mjernog rezultata od 4 kPa

Slika 63 Izjednačenje podataka prodirne značajke tla

Slika 64 Krilna sonda

67

Mjerni rezultat ovog instrumenta odnosi se na otpor pri smicanju tla u trenutku njegovog sloma Krilnom sondom su izvršena mjerenja u površinskom sloju tla i na dubini od 15 cm i to po 10 mjerenja u lijevom i desnom kolotragu te na nezgaženom tlu u svakom vučnom pokusu

346 Širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga

Za deformacije tla koje nastaju uslijed kretanja vozila po šumskom bespuću ne postoje standardizirane metode izmjere već se u literaturi opisuju kroz širinu gaženog traga dubinu kolotraga ili površinu presjeka gaženog profila tla

Kolotrag kotača vozila Saarilahti (2002A) definira kao površinsku deformaciju tla (ulegnuće) dublje od 10 cm i dulje od 05 m koje je nastalo uslijed sloma i sabijanja tla kretanjem vozila Pod razinom površine tla podrazumijeva dno sloja šumskog listinca ili mahovine Isti autor za prikupljanje podataka o dubini kolotraga na terenu preporuča uzimanje sistematskog uzorka na osnovi kvadratne mreže čija gustoća čvorova (grid) ovisi o željenom intenzitetu izmjereZa izmjeru na terenu koristi se tzv nultom točkom uzorka koja predstavlja čvor položene zamišljene mreže a samu izmjeru vrši na kolotragu koji mu je najbliži Pri tome od nulte točke kolotraga u uzdužnom smjeru vlake sa svake strane na duljini od 15 m mjeri dubinu deformacije tla Samu dubinu kolotraga raščlanjuje u dva razreda prihvatljivu (lt 10 cm) i neprihvatljivu (gt 10 cm) Zadano ograničenje dubine kolotraga (10 cm) zasniva se na procjeni kakvoće izvođenja radova ali i preporukama istraživača (Owende i dr 2002)

Za operativnu procjenu kakvoće izvođenja privlačenja drva Saarilahti (2002I) preporučuje prihvatljivu prosječnu dubinu kolotraga kao onu koja ne prelazi dubinu od 10 cm na više od 10 ukupne duljine cjelokupnoga gaženja tla sječne jedinice

Meek (1996) te Nugent i dr (2001) mjere značajke kolotraga (dubina širina gaženja) prema metodici prikazanoj na slici 65 Košir (2002) navodi da širina gaženja tla pri privlačenju drva ovisi o širini primjenjenoga vozila Usljed višekratnog prolaska vozila isti autor utvrđuje povećanje širine gaženja tla za 05 m sa svake strane vozila

Tijekom istraživanja širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga mjerili su se pomoću geodetske letve duljine 5 m položene na usidrene oslonce nakon svakog prolaska skidera (slika 66) Na svakoj vlaci su određena dva mjesta izmjere dubine kolotraga

Slika 65 Postupak izmjere kolotraga

Slika 66 Mjerenje dubine kolotraga na terenu

68

35 Statistička obrada podataka mjerenja

Terenski podaci mjerenja na tlu prenijeti su iz snimačkih listova u računalne datoteke radi lakše dostupnosti pri obradi podataka Obradom snimljenih podataka obuhvaćeni su kontrola i odabir podataka njihovo razvrstavanje kao i izračunavanje traženih parametara

Obrada podataka provedena je po sljedećem redoslijedu

rArr unošenje snimljenih podataka u računalo i stvaranje datoteka podataka za daljnju obradu

rArr određivanje zahtjeva s obzirom na cilj i razinu pojedinih obrada

rArr izbor metoda analize ili funkcija izjednačenja

rArr izračunavanje traženih parametara

rArr testiranje i analiza rezultata

rArr oblikovanje izlaza

Za opis temeljnih značajki skupova promatranih podataka (neovisne varijable) korištene su metode deskriptivne statistike gdje su izračunate različite mjere središnje tendencije rasipanja mjernih podataka a kao najpovoljnije odabrane su medijan i aritmetička sredina sa standardnom devijacijom kao mjerom rasipanja te vrijednosti Za aritmetičku sredinu kao srednju vrijednosti opažanih podataka postavljen je uvjet da preciznost smije biti maksimalno plusmn005 uz 95 vjerovatnosti Međutim Hitrec (1996) navodi teškoće u pridržavanju takvog uvjeta zbog jako velikog potrebnog uzorka kako bi se dobila potrebna preciznost i zadovoljavajuća pouzdanost što dovodi do predugog trajanja vremena pokusa i njegovog poskupljivanja

Pomoću testa razlike (Studentov t ndash test) provedeno je zaključivanje o značajnosti razlika među izračunatim srednjim vrijednostima opažanja (aritmetičkim sredinama) Na osnovi nulhipoteze pretpostavljeno je da su razlike između dviju sredina opažanja rezultat slučajne varijabilnosti vrijednosti u uzorcima te da između odgovarajućih sredina takve razlike nema Razlike između sredina dijeljene su sa standardnom pogreškom a zatim je kvocijent uspoređen s iznosom od 196 standardne pogreške Tamo gdje je kvocijent veći odbacujemo nulhipotezu a ako je manji smatramo da razlika između sredina nije značajna na 5 -tnoj razini signifikatnosti (Pavlić 1985)

Za testiranje značajnosti razlika prosječnih vrijednosti više skupova podataka (više od dva) istog mjernog parametra korištena je jednostruka analiza varijance (ANOVA) koja predstavlja postupak kojim se ukupna varijabilnost rastavlja na varijabilnost između prosječnih vrijednosti grupa opažanja i na varijabilnost unutar grupa opažanja (Serdar i Šošić 1981) Tim postupkom ova metoda odgovara na pitanje je li značajnija varijabilnost između srednjih vrijednosti grupa ili varijabilnost unutar pojedinih grupa podataka (Vasilj 2000)

Metode statističke analize vremenskih nizova korištene su za opis promjena fizičko-mehaničkih i vodno-fizičkih značajki šumskog tla koje su posljedica višekratnog prolaska forvardera Pri tome su korištena dva individualna indeksa kojima se iskazala dinamika sabijanja tla Indeks sa stalnom bazom iskazuje razinu promjene u odnosu na neku odabranu vrijednost (neizgaženo tlo) Lančani (verižni) indeks korišten je za prikaz promjene praćenih parametara tla u odnosu na svaki ponovni prolazak vozila po šumskom tlu

Za istraživanje mogućih stohastičkih ovisnosti između zadovoljavajuće koreliranih varijabli korištena je regresijska analiza Odabir krivulje izjednačenja vršen je na osnovi slijedećih parametara koeficijenta (determinacije) korelacije (R) standardne devijacije zavisne varijable oko linije izjednačenja (sYX) te t-varijable (tStat) i vjerovatnosti greške prve vrste (P-value) regresijskih koeficjenata (Serdar i Šošić 1981 Kachigan 1991) Za utvrđivanje jakosti veze između izjednačenih nezavisnih i zavisnih varijabli korištena je Roumlmer-Orphal-ova skala (Kump i dr 1970)

Slika 67 Roumlmer-Orphal-ova raspodjela

Matematičko ndash statistička obrada podataka obavljena je uz pomoć osobnog računala primjenom programskih paketa Microsoft Excel 97 i Sta Soft Statistica 50

69

Za izjednačavanje ovisnosti parova podataka koji porastom nezavisne varijable pokazuju da podaci zavisne varijable imaju asimptotski trend porasta korišten je eksponencijalni regresijski računalni program REGEXE primarno razvijen za istraživanja krivulja klizanja kotača vozila (Hitrec i Horvat 1987) Navedeni računalni program čvrstoću veza odabranih regresijskih modela prikazuje pomoću tri parametra r ndash koeficijenta korelacije R ndash indeksa korelacije i R gt ndash testiranja indeksa korelacije temeljem broja opažanja

Utvrđivanje razlika u stupnju sabijenosti tla višekratnim prolaskom skidera je izvršeno usporedbom površina ispod krivulja izjednačenja prodirnih značajki Poznavajući oblik i koeficijente jednadžbi izjednačenja metodom određenih integrala izračunate su površina ispod krivulja

