2. SISÄLLYS
1 JOHDANTO...............................................................................................................1
2 PÄÄKÄSITTEET.......................................................................................................2
3 SUUNNITTELU.........................................................................................................3
3.1 TOTEUTTAMISVAIHTOEHTOJA.....................................................................3
3.2 VOIMAT .............................................................................................................6
3.3 SUUNNITTELUN LOPPUTULOS......................................................................7
4 TOTEUTUS................................................................................................................8
4.1 MATERIAALIT JA TYÖVÄLINEET .................................................................8
4.2 TYÖVAIHEET ..................................................................................................11
5 KOOSTE JA ARVIOINTI ........................................................................................16
5.1 KOOSTE............................................................................................................30
5.2 ARVIOINTI.......................................................................................................30
LÄHTEET...................................................................................................................31
LIITTEET.......................................................Virhe. Kirjanmerkkiä ei ole määritetty.
3. 1
1 JOHDANTO
Opinnäytetyökseni suunnittelen ja valmistan mekaanisen puunhalkaisijan eli olen
tekemässä laitteen, jolla voi halkaista puun päästä kahtia käsivoimin vääntövoimaa hyväksi
käyttäen. Aion tehdä käsityön koulussa työpajalla, ja suunnittelun teen pääosin kotona.
Aihe kuuluu minun alaani eli kone- ja metallialaan, koska teen laitteen metallista ja käytän
työssäni paljon kone- ja metallialan käyttämiä voimansiirtotapoja. Esimerkiksi
epäkeskeisvaihde on yksi varteenotettava vaihtoehto voimansiirtoon.
Teen puunhalkaisijan, koska se on tarpeeksi haastava työ ja tarvitsemme sitä kotona
helpottamaan puiden halkaisemista. Sellaista puunhalkaisijaa ei myöskään ole löytynyt
kaupoista. Teen puunhalkaisijasta kasinväännettävän, koska silloin halkaisijasta pystyy
saamaan paljon toimintavarmemman ja yksinkertaisemman, kuin muita vaihtoehtoja
käyttäen. Esimerkiksi hydrauliikkaa käyttäen joutuu öljyjen ja tiivisteiden kanssa
tekemisiin.
Tavoitteenani on saada puunhalkaisija toimimaan mahdollisimman vähällä voiman
käytöllä. Myös edellytyksiini kuuluu saada puunhalkaisija toimimaan mahdollisimman
monen kokoisille puille.
Aloitan työn suunnittelemalla sen lähes kokonaan. suunnitteluun kuuluu: laskea lujuudet,
voiman tarve, materiaalien käyttömahdollisuudet ja vaatimukset. Suunnitelman tultua
valmiiksi, valmistan työpajalla laitteen käyttökuntoon.
4. 2
Kuva 1. Erilaisia hammaspyöriä
Kuva 1. Hammaspyöriä
2 PÄÄKÄSITTEET
Epäkeskosuus tarkoittaa esimerkiksi lieriöön kappaleen päähän poraamista siten, ettei
poraa keskelle. Tällöin reikä on epäkeskeinen kappaleeseen nähden.
Lujuuslaskelma on kappaleen voimansietokyvyn laskemista. Esimerkiksi ruuvin kestävyys
väännettäessä pitäisi laskea.
Hydrauliikka tarkoittaa voimansiirto tapaa, jossa käytetään nestettä voiman siirtämiseen.
Vaihteella säädetään joko liikkeen nopeutta voimaksi nopeutta hidastamalla tai toisinpäin.
Esimerkiksi hammaspyörien kokoja vaihtamalla voidaan saada pienellä voimalla suuri
voima aikaan.
Hammaspyörä on voiman siirtoon ja muuttamiseen tarkoitettu osa.
Tiiviste on osa, joka tiivistää esim. erilaisten
pintojen välejä täten pitäen ylimääräisen aineen
ulkopuolella/sisäpuolella konetta.
Iskuri on yleensä mielletty aseen osaksi,
joka lyö ammuksen nalliin ammuttaessa.
Vääntömomentti on voiman ja vipuvarren
tulo. (Nm)
Prässi (metalliala) on laite, jolla saadaan
isoja puristusvoimia aikaan hydrauliikan
avulla.
