1. No category

2012
CIGR AgEng 2012 –
tutkimuskonferenssi
9.–11.7.2012 Valencia, Espanja
Koonnut:
Antti Rintaniemi
Frami Oy
Frami Oy:n julkaisusarja
1
Frami Oy:n julkaisusarja
3
2
Sisältö
1. Yleistä konferenssista.................................................................................................................... 4
2. Esitykset......................................................................................................................................................... 5
2.1. Energiapuukasvien sadonkorjuu – Nykytila ja uusi konsepti korjuuhaketukseen............................5
2.2. Liikkuvan oljen pelletöintilaitteiston kehitystyö.................................................................................................. 9
2.3. Vaihtoehtoisen kaatoperiaatteen soveltaminen ja analysointi lautasniittokoneessa
voiman tarpeen vähentämiseksi............................................................................................................................................11
2.4. Tutkimus viljan laadun jatkuvasta kuva-analysoinnista puimurissa......................................................14
2.5. Pyöröpaalien käsittelyn vaikutus säilyvyyteen käärimisen jälkeen........................................................17
2.6. Rehun laadun tarkkailu paalaajissa.............................................................................................................................19
3
1. Yleistä konferenssista
Heinäkuussa 9. – 11. päivä pidettiin Espanjan Valenciassa CIGR AgEng 2012 tutkimuskonferenssi
otsikolla ”Agriculture and Engineering for a Healthier Life”. Konferenssi pidettiin yhteistyössä
CIGR:n (International Comission of Agricultural and Biosystems Engineerig) ja EurAgEng:in
(European Society of Agricultural Engineers) kanssa. Yhteiskonferenssi järjestetään joka neljäs
vuosi.
CIGR AgEng 2012 -tutkimuskonferenssi järjestettiin Valenciassa Palacio de Congresos -konferenssikeskuksessa. Konferenssi oli massiivinen, sillä paikalla oli reilusti yli 1000 osallistujaa
ja kolmen päivän aikana pidettiin yli 700 tutkimusesitystä sekä näiden lisäksi esillä oli yli 800
tutkimusposteria.
Tähän julkaisuun on kerätty lyhyet esittelyt muutamista konferenssin mielenkiintoisista esityksistä.
5
4
2.
Esitykset
2.1.Energiapuukasvien sadonkorjuu – Nykytila ja uusi konsepti
korjuuhaketukseen
Detlef Ehlert, Leibniz-Institut für Agrartechnik, Potsdam, Saksa
Energiapuukasvien kuten pajun viljelyllä on lupaavat mahdollisuudet olla kannattava ja kehityksen kannalta kestävä vaihtoehto biopolttoaineiden tuottoon. Kannattavuuden kannalta
haastavin osuus tuotannosta on kuitenkin sadonkorjuu, sillä sen kustannukset ovat jopa 35
– 60 % koko tuotannon kustannuksista. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää eri koneketjujen kustannuksia ja kehittää nykyisiä korjuumenetelmiä huomattavasti edullisempi ja
yksinkertaisempi laitteisto sadonkorjuuseen ja haketukseen.
Energiapuukasvien korjuu voidaan tehdä määrämitta-, nippu-, haketus- tai paalausperiaatteella, mutta kustannusten kannalta haketusperiaate on osoittautunut järkevimmäksi. Haketusmenetelmässä kasvi haketetaan välittömästi korjattaessa esimerkiksi ajosilppurilla ja kuljetetaan
ilman jatkokäsittelyä polttolaitokselle tai varastoon. Tässä tutkimuksessa on vertailtu konekustannuksia haketettaessa markkinoilta löytyvillä ajosilppureilla tai traktorikäyttöisillä korjuusilppureilla. Ajosilppureita löytyy markkinoilta neljää mallia, joihin on saatavilla kaatopää
energiapuukasveille. Nämä mallit on eritelty taulukossa 1.
Taulukko 1. Markkinoilla olevat ajosilppurit ja kaatopöydät energiapuun korjuuseen
Ajosilppurin malli ja teho
Kaatopöydän malli
Paino (kg) Ajosilppuri
/ kaatopöytä
Puun max
halkaisija (mm)
Claas Jaguar 900 – 830; 340 PS
Salix HS2
11 000 / 1 200
80
Krone Big X; 505 PS
Woodcut 1500
14 000 / 2 800
150
New Holland FR 900; 540 PS
130 FB
12 900 / 2 100
150
John Deere 7050; 470 PS
CRL
13 000 / 1 500
100
Kokonaismassa keskimäärin
14 625
Ajosilppureiden ja kaatopöytien yhteishinta on keskimäärin jopa 420,000 euroa, joten kustannukset ovat todella korkeat. Ajosilppureissa hakkuuperiaate on, että energiapuu katkaistaan ja
painetaan vaakatasoon eteenpäin, josta pöytä nielee sen hakkurille.