64

Kemijske analize uzoraka tla provedene su po ovim postupcima

minus reakcija tla izmjerena je elektrometrijski kombiniranom elektrodom u suspenziji tla u vodi odnosno u 001 M CaCl2 u odnosu 125 Za mjerenje je korišten laboratorijski mikroprocesorski pH metar oznake MA 5736 točnosti plusmn 001 pH tvrtke Metrel

minus sadržaj humusa određen je bikromatnom metodom po Tjurinu

minus sadržaj ukupnog dušika određen je spaljivanjem po postupku Kjeldahla i destilacijom po Bremneru

343 Uzorci tla u nenarušenom stanju

Svrha uzimanja uzoraka tla u prirodnom stanju je utvrđivanje vodno-fizičkih svojstava tla zasnovanih na volumenu uzorka

Uzorak tla u nenarušenom stanju uziman je pomoću Kopeckijevog valjka zapremine 100 cm3 (visina 44 cm promjer 55 cm) Sam valjak sastoji se od tijela valjka koje je na jednom kraju zabrušen radi lakšeg utiskivanja u tlo metalne mrežice te dva poklopca Valjci moraju biti označeni s istim oznakama na tijelu valjka i poklopcima Prije izlaska na teren pomičnim je mjerilom provjereno odstupaju li dimenzije valjaka od normiranih vrijednosti Da bi se valjak lakše utisnuo u tlo koristi se metalni nastavak za valjke te drveni ili gumeni bat Nakon utiskivanja valjka u tlo skida se nastavak i lopatom se isijeca tlo oko valjka kako bi se on lakše oslobodio od okolnoga tla

Ovako izvađen valjak najčešće ima višak tla s gornje i donje strane koje je potrebno obrezati oštrim nožem da površina tla bude u visini rubova valjka Nakon stavljanja metalne mrežice i oba poklopca valjak je zamatan u najlon te odlagan u putni hladnjak radi sprečavanja isušivanja uzorka tla tijekom transporta do laboratorija Oznake s tijela valjka i podaci o mjestu vađenja (neizgaženo tlo lijevi ili desni kolotrag broj prolaska skidera broj vlake) upisuju se u terenski manual Prilikom uzimanja uzoraka valjci su utiskivani usporedno s površinom tla na dubini od 15 cm Nakon prolaska skidera vađeno je nekoliko valjaka iz lijevog i desnog kolotraga skidera Pri svakom turnusu je također vađeno nekoliko valjaka na neizgaženom tlu u cilju utvrđivanja dnevnih promjena vodno-fizičkih svojstava tla

S obzirom na veliku neujednačenost tla važno je uzeti veći broj uzoraka a kao minimalna količina repeticija preporuča se vađenje pet valjaka u istim uvjetima (Anon1971) S druge strane u ovom istraživanju je vrlo teško ostvariti dovoljan broj uzoraka jer bi se navedenim brojem uzimanja valjaka kopanjem narušila struktura tla šumskih vlaka što bi utjecalo na pogrešno utvrđivanje odnosa kotača i tla

Analize uzoraka tla provedene su u Pedološkom laboratoriju Zavoda za uzgajanje šuma Šumarskoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu u skladu sa Priručnikom za pedološka istraživanja (Škorić 1982) Iz uzoraka tla u nenarušenom stanju laboratorijskim su analizama utvrđena sljedeća vodno-fizička svojstava

Prirodna gustoća tla ρb = (mS V) gcm3

(69)

Određivanje prirodne gustoće tla vrši se tako da se masa suhoga tla podijeli s volumenom koje tlo ima u prirodnom stanju tj tlo iz Kopeckijevoga valjka stavlja se u sušionik te se suši na 105˚C do konstantne mase Masa osušenoga tla (mS) stavlja se u omjer s volumenom valjka (V)

Gustoća čvrste faze tla ρp gcm3

(70)

Ova gustoća određuje se na način da se masa potpuno suhoga tla podijeli s volumenom koji zaprema neporozna masa čvrstih čestica tla koja se određuje na principu tekućine koju istisnu čvrste čestice tla iz napunjene baždarene posude (piknometra) Poznavanje vrijednosti prirodne gustoće tla i gustoće čvrste faze tla omogućuje izračunavanje poroziteta tla

Porozitet tla Φ = [1 ndash (ρb ρp)] vol (71)

Porozitet tla je suma svih šupljina tla ispunjenih vodom i zrakom a izračunava se pomoću prirodne gustoće tla (ρb) i gustoće čvrste faze tla (ρp) Tla mogu biti vrlo malo porozna (lt30 ) malo porozna (30 - 45 ) porozna (45 - 60 ) i vrlo porozna (gt 60 )

65

Trenutna vlaga tla θV0 = [(mW ndash mS) V)] 100 vol (72)

Trenutna vlaga tla predstavlja razliku u masi prirodno vlažnog tla (mW) i osušenoga tla na 105˚C do konstantne mase (mS) koja je svedena na obujam uzorka ndash valjka (V)

Retencijski kapacitet tla za vodu θVS = [(∆mW + mW ndash mS) V] 100 vol (73)

Predstavlja sposobnost tla da drži vodu molekularnom adhezijom hidratacijskim i kapilarnim silama i površinskom napetošću Određivanje retencijskog kapaciteta se vrši na način da se Kopeckijev valjak postavi u posudu na stalak pokriven filter papirom čiji rubovi poniru u vodu Na taj način uzorak tla u valjku upija vodu preko filtar papira Kada se tlo na površini valjka orosi znači da se zasitilo s vodom do retencijskoga kapaciteta Valjak se skida sa stalka ostavlja desetak minuta na filtar papiru da se suvišna vlaga odstrani te se nakon toga obriše i važe Potom se valjak stavlja u sušionik i suši na 105˚C do konstantne mase Retencijski kapacitet tla za vodu izračunava se iz razlike mase navlaženoga tla do retencijskoga kapaciteta (∆mW + mW) i mase suhoga tla (mS) svedene na volumen valjka (V) S obzirom na rezultat retencijski kapacitet tla za vodu može biti vrlo malen (lt 25 ) malen (25 - 35 ) srednji (35 -45 ) velik (45 - 60 ) i vrlo velik (gt 60 )

Kapacitet tla za zrak Φa = Φ ndash θVS vol (74)

Kapacitet tla za zrak je udjel pora tla koje ispunjava zrak u trenutku zasićenja tla do njegovog retencijskog kapaciteta za vodu a izračunava se iz razlike poroziteta tla i retencijskoga kapaciteta tla za vodu Kapacitet tla za vodu se izražava kao vrlo malen (lt 5 ) malen (5 - 10 ) srednji (10 -15 ) velik (15 - 20 ) i vrlo velik (gt 20 )

344 Prodirna značajka tla

Za mjerenje prodirne značajke tla rabljen je digitalni penetrometar Eijkelkamp čije osnovne sastavnice prikazuje slika 60 penetrologger- mjerni uređaj (1) dinamometar (2) čelični nastavci (3) konus (4) referentna ploča (5) te PC konektor (6) Načelo rada ovog penetrometra zasniva se na dinamometarskoj izmjeri primjenjene sile na rukohvatu uređaja kojim se konus poznatih dimenzija utiskuje u tlo Tijekom utiskivanja konusa u tlo ultrazvučni senzor penetrologgera mjeri dubinu prodiranja na osnovi odbijenih valova od referentne ploče (predstavlja površinu tla) s preciznošću od 1 cm Mjerni raspon dinamometra iznosi od 0 do 1 kN s preciznošću izmjere od 1 N Pri samom mjerenju računalo penetrometra zapisuje u njegovu internu memoriju parove izmjerenih podataka tj vrijednosti sile (tlak) i pomaka (dubina prodiranja) pomoću računalnog programa (data acquisition) u ASCII kodu Set penetrometra opremljen je s deset mjernih konusa različitih površina i vršnog kuta (30deg i 60deg) čime je omogućen širok raspon primjene ovog uređaja

Pomoću računalne aplikacije Eijkelkamp PenetroViewer (slika 62) ostvaruje se veza između digitalnog penetrometra i osobnog računala (COM port) kojom je omogućeno programiranje plana istraživanja (odabir veličine i vršnog kuta konusa brzine prodiranja konusa u tlo kao i broj repeticija mjerenja) odnosno vrši prijenos izmjerenih podataka Navedena aplikacija omugućuje i grafički pregled izmjerenih podataka te njihov prijenos iz ASCII koda u format koji koriste standardni tablični kalkulatori (txt csv xls) i statistički paketi Tijekom terenskih istraživanja korišten je konus s površinom presjeka 2 cm2 i vršnim kutem 30deg koji se utiskivao u tlo brzinom 1 cmsec U turnusu je izvođeno po 10 utiskivanja konusa u lijevom desnom kolotragu i na neizgaženom tlu (slika 61)