5. 3
Kuva 2. Smart Manual Log Splitter
Smart Manual Log Splitter on tehokas ja todella pieni puidenhalkaisija, mutta käyttö
mukavuus ei ole paras mahdollinen. Tämä siksi, koska siinä kiskotaan painoa ylös ja alas,
joka ei ole paras mahdollinen tapa saada aikaan tulosta. Esimerkiksi kiskominen vaatii
isoja riuhtaisevia liikkeitä, joka ei ole kaikille mukava tapa tehdä töitä. Käyttäjä kuntaan
kuuluu myös ikäihmisiä, joten se ei ole yhtään kirvestä parempi.
3 SUUNNITTELU
3.1 TOTEUTTAMISVAIHTOEHTOJA
Puunhalkaisijoita on monenlaisia pienestä Smart Manual Log Splitter -mallista (fwdirect
20.10.2008) suuriin puunhalkaisukeskuksiin. Itse pyrin saamaan puunhalkaisijasta
mahdollisimman pienen, tehokkaan ja mukavan käyttää, joten vaihtoehdot kapenevan
hyvin paljon. Mekaanisuus karsii myös vaihtoehtoja, koska suurin osa olemassa olevista
puunhalkaisija tyypeistä on toteutettu hydrauliikalla tai sähköllä. Jäljelle jäävistä
vaihtoehdoista olen miettinyt Smart Manual Log Splitter, TM400 Log Splitterin (Oxdale
14.3.2013) tapaista käsikäyttöistä puunhalkaisijaa, ja jalkakäyttöistä versiota.
6. 4
Kuva 3. TM400 Log Splitter
TM400 Log Splitter on myös tehokas, muttei kovin pieni. Käyttömukavuus on paljon
parempi, mutta se on hydrauliikka käyttöine. Se vaatii paljon muokkaamista alkuperäisestä
ideasta, koska pitää saada muutettua hydrauliikka mekaniikaksi. Muutos saattaa vaikutta
tehokkuuteen ja käyttömukavuuteen, joten sekään ei välttämättä ole paras vaihtoehto.
7. 5
Kuva 4. Jalkakäyttöinen Puunhalkaisija
Jalkakäyttöinen puunhalkaisija taasen ei ole kauhean tehokas, mutta on todella hyvä
käyttää ja se on pieni. Jalkakäyttöisen puunhalkaisijan tehokkuutta ei pysty parantamaan
paljoa, joten siitä voi vain ottaa joitain ideoita käyttöön muunlaisiin halkaisijoihin.
8. 6
Kuva 5. Havainnollinen kuva vipuvarsi kaavasta
3.2 VOIMAT
Halkaisuvoimantarve riippuu monista eri muuttujista, kuten halkaisu kohdasta. Yleensä
halkaisuvoiman tarve on pienimmillään puun päässä, reunassa ja pystysuunnasta kaukana
oksakohdista. Puunhalkaisu koneessa voima on yleensä puristavaa, mutta puristus voiman
pystyy myös muuttamaan iskuvoimaksi iskurilla. Itse en aio hyödyntää iskuria, koska
puristusvoimalla toteutettuna puunhalkaisija on toimintavarmempi.
Mika Vilppunen opinnäytetyössään (Puunlujuusvertailu tutkimuksia, 2007), käsittelee
puun halkaisulujuutta sivulla 58. Hän sai halkaisulujuuteen tulokseksi 2-4 N/mm², mutta
hänen testeissä käytettiin erityyppistä puulaatua kuten lautaa. Tähän tulokseen kun lisätään
1-2 N/mm², sen luulisi riittävän halkaisemiseen.
Voiman tarvetta ei pysty tarkasti laskemaan, koska kaikki puut ovat erilaisia. Toinen
vaikuttava tekijä on se, että terän kosketuspinta-ala muuttuu puristuksen aikana terän
uppoamisen takia. Voiman tarpeen voi kuitenkin testata halkaisemalla puun prässillä ja
halkaisukiilalla useampaan kertaan (toistokoe).
Vipuvarren pituuden tarve saadaan laskemalla kaavasta F1*s1>F2*s2, josta muuntamalla
saadaan voimantarve kaavaksi s1>(F2*s2)/F1. Vääntövoima täytyy laskea minimi voimalla,
koska tällöin vipuvarsi on aina tarpeeksi pitkä vääntämiseen. Kun taas vastavoima täytyy
laskea maksimiarvolla, samasta syystä.