Taulukkoon 2 on kerätty vastaavasti traktorikäyttöisiä korjuu-hakkuriyhdistelmiä erikokoisten energiapuiden kaatoon ja korjuuseen sekä niiden painot. Näistä koneista osa ei pysty kuitenkaan käsittelemään tuplariviin kylvettyä energiapuuta kasvuston liiallisen leveyden takia
ja se on merkitty taulukkoon.
5
Taulukko 2. Markkinoilla olevia konemalleja energiapuukasvien korjuuseen traktoriin kytkettynä.
Konemalli
Jenz / Schmidt GMHT 140
Paino (kg)
Max rivit ja puun halk.
3 500
1 tai 2 riviä / 140 mm
NY VRAA JF 192
900
1 rivi / 50–60 mm
NY VRAA JF Z20
-
2 riviä / 30–40 mm
3 500
-
EBF Dresden
Nämä korjuukoneet vaativat 100 - 275 hevosvoimaisen traktorin, joten lisämassaa näistä tulee 6
000 - 8 000 kiloa. Näin ollen yhdistelmän paino jää kuitenkin lähes puoleen verrattuna ajosilppuriin. Vastaavasti kuitenkaan yhdistelmällä ei välttämättä pysty kaatamaan ja hakettamaan
yhtä suurihalkaisijaisia puita. Näiden korjuukoneiden hinta ilman traktorin osuutta on 75 000
- 150 000 euroa. Näillä koneilla hakkuuperiaate on sama kuin ajosilppureissa, eli kasvusto kaadetaan eteenpäin ja syötetään hakkurille vaakatasossa.
Yhteenvetona korjuuketjuista todettiin, että kohtuuhintaista laitteistoa energiapuukasvien
korjuuseen ei ole tarjolla, ja se puolestaan hidastaa niiden viljelyalan kasvua. Tästä syystä tutkimusryhmä lähti kehittämään uutta huomattavasti halvempaa ja yksinkertaista prototyyppiä.
Uudentyyppiselle laitteistolle asetettiin seuraavanalaisia vaatimuksia lähtötilanteessa:
»»
Yksinkertainen rakenne
»»
Pystyttävä käsittelemään 15cm halkaisijalla olevat kasvit
»»
Laitteiston kokonaismassa alle 1 000kg
»»
Kiinnitys keskikokoisen (~75 kW) traktorin etunostolaitteisiin
»»
Puut haketetaan pystysuorassa ilman kasvuston kaatamista eteenpäin
»»
Käsittelee yhteen riviin kylvetyt kasvit, ei tuplariviä
Lopputuloksena kasvien katkaisuun ja haketukseen saatiin vaakatasossa pyörivä sirkkelinterä, joka katkaisee kasvit ja jonka yläpinnassa olevat hakkuriterät puolestaan hoitavat haketuksen. Kuvassa 1 on yksikön rakenne.
Kuva 1. Kaato- ja hakkuripään rakenne.
7
6
Kuvassa 1 ”blade of circular saw” kuvaa sirkkelin terää joka kaataa kasvit ja sen yläpinnassa näkyvät kaksi hakkuriterää jotka hoitavat haketuksen. Hakkurin rungon yläosassa on haketuksen
vastaterä ”counter bar”. Kaato- ja hakkuriterän nimellispyörimisnopeus on 1 000rpm. Haketuksen jälkeen pyörivä terä heittää hakkeen poistoaukosta ”discharge opening” jopa 40 m/s vauhdilla. Rakenteessa hakkuriterän korkeus sirkkelinterän pinnasta määrittää hakkeen maksimipituuden puun syöttösuunnan ollessa pystyssä.
Hakkuri- ja kaatopäätä huomattavasti vaikeampi työ oli kehittää puun syöttömekanismi, jolla
kasvusto saadaan pysymään pystyssä ja syötettyä kohtisuorassa hakkuriterään nähden. Ennen toimivan ratkaisun löytymistä tutkimusryhmä kehitteli useita rakennelmia. Lopullisessa
versiossa on kaato- ja hakkuriterän yläpuolella kaksi vastakkaisessa suunnassa pyörivää kierukkarullaa. Syöttömekanismi on kuvassa 2.
Kuva 2. Syöttömekanismi kasvuston syöttöön hakkuriterille.
Kuvassa näkyvistä rullista vasemman puoleinen pyörii kiinteästi, mutta oikeanpuoleinen painaa kasveja jousikuormitteisesti toista rullaa vasten.
Syöttörullista huolimatta testeissä puut tapasivat kaatua joko eteenpäin tai sivulle ja syöttö
vaikeutui tästä syystä. Siksi laitteeseen oli kehitettävä ohjurit, jotka pitävät puut pystyssä koko
syötön ajan. Ohjurin täytyy olla puun massakeskipisteen yläpuolella, joten se sijoitettiin noin
2 metrin korkeuteen katkaisuterästä. Ohjuriksi rakennettiin hydraulimoottorilla pyörivä tähtipyörä, joka tarttuu kasvustoon jo ennen puiden katkaisua. Tähtipyörän pariksi rakennettiin
vielä toinen kiinteä ohjuri. Kuvassa 3 näkyvät ohjurirakenteet haketettaessa.