Slika 60 Eijkelkamp penetrometar

66

Slika 61 Mjerenje penetrometrom Eijkelkamp Slika 62 Aplikacija PenetroViewer ver 424

Uslijed nehomogenosti strukture tla Ronai (1983) i Horvat(1993A 1994A) primjećuju veliko rasipanje podataka između repeticija izmjere prodirnih značajki

Horvat (1994B 1995 1996A 1996B) navodi da se istraživanje ovisnosti otpora tla prodiranju konusa o dubini prodiranja regresijskom analizom može raditi sa srednjim vrijednostima otpora za pojedinu dubinu prodiranja iz ponovljenih mjerenja jednako dobro kao i sa svim podacima Isti autor u citiranim radovima za izjednačavanje podataka koristi eksponencijalni korelacijski oblik p = A sdot (BZ ndash 1) + C za koji navodi da karakteristična točka u kojoj se sijeku vodoravna asimptota i tangenta krivulje iz vrijednosti C može poslužiti za brojčano određenje i ocjenu prodirne značajke tla (slika 63)

345 Posmična čvrstoća tla

Krilna sonda je uređaj koji se sastoji od mjernog krila pričvršćenog na šipku na kojoj se nalazi moment metar naprava kojom se mjeri moment potreban da se okrene krilo u trenutku savladavanja čvrstoće na smicanje uzduž plašta valjka opisanog oko krila (Nonveiller 1979)

Mjerna krila predstavljaju dvije metalne ploče visine (H) i širine (B) međusobno poprečno pričvršćene na metalnu šipku (slika 64)

Krila sonde utiskuju se u tlo do željene dubine mjerenja Okretanjem krila tlo se lomi po plaštu valjka kojemu je promjer jednak širini krila Iz jednakosti momenta torzije (MT) i momenta otpora tla na smicanje na plaštu i bazi valjka kojeg stvaraju krila pri okretanju dobiva se čvrstoća smicanja tla

rArrsdotsdotsdotsdotsdot+sdotsdotsdotsdot= 23

2

22

2

2

TBBB

HBM πτπτ (75)

+sdotsdotπ

sdot=τ

3

2

2

T

BHB

M (76)

Otpor tla na smicanje (posmična čvrstoća) mjeren je krilnom sondom (Eijkelkamp ndash Field inspection Vane tester) Dimenzije krila sonde su 16 mm x 32 mm a mjerno područje ovog instrumenta je u rasponu od 0 do 260 kPa s točnošću očitanja mjernog rezultata od 4 kPa

Slika 63 Izjednačenje podataka prodirne značajke tla

Slika 64 Krilna sonda

67

Mjerni rezultat ovog instrumenta odnosi se na otpor pri smicanju tla u trenutku njegovog sloma Krilnom sondom su izvršena mjerenja u površinskom sloju tla i na dubini od 15 cm i to po 10 mjerenja u lijevom i desnom kolotragu te na nezgaženom tlu u svakom vučnom pokusu

346 Širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga

Za deformacije tla koje nastaju uslijed kretanja vozila po šumskom bespuću ne postoje standardizirane metode izmjere već se u literaturi opisuju kroz širinu gaženog traga dubinu kolotraga ili površinu presjeka gaženog profila tla

Kolotrag kotača vozila Saarilahti (2002A) definira kao površinsku deformaciju tla (ulegnuće) dublje od 10 cm i dulje od 05 m koje je nastalo uslijed sloma i sabijanja tla kretanjem vozila Pod razinom površine tla podrazumijeva dno sloja šumskog listinca ili mahovine Isti autor za prikupljanje podataka o dubini kolotraga na terenu preporuča uzimanje sistematskog uzorka na osnovi kvadratne mreže čija gustoća čvorova (grid) ovisi o željenom intenzitetu izmjereZa izmjeru na terenu koristi se tzv nultom točkom uzorka koja predstavlja čvor položene zamišljene mreže a samu izmjeru vrši na kolotragu koji mu je najbliži Pri tome od nulte točke kolotraga u uzdužnom smjeru vlake sa svake strane na duljini od 15 m mjeri dubinu deformacije tla Samu dubinu kolotraga raščlanjuje u dva razreda prihvatljivu (lt 10 cm) i neprihvatljivu (gt 10 cm) Zadano ograničenje dubine kolotraga (10 cm) zasniva se na procjeni kakvoće izvođenja radova ali i preporukama istraživača (Owende i dr 2002)

Za operativnu procjenu kakvoće izvođenja privlačenja drva Saarilahti (2002I) preporučuje prihvatljivu prosječnu dubinu kolotraga kao onu koja ne prelazi dubinu od 10 cm na više od 10 ukupne duljine cjelokupnoga gaženja tla sječne jedinice

Meek (1996) te Nugent i dr (2001) mjere značajke kolotraga (dubina širina gaženja) prema metodici prikazanoj na slici 65 Košir (2002) navodi da širina gaženja tla pri privlačenju drva ovisi o širini primjenjenoga vozila Usljed višekratnog prolaska vozila isti autor utvrđuje povećanje širine gaženja tla za 05 m sa svake strane vozila

Tijekom istraživanja širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga mjerili su se pomoću geodetske letve duljine 5 m položene na usidrene oslonce nakon svakog prolaska skidera (slika 66) Na svakoj vlaci su određena dva mjesta izmjere dubine kolotraga

Slika 65 Postupak izmjere kolotraga

Slika 66 Mjerenje dubine kolotraga na terenu

68

35 Statistička obrada podataka mjerenja

Terenski podaci mjerenja na tlu prenijeti su iz snimačkih listova u računalne datoteke radi lakše dostupnosti pri obradi podataka Obradom snimljenih podataka obuhvaćeni su kontrola i odabir podataka njihovo razvrstavanje kao i izračunavanje traženih parametara

Obrada podataka provedena je po sljedećem redoslijedu

rArr unošenje snimljenih podataka u računalo i stvaranje datoteka podataka za daljnju obradu

rArr određivanje zahtjeva s obzirom na cilj i razinu pojedinih obrada

rArr izbor metoda analize ili funkcija izjednačenja

rArr izračunavanje traženih parametara

rArr testiranje i analiza rezultata

rArr oblikovanje izlaza

Za opis temeljnih značajki skupova promatranih podataka (neovisne varijable) korištene su metode deskriptivne statistike gdje su izračunate različite mjere središnje tendencije rasipanja mjernih podataka a kao najpovoljnije odabrane su medijan i aritmetička sredina sa standardnom devijacijom kao mjerom rasipanja te vrijednosti Za aritmetičku sredinu kao srednju vrijednosti opažanih podataka postavljen je uvjet da preciznost smije biti maksimalno plusmn005 uz 95 vjerovatnosti Međutim Hitrec (1996) navodi teškoće u pridržavanju takvog uvjeta zbog jako velikog potrebnog uzorka kako bi se dobila potrebna preciznost i zadovoljavajuća pouzdanost što dovodi do predugog trajanja vremena pokusa i njegovog poskupljivanja

Pomoću testa razlike (Studentov t ndash test) provedeno je zaključivanje o značajnosti razlika među izračunatim srednjim vrijednostima opažanja (aritmetičkim sredinama) Na osnovi nulhipoteze pretpostavljeno je da su razlike između dviju sredina opažanja rezultat slučajne varijabilnosti vrijednosti u uzorcima te da između odgovarajućih sredina takve razlike nema Razlike između sredina dijeljene su sa standardnom pogreškom a zatim je kvocijent uspoređen s iznosom od 196 standardne pogreške Tamo gdje je kvocijent veći odbacujemo nulhipotezu a ako je manji smatramo da razlika između sredina nije značajna na 5 -tnoj razini signifikatnosti (Pavlić 1985)

Za testiranje značajnosti razlika prosječnih vrijednosti više skupova podataka (više od dva) istog mjernog parametra korištena je jednostruka analiza varijance (ANOVA) koja predstavlja postupak kojim se ukupna varijabilnost rastavlja na varijabilnost između prosječnih vrijednosti grupa opažanja i na varijabilnost unutar grupa opažanja (Serdar i Šošić 1981) Tim postupkom ova metoda odgovara na pitanje je li značajnija varijabilnost između srednjih vrijednosti grupa ili varijabilnost unutar pojedinih grupa podataka (Vasilj 2000)