9. 7
Kuva 6. Oma karkea suunnitelma
3.3 SUUNNITTELUN LOPPUTULOS
Päädyin suunnittelussa siihen että teen puunhalkaisijasta pääosin TM400 Log Splitter:in
tapaisen, mutten käytä hydrauliikkaa apuna. Jalkakäyttöisen puunhalkaisijan
vipumekanismi on hyvä vaihtoehto vääntömomentin aikaansaamiseksi.
10. 8
4 TOTEUTUS
4.1 MATERIAALIT JA TYÖVÄLINEET
4.11 MATERIAALIT
Materiaaleina käytin enimmäkseen erityyppisiä teräksiä, koska teräs on halpaa, lujaa ja
muokattavaa ainetta. Kaikki osat, lukuun ottamatta terä osaa tein puunhalkaisijan rakenne
teräksestä, koska se on halpaa, se kestää tarpeeksi ja sitä on saatavilla paljon. Terän tein
työkaluteräksestä, koska työkaluteräs kestää hyvin eli tällöin terä ei tylsisty heti ja
lyöntipää kestää lyöntejä hyvin. Lisäksi sitä ei tarvitse karkaista.
Kuva 7. Puunhalkaisijan terä osa osittain työstettynä
13. 11
4.12 TYÖVÄLINEET
Tein töitä monilla työvälineillä, kuten kulmahiomakoneella, sorvilla, paineilma vingulla,
yms. Kaikki käyttämäni työvälineet ovat tavallisia koneenasennuksen työpajan työkaluja.
Näitä työkaluja käytin työssäni:
Kuva 10. Kulmahiomakone. (Huonolla laikalla :D)
Kuva 11. Rullamitta
18. 16
4.2 TYÖVAIHEET
Aloitin työni keräämällä kaikki materiaalit kasaan. Kaikki materiaalit löysin työpajalta,
lukuun ottamatta 80 –ja 90 mm neliö putkea ja teräpalaa. Nämä ostin läheisestä
rautakaupasta.
4.2.1 ALUSTA
Alustan tein teräslevystä ja U-profiilisesta teräksestä. Ensin leikkasin levystä
sopivankokoisen kappaleen polttoleikurilla, jonka jälkeen viimeistelin levyn
kulmahiomakoneella.
Kuva 18. Pylväsporakone (kuva ei ole työpajalta)
19. 17
Tämän jälkeen otin U-profiilista terästä ja leikkasin siitä vannesahalla oikean kokoiset
palat. Palat hioin kulmahiomakoneella, ja hitsasin pohjalevyn ja jalat yhteen.
Kuva 19. Muokattu pohjalevy
Kuva 20. Työstetyt pohjalevyn jalat hitsausta vaille.
20. 18
Kuva 22. Tukijalat lähes valmiina.
Jälkeenpäin lisäsin pohjalevyyn tukijalat, jottei kone keikahtaisi väännettäessä vipuvartta.
Leikkasin vannesahalla tukijalat vinosti U-profiilisesta teräksestä. Ennen paikalleenlaittoa
viimeistelin jalat kulmahiomakoneella. laitoin tukijalat paikalleen hitsaamalla.
Kuva 21. Pohjalevy jalkoineen.
21. 19
4.2.2 TOLPPA
Tolpan tein 80mm:stä neliöputkesta. Ensiksi Tasasin tolpan päädyt vannesahalla ja porasin
pylväsporakoneella kylkiin reikiä 40mm:n välein, niin että reiät osuivat kohdakkain holkin
reikien kanssa. Testivaiheessa kuitenkin osoittautui, että reikäjako oli liian harva.
Tämän jälkeen tein tolpan päätyyn palan ja hitsasin sen putken sisään. Hioin putken pään
lähes tasaiseksi kulmahiomakoneella.
Kuva 23. 80 mm:n tolppa reiät porattuna
Kuva 24. Hitsattu ja hiottu tolpan pääty.