7
Kuva 3. Kaato-hakkurilaitteen puun ohjurit haketettaessa kasvustoa.
Tehty hake ohjataan torvella vierellä kulkevaan kärryyn kuvan 3 mukaisesti. Testeissä hakkeen kulku torvessa toimi yllättävän hyvin ja tukkiutumista ei esiintynyt kahdesta 90 asteen
mutkasta huolimatta. Torven sisämitta on 175x175mm.
Lopullista prototyyppiä testattiin pajulla ja poppelilla, joiden juurihalkaisija oli maksimissaan
150mm ja korkeus noin 10 metriä. Hakkuriterän korkeus oli 80mm ja näin ollen teoreettinen
hakkeen maksimipituuskin oli 80mm. Testien perusteella kone toimi moitteettomasti ja hakkeen pituutta pystyttiin lyhentämään tarvittaessa syöttörullien pyörimisnopeutta laskemalla.
Kaikkein ohuimpia oksia hakkuri ei kuitenkaan enää katkonut, joten hakkeen seassa on tällaisia ohuita noroja. Kuvassa 4 on esitetty haketustulosta testeistä, josta näkyy muutamia näitä
ohuita katkeamattomia oksia.
9
8
Kuva 4. Testiajojen haketta
Testien perusteella puun haketus pystysuunnassa poisti kokonaan myös ajosilppurilla ilmenevän ongelman, jossa puun kaato eteenpäin katkoo niitä ennen katkaisua ja nostaa juuria maasta
pintaan.
Lopullinen prototyyppi painoi vain noin 650 kiloa. Prototyyppi tarvitsee traktorista ulosottokytkennän kaatoterän ja hakkurin pyörittämiseen sekä yhden hydrauliikan liitinparin syöttörullien ja ohjuripyörän käyttöön. Saksalainen pk-yritys on kehittämässä prototyypistä kaupallista versiota, jossa mm. sen rakenteita vahvistetaan. Kaupallisen version kokonaismassa
nousee todennäköisesti noin 1 000 kiloon.
2.2.Liikkuvan oljen pelletöintilaitteiston kehitystyö
Koen Deprez, University College KAHO Sint-Lieven, Ghent, Belgia
Tässä tutkimuksessa on pyritty kehittämään olkien pelletöintiin laitteisto, jota voidaan käyttää
pellolla ja käsitellä kerättävä olki välittömästi pelleteiksi ilman välivaiheita. Tällä laitteistolla
voitaisiin vähentää merkittävästi kuljetuskustannuksia oljen bioenergiakäytössä.
Oljen käytössä lämmönlähteenä on useita haasteita. Suurin haaste on ehdottomasti oljen alhainen tiheys, joka nostaa kuljetuskustannuksia. Pelletöimällä olki, paranevat tiheyden lisäksi
myös sen käsiteltävyys ja poltto-ominaisuudet. Kustannuksien kannalta oljen paalaus ja siirto
paaleina pellolta varastoon maksaa noin 90€ / ha, kun pellettien siirto kustantaa ainoastaan 10€
/ ha. Siirrettävä laitteisto tuo kuitenkin omat rajoitteensa, sillä olkea voidaan pelletöidä ainoastaan oljen kosteuden ollessa 10 – 15 %. Näin ollen pelletöinti vaatii hyvät keliolosuhteet.
Pelletöintiprosessissa olki on ensin saatava lyhytkortiseksi hakkeeksi ja sen jälkeen murskattava vasaramyllyllä hienojakoiseksi, jonka jälkeen se voidaan puristaa pelletiksi. Puristettaessa
9
on olkea ensin lämmitettävä ja pelletöinnin jälkeen jälleen jäähdytettävä. Pelletöintiin käytetään tavallisesti tasopuristinta, tai rumpumallista puristinta.
Tutkimusryhmän tavoitteena oli kehittää pelletöintilaitteisto, joka pystyisi pelletöimään 1 000
kiloa olkea tunnissa. Laitteiston oljenkeräimeksi asennettiin paalaimen noukin murskaimella.
Tällä saadaan toteutettua ensimmäisen vaiheen murskaus oljelle.
Noukkimelta olki ohjataan vasaramyllylle, joka murskaa oljen hienojakoiseksi pölyksi pelletöintiä varten. Vasaramyllyksi valittiin tyypillinen teollisuudessakin käytössä oleva malli. 1
000 kilon tuntituotos vaatii noin 35kW vasaramyllyn.