Metode statističke analize vremenskih nizova korištene su za opis promjena fizičko-mehaničkih i vodno-fizičkih značajki šumskog tla koje su posljedica višekratnog prolaska forvardera Pri tome su korištena dva individualna indeksa kojima se iskazala dinamika sabijanja tla Indeks sa stalnom bazom iskazuje razinu promjene u odnosu na neku odabranu vrijednost (neizgaženo tlo) Lančani (verižni) indeks korišten je za prikaz promjene praćenih parametara tla u odnosu na svaki ponovni prolazak vozila po šumskom tlu

Za istraživanje mogućih stohastičkih ovisnosti između zadovoljavajuće koreliranih varijabli korištena je regresijska analiza Odabir krivulje izjednačenja vršen je na osnovi slijedećih parametara koeficijenta (determinacije) korelacije (R) standardne devijacije zavisne varijable oko linije izjednačenja (sYX) te t-varijable (tStat) i vjerovatnosti greške prve vrste (P-value) regresijskih koeficjenata (Serdar i Šošić 1981 Kachigan 1991) Za utvrđivanje jakosti veze između izjednačenih nezavisnih i zavisnih varijabli korištena je Roumlmer-Orphal-ova skala (Kump i dr 1970)

Slika 67 Roumlmer-Orphal-ova raspodjela

Matematičko ndash statistička obrada podataka obavljena je uz pomoć osobnog računala primjenom programskih paketa Microsoft Excel 97 i Sta Soft Statistica 50

69

Za izjednačavanje ovisnosti parova podataka koji porastom nezavisne varijable pokazuju da podaci zavisne varijable imaju asimptotski trend porasta korišten je eksponencijalni regresijski računalni program REGEXE primarno razvijen za istraživanja krivulja klizanja kotača vozila (Hitrec i Horvat 1987) Navedeni računalni program čvrstoću veza odabranih regresijskih modela prikazuje pomoću tri parametra r ndash koeficijenta korelacije R ndash indeksa korelacije i R gt ndash testiranja indeksa korelacije temeljem broja opažanja

Utvrđivanje razlika u stupnju sabijenosti tla višekratnim prolaskom skidera je izvršeno usporedbom površina ispod krivulja izjednačenja prodirnih značajki Poznavajući oblik i koeficijente jednadžbi izjednačenja metodom određenih integrala izračunate su površina ispod krivulja

65

Trenutna vlaga tla θV0 = [(mW ndash mS) V)] 100 vol (72)

Trenutna vlaga tla predstavlja razliku u masi prirodno vlažnog tla (mW) i osušenoga tla na 105˚C do konstantne mase (mS) koja je svedena na obujam uzorka ndash valjka (V)

Retencijski kapacitet tla za vodu θVS = [(∆mW + mW ndash mS) V] 100 vol (73)

Predstavlja sposobnost tla da drži vodu molekularnom adhezijom hidratacijskim i kapilarnim silama i površinskom napetošću Određivanje retencijskog kapaciteta se vrši na način da se Kopeckijev valjak postavi u posudu na stalak pokriven filter papirom čiji rubovi poniru u vodu Na taj način uzorak tla u valjku upija vodu preko filtar papira Kada se tlo na površini valjka orosi znači da se zasitilo s vodom do retencijskoga kapaciteta Valjak se skida sa stalka ostavlja desetak minuta na filtar papiru da se suvišna vlaga odstrani te se nakon toga obriše i važe Potom se valjak stavlja u sušionik i suši na 105˚C do konstantne mase Retencijski kapacitet tla za vodu izračunava se iz razlike mase navlaženoga tla do retencijskoga kapaciteta (∆mW + mW) i mase suhoga tla (mS) svedene na volumen valjka (V) S obzirom na rezultat retencijski kapacitet tla za vodu može biti vrlo malen (lt 25 ) malen (25 - 35 ) srednji (35 -45 ) velik (45 - 60 ) i vrlo velik (gt 60 )

Kapacitet tla za zrak Φa = Φ ndash θVS vol (74)

Kapacitet tla za zrak je udjel pora tla koje ispunjava zrak u trenutku zasićenja tla do njegovog retencijskog kapaciteta za vodu a izračunava se iz razlike poroziteta tla i retencijskoga kapaciteta tla za vodu Kapacitet tla za vodu se izražava kao vrlo malen (lt 5 ) malen (5 - 10 ) srednji (10 -15 ) velik (15 - 20 ) i vrlo velik (gt 20 )

344 Prodirna značajka tla

Za mjerenje prodirne značajke tla rabljen je digitalni penetrometar Eijkelkamp čije osnovne sastavnice prikazuje slika 60 penetrologger- mjerni uređaj (1) dinamometar (2) čelični nastavci (3) konus (4) referentna ploča (5) te PC konektor (6) Načelo rada ovog penetrometra zasniva se na dinamometarskoj izmjeri primjenjene sile na rukohvatu uređaja kojim se konus poznatih dimenzija utiskuje u tlo Tijekom utiskivanja konusa u tlo ultrazvučni senzor penetrologgera mjeri dubinu prodiranja na osnovi odbijenih valova od referentne ploče (predstavlja površinu tla) s preciznošću od 1 cm Mjerni raspon dinamometra iznosi od 0 do 1 kN s preciznošću izmjere od 1 N Pri samom mjerenju računalo penetrometra zapisuje u njegovu internu memoriju parove izmjerenih podataka tj vrijednosti sile (tlak) i pomaka (dubina prodiranja) pomoću računalnog programa (data acquisition) u ASCII kodu Set penetrometra opremljen je s deset mjernih konusa različitih površina i vršnog kuta (30deg i 60deg) čime je omogućen širok raspon primjene ovog uređaja

Pomoću računalne aplikacije Eijkelkamp PenetroViewer (slika 62) ostvaruje se veza između digitalnog penetrometra i osobnog računala (COM port) kojom je omogućeno programiranje plana istraživanja (odabir veličine i vršnog kuta konusa brzine prodiranja konusa u tlo kao i broj repeticija mjerenja) odnosno vrši prijenos izmjerenih podataka Navedena aplikacija omugućuje i grafički pregled izmjerenih podataka te njihov prijenos iz ASCII koda u format koji koriste standardni tablični kalkulatori (txt csv xls) i statistički paketi Tijekom terenskih istraživanja korišten je konus s površinom presjeka 2 cm2 i vršnim kutem 30deg koji se utiskivao u tlo brzinom 1 cmsec U turnusu je izvođeno po 10 utiskivanja konusa u lijevom desnom kolotragu i na neizgaženom tlu (slika 61)

Slika 60 Eijkelkamp penetrometar

66

Slika 61 Mjerenje penetrometrom Eijkelkamp Slika 62 Aplikacija PenetroViewer ver 424

Uslijed nehomogenosti strukture tla Ronai (1983) i Horvat(1993A 1994A) primjećuju veliko rasipanje podataka između repeticija izmjere prodirnih značajki

Horvat (1994B 1995 1996A 1996B) navodi da se istraživanje ovisnosti otpora tla prodiranju konusa o dubini prodiranja regresijskom analizom može raditi sa srednjim vrijednostima otpora za pojedinu dubinu prodiranja iz ponovljenih mjerenja jednako dobro kao i sa svim podacima Isti autor u citiranim radovima za izjednačavanje podataka koristi eksponencijalni korelacijski oblik p = A sdot (BZ ndash 1) + C za koji navodi da karakteristična točka u kojoj se sijeku vodoravna asimptota i tangenta krivulje iz vrijednosti C može poslužiti za brojčano određenje i ocjenu prodirne značajke tla (slika 63)

345 Posmična čvrstoća tla

Krilna sonda je uređaj koji se sastoji od mjernog krila pričvršćenog na šipku na kojoj se nalazi moment metar naprava kojom se mjeri moment potreban da se okrene krilo u trenutku savladavanja čvrstoće na smicanje uzduž plašta valjka opisanog oko krila (Nonveiller 1979)

Mjerna krila predstavljaju dvije metalne ploče visine (H) i širine (B) međusobno poprečno pričvršćene na metalnu šipku (slika 64)

Krila sonde utiskuju se u tlo do željene dubine mjerenja Okretanjem krila tlo se lomi po plaštu valjka kojemu je promjer jednak širini krila Iz jednakosti momenta torzije (MT) i momenta otpora tla na smicanje na plaštu i bazi valjka kojeg stvaraju krila pri okretanju dobiva se čvrstoća smicanja tla

rArrsdotsdotsdotsdotsdot+sdotsdotsdotsdot= 23

2

22

2

2

TBBB

HBM πτπτ (75)

+sdotsdotπ

sdot=τ

3

2

2

T

BHB

M (76)

Otpor tla na smicanje (posmična čvrstoća) mjeren je krilnom sondom (Eijkelkamp ndash Field inspection Vane tester) Dimenzije krila sonde su 16 mm x 32 mm a mjerno područje ovog instrumenta je u rasponu od 0 do 260 kPa s točnošću očitanja mjernog rezultata od 4 kPa

Slika 63 Izjednačenje podataka prodirne značajke tla

Slika 64 Krilna sonda

67

Mjerni rezultat ovog instrumenta odnosi se na otpor pri smicanju tla u trenutku njegovog sloma Krilnom sondom su izvršena mjerenja u površinskom sloju tla i na dubini od 15 cm i to po 10 mjerenja u lijevom i desnom kolotragu te na nezgaženom tlu u svakom vučnom pokusu

346 Širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga

Za deformacije tla koje nastaju uslijed kretanja vozila po šumskom bespuću ne postoje standardizirane metode izmjere već se u literaturi opisuju kroz širinu gaženog traga dubinu kolotraga ili površinu presjeka gaženog profila tla

Kolotrag kotača vozila Saarilahti (2002A) definira kao površinsku deformaciju tla (ulegnuće) dublje od 10 cm i dulje od 05 m koje je nastalo uslijed sloma i sabijanja tla kretanjem vozila Pod razinom površine tla podrazumijeva dno sloja šumskog listinca ili mahovine Isti autor za prikupljanje podataka o dubini kolotraga na terenu preporuča uzimanje sistematskog uzorka na osnovi kvadratne mreže čija gustoća čvorova (grid) ovisi o željenom intenzitetu izmjereZa izmjeru na terenu koristi se tzv nultom točkom uzorka koja predstavlja čvor položene zamišljene mreže a samu izmjeru vrši na kolotragu koji mu je najbliži Pri tome od nulte točke kolotraga u uzdužnom smjeru vlake sa svake strane na duljini od 15 m mjeri dubinu deformacije tla Samu dubinu kolotraga raščlanjuje u dva razreda prihvatljivu (lt 10 cm) i neprihvatljivu (gt 10 cm) Zadano ograničenje dubine kolotraga (10 cm) zasniva se na procjeni kakvoće izvođenja radova ali i preporukama istraživača (Owende i dr 2002)

Za operativnu procjenu kakvoće izvođenja privlačenja drva Saarilahti (2002I) preporučuje prihvatljivu prosječnu dubinu kolotraga kao onu koja ne prelazi dubinu od 10 cm na više od 10 ukupne duljine cjelokupnoga gaženja tla sječne jedinice

Meek (1996) te Nugent i dr (2001) mjere značajke kolotraga (dubina širina gaženja) prema metodici prikazanoj na slici 65 Košir (2002) navodi da širina gaženja tla pri privlačenju drva ovisi o širini primjenjenoga vozila Usljed višekratnog prolaska vozila isti autor utvrđuje povećanje širine gaženja tla za 05 m sa svake strane vozila

Tijekom istraživanja širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga mjerili su se pomoću geodetske letve duljine 5 m položene na usidrene oslonce nakon svakog prolaska skidera (slika 66) Na svakoj vlaci su određena dva mjesta izmjere dubine kolotraga

Slika 65 Postupak izmjere kolotraga

Slika 66 Mjerenje dubine kolotraga na terenu

68

35 Statistička obrada podataka mjerenja

Terenski podaci mjerenja na tlu prenijeti su iz snimačkih listova u računalne datoteke radi lakše dostupnosti pri obradi podataka Obradom snimljenih podataka obuhvaćeni su kontrola i odabir podataka njihovo razvrstavanje kao i izračunavanje traženih parametara

Obrada podataka provedena je po sljedećem redoslijedu

rArr unošenje snimljenih podataka u računalo i stvaranje datoteka podataka za daljnju obradu

rArr određivanje zahtjeva s obzirom na cilj i razinu pojedinih obrada

rArr izbor metoda analize ili funkcija izjednačenja

rArr izračunavanje traženih parametara

rArr testiranje i analiza rezultata

rArr oblikovanje izlaza

Za opis temeljnih značajki skupova promatranih podataka (neovisne varijable) korištene su metode deskriptivne statistike gdje su izračunate različite mjere središnje tendencije rasipanja mjernih podataka a kao najpovoljnije odabrane su medijan i aritmetička sredina sa standardnom devijacijom kao mjerom rasipanja te vrijednosti Za aritmetičku sredinu kao srednju vrijednosti opažanih podataka postavljen je uvjet da preciznost smije biti maksimalno plusmn005 uz 95 vjerovatnosti Međutim Hitrec (1996) navodi teškoće u pridržavanju takvog uvjeta zbog jako velikog potrebnog uzorka kako bi se dobila potrebna preciznost i zadovoljavajuća pouzdanost što dovodi do predugog trajanja vremena pokusa i njegovog poskupljivanja

Pomoću testa razlike (Studentov t ndash test) provedeno je zaključivanje o značajnosti razlika među izračunatim srednjim vrijednostima opažanja (aritmetičkim sredinama) Na osnovi nulhipoteze pretpostavljeno je da su razlike između dviju sredina opažanja rezultat slučajne varijabilnosti vrijednosti u uzorcima te da između odgovarajućih sredina takve razlike nema Razlike između sredina dijeljene su sa standardnom pogreškom a zatim je kvocijent uspoređen s iznosom od 196 standardne pogreške Tamo gdje je kvocijent veći odbacujemo nulhipotezu a ako je manji smatramo da razlika između sredina nije značajna na 5 -tnoj razini signifikatnosti (Pavlić 1985)

Za testiranje značajnosti razlika prosječnih vrijednosti više skupova podataka (više od dva) istog mjernog parametra korištena je jednostruka analiza varijance (ANOVA) koja predstavlja postupak kojim se ukupna varijabilnost rastavlja na varijabilnost između prosječnih vrijednosti grupa opažanja i na varijabilnost unutar grupa opažanja (Serdar i Šošić 1981) Tim postupkom ova metoda odgovara na pitanje je li značajnija varijabilnost između srednjih vrijednosti grupa ili varijabilnost unutar pojedinih grupa podataka (Vasilj 2000)

Metode statističke analize vremenskih nizova korištene su za opis promjena fizičko-mehaničkih i vodno-fizičkih značajki šumskog tla koje su posljedica višekratnog prolaska forvardera Pri tome su korištena dva individualna indeksa kojima se iskazala dinamika sabijanja tla Indeks sa stalnom bazom iskazuje razinu promjene u odnosu na neku odabranu vrijednost (neizgaženo tlo) Lančani (verižni) indeks korišten je za prikaz promjene praćenih parametara tla u odnosu na svaki ponovni prolazak vozila po šumskom tlu

Za istraživanje mogućih stohastičkih ovisnosti između zadovoljavajuće koreliranih varijabli korištena je regresijska analiza Odabir krivulje izjednačenja vršen je na osnovi slijedećih parametara koeficijenta (determinacije) korelacije (R) standardne devijacije zavisne varijable oko linije izjednačenja (sYX) te t-varijable (tStat) i vjerovatnosti greške prve vrste (P-value) regresijskih koeficjenata (Serdar i Šošić 1981 Kachigan 1991) Za utvrđivanje jakosti veze između izjednačenih nezavisnih i zavisnih varijabli korištena je Roumlmer-Orphal-ova skala (Kump i dr 1970)

Slika 67 Roumlmer-Orphal-ova raspodjela

Matematičko ndash statistička obrada podataka obavljena je uz pomoć osobnog računala primjenom programskih paketa Microsoft Excel 97 i Sta Soft Statistica 50

69

Za izjednačavanje ovisnosti parova podataka koji porastom nezavisne varijable pokazuju da podaci zavisne varijable imaju asimptotski trend porasta korišten je eksponencijalni regresijski računalni program REGEXE primarno razvijen za istraživanja krivulja klizanja kotača vozila (Hitrec i Horvat 1987) Navedeni računalni program čvrstoću veza odabranih regresijskih modela prikazuje pomoću tri parametra r ndash koeficijenta korelacije R ndash indeksa korelacije i R gt ndash testiranja indeksa korelacije temeljem broja opažanja