Vasaramyllystä hienojakoinen olki imetään alipaineella ja ohjataan syklonin kautta välivarastoon. Välivarastosta olki siirretään kierukalla pelletöintiin. Koko laitteisto on kuvassa 5.
Kuva 5. Konsepti liikkuvasta oljen pelletöintilaitteistosta.
Laitteisto on varustettu omalla diesel-moottorilla, joten voimansiirtoa traktorista ei tarvita.
Diesel-moottorin pakokaasuilla saadaan lisäksi tuotettua oljen pelletöintiä varten tarvittava
lämpöenergia.
Tavallisesti pelletöinti itsessään tehdään joko tasopainimella, tai rumpumallisella painimella, jotka tuottavat tasalaatuista pellettiä tasaisella voimantarpeella. Näiden heikkoutena on kuitenkin
niiden monimutkaisempi rakenne ja korkea hinta. Tästä syystä laitteistossa päätettiin käyttää
hammaspyöriin perustuvaa rakenteeltaan melko yksinkertaista pelletöintikonseptia. Siinä olkijauhe ohjataan kahden toisiaan vasten pyörivän hammaspyörän hammaskosketuksen väliin.
Hammaspyörien hammasväleissä on poraukset sen sisäkehälle ja näihin porauksiin ohjautuva
olkijauhe puristuu pelleteiksi. Pelletöintilaitteisto ja sen periaate on esitetty kuvassa 6.
11
10
Kuva 6. Vasemmalla hammaspyörien poraukset ja pelletin synnyn periaate sekä oikealla kuva laitteistosta luonnossa.
Hammaspyörälaitteisto on varsin edullinen ja yksinkertainen rakenne ja sen ainoana heikkoutena on, että hammaspyörien välistä pääsee hieman olkea kulkemaan läpi puristumatta. Valmiit pelletit ohjataan kuljettimilla laitteiston perällä olevaan kaukaloon, joka näkyy kuvassa 5.
Tutkimustyön lopputuloksena todettiin, että taloudellisesti ajateltuna siirrettävä pelletöintilaitteisto on kilpailukykyinen. Pelletöintilaitteiston hammaspyöriä kehittämällä oljen ohivirtausta
saataisiin entisestään vähennettyä. Kuitenkin suurin haaste laitteistolle on sen herkkyys kosteudelle ja keliolosuhteille.
2.3. Vaihtoehtoisen kaatoperiaatteen soveltaminen ja analysointi
lautasniittokoneessa voiman tarpeen vähentämiseksi
Sebastian Kemper, Technische Universität Braunschweig, Braunschweig, Saksa
Niittomurskaimet pystyvät nykyään jopa 20 hehtaarin tuntisaavutuksiin ja niiden työleveydet
voivat olla jopa 14 metriä. Tämän seurauksena ne vaativat myös valtavasti tehoa. Perinteinen
heinän niitto perustuu terän inertiaan sekä suureen nopeuteen törmäyksessä. Heinän juurien
aiheuttaessa törmäyksessä vastakkaisen voiman heinä katkeaa. Niittoterän nopeus on kuitenkin oltava yli 70 m/s, jolloin myös tehohäviöt niitossa kasvavat merkittäviksi. Tässä tutkimuksessa analysoitiin perinteisen niiton tehohäviöitä, sekä tutkittiin kaksoisterälautasen soveltamista tehotarpeen vähentämisen kannalta.
Tutkimuksen ensimmäisessä osassa analysoitiin perinteisen niiton tehontarvetta ja tehohäviöitä. Voimien mittaamiseksi niittokoneen yksi niittolautanen anturoitiin siten, että yksi terä
varustettiin voima-anturilla ja itse lautanen varustettiin vääntömomenttianturilla. Lisäksi ulosottoakseli varustettiin vääntömomenttianturilla ja kierrosnopeusanturilla. Näillä mittauksilla
laskettiin niittokoneen kokonaistehotarve, niittolautasten tehontarve ja terien tehontarve.
Kuvassa 7 on mittaustulokset testistä, jossa ajonopeus oli noin 10 km/h. ja lautasten pyörimisnopeus 3200 rpm. Kuvassa on esitetty ulosottoakselilta mitatun tehon vaihtelu, sekä vastaavat
lautasten käyttämät tehot prosentteina kokonaistehosta ja terien käyttämät tehot prosentteina.
Lautasten yhteisteho on laskettu yhden lautasen pyörimisnopeuden sekä vääntömomenttilukeman avulla ja kertomalla se lautasten määrällä (7). Terien yhteisteho on laskettu kertomalla
yhden terän voima terien määrällä (14).
11
Kuva 7. Niittokoneen tehomittaustulokset.
Mittaustulokset kertovat, että varsinaiseen nurmen kaatoon käytetty teho kokonaistehosta on
vain 30 – 35 %. Suurin häviö tehossa on lautasten kokonaistehon ja terien kokonaistehon välillä, sillä jopa 45 % koneen kokonaistehosta kuluu nurmen virtauksen aiheuttamaan kitkaan ja
ilmanvastuksiin. Kokonaistehon ja lautasten kokonaistehon välillä on noin 20 % tehohäviö voimansiirron takia. Tutkimuksessa lähdettiin vähentämään näitä tehohäviöitä etsimällä uutta
vähemmän tehoa vaativaa kaatoperiaatetta niittoon.
Tutkimuksessa päätettiin soveltaa Suller et al. 1983 patentoimaa menetelmää, joka toimii vastateräperiaatteella. Siinä kaksi terälautasta pyörii toisiaan vasten päällekkäin tai toinen lautasista
voi olla kiinteä. Tämä periaate kehitettiin alun perin ruohonleikkuriin ja siinä molempia lautasia pyöritti oma sähkömoottori. Kuvassa 8 on esitetty kaatomenetelmien periaatteet.
Kuva 8. Perinteisen niiton periaate (vas.) ja vastateräniiton periaate (oik).
13
12
Testit tällä ruohonleikkuripatentilla osoittivat tehonkulutuksen olevan ainoastaan 10 – 20 %
vastaavasta perinteisestä menetelmästä, eli tehonsäästöpotentiaali on merkittävä. Terien vastakkainen liike saa terien suhteellisen nopeuden toisiinsa nähden kasvamaan ja näin pyörimisnopeudet voivat olla matalammat. Tästä lähtökohdasta tutkimuksessa oletettiin, että myös
tehontarve laskee.
Vastateräratkaisun tutkiminen aloitettiin rakentamalla teräpalkkiin yksi vastaterälautanen,
jossa alemman terän pyörimisnopeus oli 3 000 rpm ja ylemmän terän 1 000 rpm. Terät pyörivät samaan suuntaan ja vastateräilmiö syntyy tässä eri pyörimisnopeuksista. Lautasessa oli
ylemmässä levyssä 6 terää ja alemmassa 2 terää. Kuvassa 9 on tämän testilautasen mallikuva
ja lautanen kiinnitettynä teräpalkkiin.
Kuva 9. Ensimmäinen testiversio vastaterälautasesta.
Ensimmäisen testiversion oli tarkoitus antaa ensiasteen kokemuksia ratkaisusta ja auttaa lopullisen version määrittelyssä. Ensimmäisissä testeissä vahvassa nurmessa lautanen leikkasi
optimaalisesti, mutta testattaessa ohuemmalla nurmella niitto heikkeni nurmen laotessa terien edellä. Tarkemmin tutkittaessa samaan suuntaan pyörivät terät aiheuttivat turbulenttisia
ilmavirtoja, jotka heikensivät niittotulosta. Testeissä niitetyn nurmen virtaus teräpalkin yli ei
merkittävästi muuttunut verrattuna perinteiseen niittoon. Testien edetessä terien väliä pienennettiin 2mm asti ja niittotulos parani sitä mukaa.
Ensimmäisen testiversion tulosten perusteella päätettiin rakentaa uusi teräpalkki kolmella
uudentyyppisellä terälautasella, jotka mahdollistavat monipuolisemmin terien pyörimisnopeuksien ja suuntien muuttamisen. Uudessa versiossa myös terien etäisyyttä toisistaan saadaan
säädettyä vapaammin. Teräpalkissa voimansiirto tapahtuu erikseen ylälautasille ja alalautasille hydraulimoottoreilta ketjulla. Teräpalkissa on näin ollen kaksi hydraulimottoria. Lautasessa
terät pääsevät lisäksi pyörimään lautaseen nähden esteiden varalta. Teräpalkki on varustettu
lautasten pyörimisnopeussensoreilla sekä hydraulijärjestelmien paineantureilla, joilla voidaan määrittää teräpalkin kokonaistehotarve. Teräkohtaisten voimien määrittämiseksi yhteen
ylälautasen ja yhteen alalautasen terään on asennettu vielä voima- sekä kulma-anturi. Kuvassa
10 on malli tästä kehittyneestä terälautasesta ja teräpalkista.
13
Kuva 10. Kehittynyt versio vastaterälautasesta (vas.) ja uudistettu teräpalkki.
Teräpalkkiin asennettiin huippunopeuskamera, jotta nurmen kulkua voitiin seurata mahdollisimman tarkasti. Lisäksi irrottamalla terät alemmista lautasista, saatiin verrattua niiton tuloksia
perinteiseen menetelmään.
Tässä vaiheessa tutkimuksessa on saatu toteutettua ensimmäisiä testiajoja kehittyneellä versiolla teräpalkista ja yleistuloksena voidaan muun muassa mainita, että ensimmäisen version
ongelmista nurmen lakoamisessa on päästy eroon. Lisäksi nurmen kulku teräpalkin yli toimii
moitteetta. Tarkempia tuloksia ja tehonkulutuseroja tullaan saamaan tutkimustyön valmistuessa. Samalla on tarkoitus myös tehdä vertailua erilaisten terämallien välillä.