Utvrđivanje razlika u stupnju sabijenosti tla višekratnim prolaskom skidera je izvršeno usporedbom površina ispod krivulja izjednačenja prodirnih značajki Poznavajući oblik i koeficijente jednadžbi izjednačenja metodom određenih integrala izračunate su površina ispod krivulja

66

Slika 61 Mjerenje penetrometrom Eijkelkamp Slika 62 Aplikacija PenetroViewer ver 424

Uslijed nehomogenosti strukture tla Ronai (1983) i Horvat(1993A 1994A) primjećuju veliko rasipanje podataka između repeticija izmjere prodirnih značajki

Horvat (1994B 1995 1996A 1996B) navodi da se istraživanje ovisnosti otpora tla prodiranju konusa o dubini prodiranja regresijskom analizom može raditi sa srednjim vrijednostima otpora za pojedinu dubinu prodiranja iz ponovljenih mjerenja jednako dobro kao i sa svim podacima Isti autor u citiranim radovima za izjednačavanje podataka koristi eksponencijalni korelacijski oblik p = A sdot (BZ ndash 1) + C za koji navodi da karakteristična točka u kojoj se sijeku vodoravna asimptota i tangenta krivulje iz vrijednosti C može poslužiti za brojčano određenje i ocjenu prodirne značajke tla (slika 63)

345 Posmična čvrstoća tla

Krilna sonda je uređaj koji se sastoji od mjernog krila pričvršćenog na šipku na kojoj se nalazi moment metar naprava kojom se mjeri moment potreban da se okrene krilo u trenutku savladavanja čvrstoće na smicanje uzduž plašta valjka opisanog oko krila (Nonveiller 1979)

Mjerna krila predstavljaju dvije metalne ploče visine (H) i širine (B) međusobno poprečno pričvršćene na metalnu šipku (slika 64)

Krila sonde utiskuju se u tlo do željene dubine mjerenja Okretanjem krila tlo se lomi po plaštu valjka kojemu je promjer jednak širini krila Iz jednakosti momenta torzije (MT) i momenta otpora tla na smicanje na plaštu i bazi valjka kojeg stvaraju krila pri okretanju dobiva se čvrstoća smicanja tla

rArrsdotsdotsdotsdotsdot+sdotsdotsdotsdot= 23

2

22

2

2

TBBB

HBM πτπτ (75)

+sdotsdotπ

sdot=τ

3

2

2

T

BHB

M (76)

Otpor tla na smicanje (posmična čvrstoća) mjeren je krilnom sondom (Eijkelkamp ndash Field inspection Vane tester) Dimenzije krila sonde su 16 mm x 32 mm a mjerno područje ovog instrumenta je u rasponu od 0 do 260 kPa s točnošću očitanja mjernog rezultata od 4 kPa

Slika 63 Izjednačenje podataka prodirne značajke tla

Slika 64 Krilna sonda

67

Mjerni rezultat ovog instrumenta odnosi se na otpor pri smicanju tla u trenutku njegovog sloma Krilnom sondom su izvršena mjerenja u površinskom sloju tla i na dubini od 15 cm i to po 10 mjerenja u lijevom i desnom kolotragu te na nezgaženom tlu u svakom vučnom pokusu

346 Širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga

Za deformacije tla koje nastaju uslijed kretanja vozila po šumskom bespuću ne postoje standardizirane metode izmjere već se u literaturi opisuju kroz širinu gaženog traga dubinu kolotraga ili površinu presjeka gaženog profila tla

Kolotrag kotača vozila Saarilahti (2002A) definira kao površinsku deformaciju tla (ulegnuće) dublje od 10 cm i dulje od 05 m koje je nastalo uslijed sloma i sabijanja tla kretanjem vozila Pod razinom površine tla podrazumijeva dno sloja šumskog listinca ili mahovine Isti autor za prikupljanje podataka o dubini kolotraga na terenu preporuča uzimanje sistematskog uzorka na osnovi kvadratne mreže čija gustoća čvorova (grid) ovisi o željenom intenzitetu izmjereZa izmjeru na terenu koristi se tzv nultom točkom uzorka koja predstavlja čvor položene zamišljene mreže a samu izmjeru vrši na kolotragu koji mu je najbliži Pri tome od nulte točke kolotraga u uzdužnom smjeru vlake sa svake strane na duljini od 15 m mjeri dubinu deformacije tla Samu dubinu kolotraga raščlanjuje u dva razreda prihvatljivu (lt 10 cm) i neprihvatljivu (gt 10 cm) Zadano ograničenje dubine kolotraga (10 cm) zasniva se na procjeni kakvoće izvođenja radova ali i preporukama istraživača (Owende i dr 2002)

Za operativnu procjenu kakvoće izvođenja privlačenja drva Saarilahti (2002I) preporučuje prihvatljivu prosječnu dubinu kolotraga kao onu koja ne prelazi dubinu od 10 cm na više od 10 ukupne duljine cjelokupnoga gaženja tla sječne jedinice

Meek (1996) te Nugent i dr (2001) mjere značajke kolotraga (dubina širina gaženja) prema metodici prikazanoj na slici 65 Košir (2002) navodi da širina gaženja tla pri privlačenju drva ovisi o širini primjenjenoga vozila Usljed višekratnog prolaska vozila isti autor utvrđuje povećanje širine gaženja tla za 05 m sa svake strane vozila

Tijekom istraživanja širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga mjerili su se pomoću geodetske letve duljine 5 m položene na usidrene oslonce nakon svakog prolaska skidera (slika 66) Na svakoj vlaci su određena dva mjesta izmjere dubine kolotraga

Slika 65 Postupak izmjere kolotraga

Slika 66 Mjerenje dubine kolotraga na terenu

68

35 Statistička obrada podataka mjerenja

Terenski podaci mjerenja na tlu prenijeti su iz snimačkih listova u računalne datoteke radi lakše dostupnosti pri obradi podataka Obradom snimljenih podataka obuhvaćeni su kontrola i odabir podataka njihovo razvrstavanje kao i izračunavanje traženih parametara

Obrada podataka provedena je po sljedećem redoslijedu

rArr unošenje snimljenih podataka u računalo i stvaranje datoteka podataka za daljnju obradu

rArr određivanje zahtjeva s obzirom na cilj i razinu pojedinih obrada

rArr izbor metoda analize ili funkcija izjednačenja

rArr izračunavanje traženih parametara

rArr testiranje i analiza rezultata

rArr oblikovanje izlaza

Za opis temeljnih značajki skupova promatranih podataka (neovisne varijable) korištene su metode deskriptivne statistike gdje su izračunate različite mjere središnje tendencije rasipanja mjernih podataka a kao najpovoljnije odabrane su medijan i aritmetička sredina sa standardnom devijacijom kao mjerom rasipanja te vrijednosti Za aritmetičku sredinu kao srednju vrijednosti opažanih podataka postavljen je uvjet da preciznost smije biti maksimalno plusmn005 uz 95 vjerovatnosti Međutim Hitrec (1996) navodi teškoće u pridržavanju takvog uvjeta zbog jako velikog potrebnog uzorka kako bi se dobila potrebna preciznost i zadovoljavajuća pouzdanost što dovodi do predugog trajanja vremena pokusa i njegovog poskupljivanja

Pomoću testa razlike (Studentov t ndash test) provedeno je zaključivanje o značajnosti razlika među izračunatim srednjim vrijednostima opažanja (aritmetičkim sredinama) Na osnovi nulhipoteze pretpostavljeno je da su razlike između dviju sredina opažanja rezultat slučajne varijabilnosti vrijednosti u uzorcima te da između odgovarajućih sredina takve razlike nema Razlike između sredina dijeljene su sa standardnom pogreškom a zatim je kvocijent uspoređen s iznosom od 196 standardne pogreške Tamo gdje je kvocijent veći odbacujemo nulhipotezu a ako je manji smatramo da razlika između sredina nije značajna na 5 -tnoj razini signifikatnosti (Pavlić 1985)