2.4.Tutkimus viljan laadun jatkuvasta
kuva-analysoinnista puimurissa
Janine Berberich, Humboldt University, Berliini, Saksa
Tutkimustyön tavoitteena on ollut selvittää kuva-analyysin toimivuutta jyvien homesienen
(Mykotoksiini) ja punahomeen (Fusarium) tunnistamisessa. Nämä taudit aiheuttavat muun
muassa jyvän pinnan muutoksia sekä muuttavat jyvän väriä pinkiksi ja kalkin valkeaksi. Tällä
hetkellä on jo olemassa NIRS-periaatteella (Near Infrared Spectroscopy) toimivia laitteistoja, jotka tunnistavat jyvän homesientä proteiinipitoisuuden, kosteuden ja hiilihydraattipitoisuuden
perusteella. Tavoitteena oli tutkia tunnistuksen parantamista kuva-analyysin avulla.
Kuva-analyysilaitteisto rakennettiin laboratorioon, ja sen toimivuutta testattiin näytejyvillä.
Laitteisto sisälsi värikameran, linssin sekä valaisimet. Jyvät kuvattiin vasten sinistä taustaa
parhaan erottuvuuden saavuttamiseksi. Kuvanottolaitteiston lisäksi kuvien tutkimiseen rakennettiin analysointiohjelmisto National Instruments AI –ohjelmistolla, jolla pystytään tarvittaessa ohjaamaan IO-portteja jne. Kuvassa 11 on esitetty kuvanottolaitteisto.
15
14
Kuva 11. Kuvanottolaitteisto laboratoriossa.
Kuvien analysointia tehtiin kvalitatiivisena ja kvantitatiivisena, ja molempia varten oli oma
prosessointiohjelmisto. Kvalitatiivisessa analysoinnissa jyvästä lasketaan vaaleanpunaiset
kohdat. Ohjelmisto tunnistaa korkeintaan sata kohtaa, jonka jälkeen se lopettaa tunnistamisen.
Kuvassa 12 vasemmalla on esitetty vehnänjyvästä otettu kuva sekä oikealla kuvasta tunnistetut värimuutoskohdat.
Kuva 12. Vehnänjyvästä otettu kuva ja siitä tunnistetut pinkit kohdat.
Luonnollisesti tunnistus on luotettavampi, mitä enemmän kuvasta löydetään värimuutoskohtia. Kuvassa 13 on esitetty kuvaajana oikeiden ja väärien tunnistusten prosenttiosuudet löydettyjen värimuutosalueiden määrän lisääntyessä.
15
Kuva 13. Tunnistusten oikeellisuus tunnistettujen värimuutosalueiden lisääntyessä kvalitatiivisella analyysillä.
Kuten kuvasta 13 nähdään, tunnistusaste nousee yli 70% värimuutosalueiden määrän kasvaessa.
Kvantitatiivisessa analysoinnissa käytettiin useita kuvankäsittelymenetelmiä ja luokiteltiin
pinkkien alueiden sävyvaihteluja jne. Kuvassa 14 on tunnistusten oikeellisuus kvantitatiivisessa menetelmässä.
Kuva 14. Tunnistusten osuudet värimuutosalueiden kokojen suhteessa.
Kuvasta 14 nähdään, että tunnistustaso on korkeimmillaan noin 70%, kun värimuutosalueiden
pinta-alasuhde on noin 11%. Näin ollen kvantitatiivinen menetelmä ei lupaa kovin hyvää toimivuutta.
Tutkimustyön päätelmänä todettiin, että NIRS-menetelmän ja kuva-analyysin yhteistyöllä voitaisiin tehokkaasti luokitella viljan laatua puinnin aikana. Jatkotutkimuksena tällainen analysointilaitteisto tullaan rakentamaan puimuriin kenttäkokeita varten.
17
16
2.5. Pyöröpaalien käsittelyn vaikutus säilyvyyteen
käärimisen jälkeen
Torsten Hörndahl, Swedish University of Agricultural Sciences, Alnarp, Ruotsi
Ruotsissa noin puolet säilörehusta tehdään pyöröpaaleihin. Aikaisemmin paalien siirto pellon
reunaan tehtiin paalauksen jälkeen ennen käärimistä, mutta paalain-käärinyhdistelmien yleistyessä paaleja joudutaan siirtämään pellolta muovitettuna. Tutkimuksessa oli tarkoitus selvittää minä ajankohtana käärimisen jälkeen paalit tulisi siirtää, jotta paalien tiiviys ei vahingoittuisi ja säilyvyys olisi paras.
Tutkimus tehtiin Etelä-Ruotsissa vuosien 2006 ja 2008 aikana neljän eri sadonkorjuun yhteydessä. Paalit olivat nurmirehupaaleja, joissa oli myös apilaa. Paalit tehtiin esikuivatusta rehusta
ilman säilöntäaineita ja paalien kuiva-ainepitoisuus vaihteli 35 – 76 % välillä. Paalainkäärimenä oli muuttuvakammioinen Vicon RV 1601. Käärinmuovina käytettiin Tenospin-merkkistä
0,0025mm vahvuista muovia. Paalien liikuttelu tehtiin pyöräkuormaajaan kiinnitetyllä Trima
Quadrogrip paalipihdillä.
Vertailua varten paaleja käsiteltiin alle tunnin, 3-5 tunnin kuluttua, 24 tunnin, 3 päivän ja 10 päivän kuluttua käärimisestä. Näiden lisäksi vertailuna käytettiin käsittelemättömiä paaleja. Kuvassa 15 on esitetty paalien teon, käsittelyn ja varastoinnin vaiheet.
Kuva 15. Paalaus ja varastointiprosessi. A: Paalaus B1: Käärintä B2: Paalin lasku lavalle C: Paalien siirto
pellolta D: Paalien kontrolloitu puristaminen E: paalien varastointi.
17
Jokaista paalia puristettiin kontrolloidussa käsittelyssä pihdeillä kahteen kertaan minuutin
ajan 14 500N voimalla (100bar hydrauliikan paine).
Taulukossa 3 on esitelty eri sadonkorjuukerrat ja paalien ominaisuudet niissä.
Taulukko 3. Paalien koostumukset ja kuiva-ainepitoisuudet sekä tiheydet eri sadonkorjuukertoina.
Vuosi
Sato
Paalien määrä
Apila / Heinä
Kuiva-ainepitoisuus %
Kuiva-ainetiheys
kg / m3
2006
1.
25
40% / 60%
42,4
158
2006
2.
28
0% / 100%
75,8
180
2007
1.
40
20% / 80%
43,3
-
2008
1.
29
20% / 80%
35,4
156
Paalien tiiveyden testaukset tehtiin ennen paalien avausta noin 13 – 19 viikkoa käärimisen jälkeen. Tiiveys testattiin luomalla paalin sisälle 200 Pa:n alipaine ja mittaamalla aika, jona paine
nousee 150 Pa:n alipaineeseen. Tuloksissa kaikki paalit olivat säilyneet yleisesti ottaen hyvin,
mutta kuiva-ainepitoisuuden vaihtelu toi pientä eroa tiiviyden välille. Kuvassa 16 on esitetty tiiveyskokeiden tulokset.
Kuva 16. Tiiveysmittausten tulokset.
Yleisesti paalin tiiviyden mittauksissa hyväksyttävänä rajana tiiviydelle pidetään 100 sekuntia,
joten kaikki tulokset olivat reilusti tätä parempia. Mittausten välillä eroa syntyi siten, että märät
paalit (DM 35%) kannatti siirtää välittömästi käärimisen jälkeen, kun kuivemmat paalit (DM 42
ja 76%) kannatti siirtää noin 3-5 tunnin kuluttua. Kuitenkin kuivien paalien kohdalla erot olivat
pienempiä, kuin märkien paalien kohdalla.
19
18
2.6.Rehun laadun tarkkailu paalaajissa
Karl Wild, University of Applied Sciences, Dresden, Saksa
Rehun laadun korjuun aikaista tarkkailua nurmi- ja maissirehun kanssa on tutkittu useilla anturimenetelmillä ja kehitystyön tuloksena nykyään on jo saatavilla ajosilppurikäyttöön NIRS-periaatteella toimivia laitteita. Nämä laitteet pystyvät mittaamaan rehumassasta sen kosteuden
sekä vesiliukoisen hiilihydraatin, proteiinin (crude protein), kuidun (crude fibre), rasvan (crude
fat) ja liukoisen sokerin määrän. Tässä tutkimustyössä on sovellettu tätä samaa NIRS-periaatteella toimivaa anturia pyöröpaalaajaan. Analysoinnin avulla voitaisiin säätää esimerkiksi säilöntäaineen annostusta sekä luokitella paaleja laadun perusteella.
Rehumassan analysointi ajosilppurin torvessa on huomattavasti helpompaa toteuttaa kuin
pyöröpaalaajassa, sillä paalaajassa anturin sijoitus on hankalaa. Lisäksi ajosilppurissa rehumassa on tasaisemmin murskattua ja siten analysointi on helpompaa ja tarkempaa. Näistä syistä tutkimus aloitettiin rakentamalla testipenkki laboratorioon, jossa pystyttiin pyörittämään
paaleja ja testaamaan anturin toimivuutta. Anturiksi valittiin Zeissin valmistama Corona Plus
Remote VIS-NIR. Laitteisto mittaa spektritietoa aallonpituuksilla 400-2200nm ja siinä on erillinen mittauspää. Kuvassa 17 on esitetty laboratorioon rakennettu testipenkki.