Za testiranje značajnosti razlika prosječnih vrijednosti više skupova podataka (više od dva) istog mjernog parametra korištena je jednostruka analiza varijance (ANOVA) koja predstavlja postupak kojim se ukupna varijabilnost rastavlja na varijabilnost između prosječnih vrijednosti grupa opažanja i na varijabilnost unutar grupa opažanja (Serdar i Šošić 1981) Tim postupkom ova metoda odgovara na pitanje je li značajnija varijabilnost između srednjih vrijednosti grupa ili varijabilnost unutar pojedinih grupa podataka (Vasilj 2000)

Metode statističke analize vremenskih nizova korištene su za opis promjena fizičko-mehaničkih i vodno-fizičkih značajki šumskog tla koje su posljedica višekratnog prolaska forvardera Pri tome su korištena dva individualna indeksa kojima se iskazala dinamika sabijanja tla Indeks sa stalnom bazom iskazuje razinu promjene u odnosu na neku odabranu vrijednost (neizgaženo tlo) Lančani (verižni) indeks korišten je za prikaz promjene praćenih parametara tla u odnosu na svaki ponovni prolazak vozila po šumskom tlu

Za istraživanje mogućih stohastičkih ovisnosti između zadovoljavajuće koreliranih varijabli korištena je regresijska analiza Odabir krivulje izjednačenja vršen je na osnovi slijedećih parametara koeficijenta (determinacije) korelacije (R) standardne devijacije zavisne varijable oko linije izjednačenja (sYX) te t-varijable (tStat) i vjerovatnosti greške prve vrste (P-value) regresijskih koeficjenata (Serdar i Šošić 1981 Kachigan 1991) Za utvrđivanje jakosti veze između izjednačenih nezavisnih i zavisnih varijabli korištena je Roumlmer-Orphal-ova skala (Kump i dr 1970)

Slika 67 Roumlmer-Orphal-ova raspodjela

Matematičko ndash statistička obrada podataka obavljena je uz pomoć osobnog računala primjenom programskih paketa Microsoft Excel 97 i Sta Soft Statistica 50

69

Za izjednačavanje ovisnosti parova podataka koji porastom nezavisne varijable pokazuju da podaci zavisne varijable imaju asimptotski trend porasta korišten je eksponencijalni regresijski računalni program REGEXE primarno razvijen za istraživanja krivulja klizanja kotača vozila (Hitrec i Horvat 1987) Navedeni računalni program čvrstoću veza odabranih regresijskih modela prikazuje pomoću tri parametra r ndash koeficijenta korelacije R ndash indeksa korelacije i R gt ndash testiranja indeksa korelacije temeljem broja opažanja

Utvrđivanje razlika u stupnju sabijenosti tla višekratnim prolaskom skidera je izvršeno usporedbom površina ispod krivulja izjednačenja prodirnih značajki Poznavajući oblik i koeficijente jednadžbi izjednačenja metodom određenih integrala izračunate su površina ispod krivulja

67

Mjerni rezultat ovog instrumenta odnosi se na otpor pri smicanju tla u trenutku njegovog sloma Krilnom sondom su izvršena mjerenja u površinskom sloju tla i na dubini od 15 cm i to po 10 mjerenja u lijevom i desnom kolotragu te na nezgaženom tlu u svakom vučnom pokusu

346 Širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga

Za deformacije tla koje nastaju uslijed kretanja vozila po šumskom bespuću ne postoje standardizirane metode izmjere već se u literaturi opisuju kroz širinu gaženog traga dubinu kolotraga ili površinu presjeka gaženog profila tla

Kolotrag kotača vozila Saarilahti (2002A) definira kao površinsku deformaciju tla (ulegnuće) dublje od 10 cm i dulje od 05 m koje je nastalo uslijed sloma i sabijanja tla kretanjem vozila Pod razinom površine tla podrazumijeva dno sloja šumskog listinca ili mahovine Isti autor za prikupljanje podataka o dubini kolotraga na terenu preporuča uzimanje sistematskog uzorka na osnovi kvadratne mreže čija gustoća čvorova (grid) ovisi o željenom intenzitetu izmjereZa izmjeru na terenu koristi se tzv nultom točkom uzorka koja predstavlja čvor položene zamišljene mreže a samu izmjeru vrši na kolotragu koji mu je najbliži Pri tome od nulte točke kolotraga u uzdužnom smjeru vlake sa svake strane na duljini od 15 m mjeri dubinu deformacije tla Samu dubinu kolotraga raščlanjuje u dva razreda prihvatljivu (lt 10 cm) i neprihvatljivu (gt 10 cm) Zadano ograničenje dubine kolotraga (10 cm) zasniva se na procjeni kakvoće izvođenja radova ali i preporukama istraživača (Owende i dr 2002)

Za operativnu procjenu kakvoće izvođenja privlačenja drva Saarilahti (2002I) preporučuje prihvatljivu prosječnu dubinu kolotraga kao onu koja ne prelazi dubinu od 10 cm na više od 10 ukupne duljine cjelokupnoga gaženja tla sječne jedinice

Meek (1996) te Nugent i dr (2001) mjere značajke kolotraga (dubina širina gaženja) prema metodici prikazanoj na slici 65 Košir (2002) navodi da širina gaženja tla pri privlačenju drva ovisi o širini primjenjenoga vozila Usljed višekratnog prolaska vozila isti autor utvrđuje povećanje širine gaženja tla za 05 m sa svake strane vozila

Tijekom istraživanja širina traga prolaska skidera i dubina kolotraga mjerili su se pomoću geodetske letve duljine 5 m položene na usidrene oslonce nakon svakog prolaska skidera (slika 66) Na svakoj vlaci su određena dva mjesta izmjere dubine kolotraga

Slika 65 Postupak izmjere kolotraga

Slika 66 Mjerenje dubine kolotraga na terenu

68

35 Statistička obrada podataka mjerenja

Terenski podaci mjerenja na tlu prenijeti su iz snimačkih listova u računalne datoteke radi lakše dostupnosti pri obradi podataka Obradom snimljenih podataka obuhvaćeni su kontrola i odabir podataka njihovo razvrstavanje kao i izračunavanje traženih parametara

Obrada podataka provedena je po sljedećem redoslijedu

rArr unošenje snimljenih podataka u računalo i stvaranje datoteka podataka za daljnju obradu

rArr određivanje zahtjeva s obzirom na cilj i razinu pojedinih obrada

rArr izbor metoda analize ili funkcija izjednačenja

rArr izračunavanje traženih parametara

rArr testiranje i analiza rezultata

rArr oblikovanje izlaza

Za opis temeljnih značajki skupova promatranih podataka (neovisne varijable) korištene su metode deskriptivne statistike gdje su izračunate različite mjere središnje tendencije rasipanja mjernih podataka a kao najpovoljnije odabrane su medijan i aritmetička sredina sa standardnom devijacijom kao mjerom rasipanja te vrijednosti Za aritmetičku sredinu kao srednju vrijednosti opažanih podataka postavljen je uvjet da preciznost smije biti maksimalno plusmn005 uz 95 vjerovatnosti Međutim Hitrec (1996) navodi teškoće u pridržavanju takvog uvjeta zbog jako velikog potrebnog uzorka kako bi se dobila potrebna preciznost i zadovoljavajuća pouzdanost što dovodi do predugog trajanja vremena pokusa i njegovog poskupljivanja

Pomoću testa razlike (Studentov t ndash test) provedeno je zaključivanje o značajnosti razlika među izračunatim srednjim vrijednostima opažanja (aritmetičkim sredinama) Na osnovi nulhipoteze pretpostavljeno je da su razlike između dviju sredina opažanja rezultat slučajne varijabilnosti vrijednosti u uzorcima te da između odgovarajućih sredina takve razlike nema Razlike između sredina dijeljene su sa standardnom pogreškom a zatim je kvocijent uspoređen s iznosom od 196 standardne pogreške Tamo gdje je kvocijent veći odbacujemo nulhipotezu a ako je manji smatramo da razlika između sredina nije značajna na 5 -tnoj razini signifikatnosti (Pavlić 1985)

Za testiranje značajnosti razlika prosječnih vrijednosti više skupova podataka (više od dva) istog mjernog parametra korištena je jednostruka analiza varijance (ANOVA) koja predstavlja postupak kojim se ukupna varijabilnost rastavlja na varijabilnost između prosječnih vrijednosti grupa opažanja i na varijabilnost unutar grupa opažanja (Serdar i Šošić 1981) Tim postupkom ova metoda odgovara na pitanje je li značajnija varijabilnost između srednjih vrijednosti grupa ili varijabilnost unutar pojedinih grupa podataka (Vasilj 2000)

Metode statističke analize vremenskih nizova korištene su za opis promjena fizičko-mehaničkih i vodno-fizičkih značajki šumskog tla koje su posljedica višekratnog prolaska forvardera Pri tome su korištena dva individualna indeksa kojima se iskazala dinamika sabijanja tla Indeks sa stalnom bazom iskazuje razinu promjene u odnosu na neku odabranu vrijednost (neizgaženo tlo) Lančani (verižni) indeks korišten je za prikaz promjene praćenih parametara tla u odnosu na svaki ponovni prolazak vozila po šumskom tlu

Za istraživanje mogućih stohastičkih ovisnosti između zadovoljavajuće koreliranih varijabli korištena je regresijska analiza Odabir krivulje izjednačenja vršen je na osnovi slijedećih parametara koeficijenta (determinacije) korelacije (R) standardne devijacije zavisne varijable oko linije izjednačenja (sYX) te t-varijable (tStat) i vjerovatnosti greške prve vrste (P-value) regresijskih koeficjenata (Serdar i Šošić 1981 Kachigan 1991) Za utvrđivanje jakosti veze između izjednačenih nezavisnih i zavisnih varijabli korištena je Roumlmer-Orphal-ova skala (Kump i dr 1970)

Slika 67 Roumlmer-Orphal-ova raspodjela

Matematičko ndash statistička obrada podataka obavljena je uz pomoć osobnog računala primjenom programskih paketa Microsoft Excel 97 i Sta Soft Statistica 50

69

Za izjednačavanje ovisnosti parova podataka koji porastom nezavisne varijable pokazuju da podaci zavisne varijable imaju asimptotski trend porasta korišten je eksponencijalni regresijski računalni program REGEXE primarno razvijen za istraživanja krivulja klizanja kotača vozila (Hitrec i Horvat 1987) Navedeni računalni program čvrstoću veza odabranih regresijskih modela prikazuje pomoću tri parametra r ndash koeficijenta korelacije R ndash indeksa korelacije i R gt ndash testiranja indeksa korelacije temeljem broja opažanja

Utvrđivanje razlika u stupnju sabijenosti tla višekratnim prolaskom skidera je izvršeno usporedbom površina ispod krivulja izjednačenja prodirnih značajki Poznavajući oblik i koeficijente jednadžbi izjednačenja metodom određenih integrala izračunate su površina ispod krivulja

68

35 Statistička obrada podataka mjerenja

Terenski podaci mjerenja na tlu prenijeti su iz snimačkih listova u računalne datoteke radi lakše dostupnosti pri obradi podataka Obradom snimljenih podataka obuhvaćeni su kontrola i odabir podataka njihovo razvrstavanje kao i izračunavanje traženih parametara

Obrada podataka provedena je po sljedećem redoslijedu

rArr unošenje snimljenih podataka u računalo i stvaranje datoteka podataka za daljnju obradu

rArr određivanje zahtjeva s obzirom na cilj i razinu pojedinih obrada

rArr izbor metoda analize ili funkcija izjednačenja

rArr izračunavanje traženih parametara

rArr testiranje i analiza rezultata

rArr oblikovanje izlaza

Za opis temeljnih značajki skupova promatranih podataka (neovisne varijable) korištene su metode deskriptivne statistike gdje su izračunate različite mjere središnje tendencije rasipanja mjernih podataka a kao najpovoljnije odabrane su medijan i aritmetička sredina sa standardnom devijacijom kao mjerom rasipanja te vrijednosti Za aritmetičku sredinu kao srednju vrijednosti opažanih podataka postavljen je uvjet da preciznost smije biti maksimalno plusmn005 uz 95 vjerovatnosti Međutim Hitrec (1996) navodi teškoće u pridržavanju takvog uvjeta zbog jako velikog potrebnog uzorka kako bi se dobila potrebna preciznost i zadovoljavajuća pouzdanost što dovodi do predugog trajanja vremena pokusa i njegovog poskupljivanja

Pomoću testa razlike (Studentov t ndash test) provedeno je zaključivanje o značajnosti razlika među izračunatim srednjim vrijednostima opažanja (aritmetičkim sredinama) Na osnovi nulhipoteze pretpostavljeno je da su razlike između dviju sredina opažanja rezultat slučajne varijabilnosti vrijednosti u uzorcima te da između odgovarajućih sredina takve razlike nema Razlike između sredina dijeljene su sa standardnom pogreškom a zatim je kvocijent uspoređen s iznosom od 196 standardne pogreške Tamo gdje je kvocijent veći odbacujemo nulhipotezu a ako je manji smatramo da razlika između sredina nije značajna na 5 -tnoj razini signifikatnosti (Pavlić 1985)

Za testiranje značajnosti razlika prosječnih vrijednosti više skupova podataka (više od dva) istog mjernog parametra korištena je jednostruka analiza varijance (ANOVA) koja predstavlja postupak kojim se ukupna varijabilnost rastavlja na varijabilnost između prosječnih vrijednosti grupa opažanja i na varijabilnost unutar grupa opažanja (Serdar i Šošić 1981) Tim postupkom ova metoda odgovara na pitanje je li značajnija varijabilnost između srednjih vrijednosti grupa ili varijabilnost unutar pojedinih grupa podataka (Vasilj 2000)

Metode statističke analize vremenskih nizova korištene su za opis promjena fizičko-mehaničkih i vodno-fizičkih značajki šumskog tla koje su posljedica višekratnog prolaska forvardera Pri tome su korištena dva individualna indeksa kojima se iskazala dinamika sabijanja tla Indeks sa stalnom bazom iskazuje razinu promjene u odnosu na neku odabranu vrijednost (neizgaženo tlo) Lančani (verižni) indeks korišten je za prikaz promjene praćenih parametara tla u odnosu na svaki ponovni prolazak vozila po šumskom tlu

Za istraživanje mogućih stohastičkih ovisnosti između zadovoljavajuće koreliranih varijabli korištena je regresijska analiza Odabir krivulje izjednačenja vršen je na osnovi slijedećih parametara koeficijenta (determinacije) korelacije (R) standardne devijacije zavisne varijable oko linije izjednačenja (sYX) te t-varijable (tStat) i vjerovatnosti greške prve vrste (P-value) regresijskih koeficjenata (Serdar i Šošić 1981 Kachigan 1991) Za utvrđivanje jakosti veze između izjednačenih nezavisnih i zavisnih varijabli korištena je Roumlmer-Orphal-ova skala (Kump i dr 1970)

Slika 67 Roumlmer-Orphal-ova raspodjela

Matematičko ndash statistička obrada podataka obavljena je uz pomoć osobnog računala primjenom programskih paketa Microsoft Excel 97 i Sta Soft Statistica 50

69

Za izjednačavanje ovisnosti parova podataka koji porastom nezavisne varijable pokazuju da podaci zavisne varijable imaju asimptotski trend porasta korišten je eksponencijalni regresijski računalni program REGEXE primarno razvijen za istraživanja krivulja klizanja kotača vozila (Hitrec i Horvat 1987) Navedeni računalni program čvrstoću veza odabranih regresijskih modela prikazuje pomoću tri parametra r ndash koeficijenta korelacije R ndash indeksa korelacije i R gt ndash testiranja indeksa korelacije temeljem broja opažanja

Utvrđivanje razlika u stupnju sabijenosti tla višekratnim prolaskom skidera je izvršeno usporedbom površina ispod krivulja izjednačenja prodirnih značajki Poznavajući oblik i koeficijente jednadžbi izjednačenja metodom određenih integrala izračunate su površina ispod krivulja

69

Za izjednačavanje ovisnosti parova podataka koji porastom nezavisne varijable pokazuju da podaci zavisne varijable imaju asimptotski trend porasta korišten je eksponencijalni regresijski računalni program REGEXE primarno razvijen za istraživanja krivulja klizanja kotača vozila (Hitrec i Horvat 1987) Navedeni računalni program čvrstoću veza odabranih regresijskih modela prikazuje pomoću tri parametra r ndash koeficijenta korelacije R ndash indeksa korelacije i R gt ndash testiranja indeksa korelacije temeljem broja opažanja

Utvrđivanje razlika u stupnju sabijenosti tla višekratnim prolaskom skidera je izvršeno usporedbom površina ispod krivulja izjednačenja prodirnih značajki Poznavajući oblik i koeficijente jednadžbi izjednačenja metodom određenih integrala izračunate su površina ispod krivulja