Kuva 17. Laboratorioon rakennettu paalinpyörittäjä sekä NIRS-mittauslaitteista
19
Laboratoriotestien perusteella laitteisto toimi kaikkein parhaiten löysillä paaleilla, joten anturi päätettiin asentaa paalaajan kammion sivuseinään alareunaan, jossa rehumassa ei ole vielä
sullottu täysin. Päivänvalo ja epätasainen materiaalivirta heikensivät mittaustuloksia, joten
anturin asentaminen noukinpäähän putosi pois laskuista. Kuvassa 18 on mittauslaitteisto asennettuna paalaimeen.
Kuva 18. Vasemmalla mittauspää asennettuna paalaimen kammioon ja oikealla laitteisto asennettuna
sidontanarukoteloon.
Paalaimeen asennettujen laitteiden lisäksi järjestelmään kuului tietojen tallennusta ja käsittelyä varten kannettava tietokone, joka asennettiin traktoriin.
Paalaajan kenttäkokeita toteutettiin esikuivatulla nurmella, heinällä sekä oljella usean kuukauden ajan kasvin kasvun eri vaiheissa, jotta saatiin testeihin eri kosteuksista ja ravintosisältöistä
materiaalia. Testiajossa analysointi aloitettiin heti paalauksen alussa ja tallennettiin tietokoneelle. Paalin valmistuessa se purettiin ja jaettiin segmentteihin. Paalin sensorin puoleisen päädyn segmentin osista otettiin näytteet, joille tehtiin laboratorioanalyysit analysointitulosten
vertailua varten. Kosteus määritettiin standardisoidulla uunikuivausmenetelmällä ja ravintoarvot määritettiin laboratorio-NIR-spektrometrillä.
Konferenssissa tutkimustyötä esiteltäessä kenttäkokeiden tuloksia oli saatu ainoastaan kosteusmittauksista, mutta ei vielä ravintoarvojen kohdalta. Taulukossa 4 on esitetty laboratoriotestien tuloksia sekä kenttäkokeen tuloksia.
21
20
Taulukko 4. Laboratorio- ja kenttäkokeiden tuloksia.
Laboratoriotestit 2010
n Cal
n Val
SEC [%]
SEP [%]
R2
RPD
Kosteus
256
86
2,98
3,10
0,97
5,50
Sokeri
256
86
0,89
0,97
0,92
3,12
Proteiini
256
86
0,69
0,80
0,91
3,13
Kuitu
256
86
0,86
0,89
0,90
3,06
Rasva
256
86
0,09
0,10
0,91
3,10
81
24
3,81
4,21
0,95
3,91
Kenttätestit 2011
Kosteus
Taulukon sarakkeet:
»»
n Cal = Kalibrointiin käytettyjen mittausten määrä
»»
n Val = Analysoitujen mittaustulosten määrä
»»
SEC = Standard Error of Calibration, Kalibrointiarvojen keskihajonta
»»
SEP = Standard Error of Prediction, Mittaustulosten keskihajonta
»»
R2 = Selitysaste
»»
RPD = Ratio of Performance to Deviation.
Testien tulokset osoittavat, että laboratorio-olosuhteissa tulokset olivat hyviä, ja kenttäkokeissakin kosteusmittausarvot ovat vielä tyydyttävän hyviä (RPD > 3). Kenttäkokeiden heikompaa
tulosta kosteusmittauksissa selittää osin vähäisempi kalibrointitulosten määrä. Lisäksi laboratoriokokeissa anturin sijoituspaikka oli optimaalinen ja tästä jouduttiin hieman tinkimään
asennettaessa sitä paalaajaan. Kuitenkin näissä kokeissa päästiin jo lähelle ajosilppurin vastaavan anturilaitteiston saavuttamia tarkkuuksia, joten laitteistoa voidaan ehdottomasti soveltaa
paalaajissa. Jatkotutkimuksissa keskitytään vielä ravintoarvojen seurannan onnistumiseen ja
tarkkuuteen.
21
Tämä raportti ilmestyy osana agroteknologia-alan julkaisusarjaa, jonka tavoitteena on tarjota kansainvälistä tietoa ja
tulevaisuuden näkymiä suomalaisen maa- ja metsätalouskoneteollisuuden liiketoiminnan ja tuotekehityksen tueksi.
Julkaisusarjan raportteja voi ladata sähköisenä osoitteesta www.agrotechnology.fi.
Raportti on tuotettu osana Älykkäät koneet -osaamiskeskusohjelmaa.
Lisätietoja: Antti Rintaniemi, Frami Oy, antti.rintaniemi@frami.fi.
ANTAA
VISIOIDEN
KASVAA.
ÄLYKKÄÄT KONEET
KLUSTERIOHJELMA