22. 20
Sitten leikkasin tolpan tuiksi kolmiopalat vannesahalla. Kolmiopaloihin leikkasin ja
hitsasin kiinnityspalat. Porasin pylväsporakoneella kiinnityspaloihin reiät pohjaan
kiinnitystä varten. Tämän tultua valmiiksi hitsasin kolmiopalat tolpan eri sivuille kiinni
siten, että kiinnityspalat ovat tolpan avoimen pään tasolla. Lopuksi hioin kulmia ja hitsejä
kulmahiomakoneella.
Kuva 25. Leikatut kolmiopalat.
Kuva 26. Viimeistelemättömät kolmiopalat kiinnityspaloineen.
23. 21
Tolpan tullessa valmiiksi, porasin pohjalevyyn reiät tolpan kiinnitystä varten ja laitoin
tolpan pohjalevyyn kiinni kuusio ruuveilla.
Kuva 27. Tolppa kiinnitettynä pohjalevyyn.
24. 22
4.2.3 HOLKKIKOKOONPANO
Holkin rungon tein 90 mm:stä neliöputkesta. Ensin tein reiät pylväsporakoneella kylkiin
vierekkäin 130 mm:n matkalta. Tämän jälkeen leikkasin kulmahiomakoneella ylimääräiset
pois, jotta reiästä saisin suorakylkisen. Lopuksi hioin reiät paineilma vingulla.
Kuva 28. Holkin runko osa viimeistelemättömänä.
25. 23
Holkkiin hitsasin lattaraudasta leikkaamani laatat joihin laitoin terän kiinni. Alkuun
hitsasin laatat suoraan holkkiin, mutta huomasin, että terä tuli liian lähelle tolppaa. Sen
korjasin leikkaamalla laatat irti ja hitsaamalla siihen palan U-profiilista terästä väliin.
Holkkiin lisäsin vielä vipuvartta varten tapit. Leikkasin ne ensiksi vannesahalla ja
viimeistelin kulmahiomakoneella. Valmiit tapit hitsasin Holkin keskelle pituussuunnassa.
Tein myös tappisokat holkkiin terää ja vipuvartta varten. Terää varten tein sokan, joka
lukittuu ruuvin avulla. Vipuvartta varten tein sokan, jonka toisessa päässä on prikka
lukittamassa yhdensuuntaista liikettä. Ne leikkasin vannesahalla tangoista, joidenka päät
viistin sorvilla. Hitsasin prikan vipuvarren tappiin ja porasin reiät pylväsporakoneella terän
tappisokkiin.
Kuva 29. Laatat hitsattuna holkkiin. Pientä porausta vielä
Kuva 30. Vipuvarrentappi valmiina.
26. 24
kuva 31. Holkki, joka on viimeistelyä vaille valmis. Sokatkin
ovat jo paikallaan.
27. 25
4.2.4 HAARUKKA/VIPUVARSI
Haarukkaa varten leikkasin kulmahiomakoneella suorakaiteen mallisesta putkesta osan
sivuista lähes kokonaan pois ja hioin haarukasta teräviä kulmia pois kulmahiomakoneella
ja paineilma vingulla. Tämän jälkeen leikkasin päätyyn palan ja hitsasin sen kiinni putken
sisään ja hioin hitsisaumat pois näkyvistä.
Kuva 32. Lähes valmis haarukka.
28. 26
Haarukan avonaiseen päähän tein tapeille urat pylväsporakoneella ja vingulla. Tämän
päähän hitsasin tuen... pikkuisen liian myöhään, koska testivaiheessa haarukasta vääntyi
pala irti. Päätin myös lukita holkissa olevan tapin haarukkaan hitsaamalla terästangon
kulkuaukkoon.
Haarukan toiseen päätyyn lisäsin tukilevyn haarukan sisään vipuvartta varten. Vipuvarrelle
porasin reijät haarukan päätyyn ja tukilevyyn. Näissä työvaiheissa käytin
kulmahiomakonetta, pylväsporakonetta, vannesahaa ja hitsiä.
Kuva 33. Haarukan pääty valmiina.
29. 27
Vipuvarren tein terästangosta. Leikkasin tangon ensin vannesahalla ja viistin sen päädyt
sorvilla. Porasin tangon päähän kylkeen rei’än pylväsporakoneella haarukkaan kiinnitystä
varten. Kiinnityksen toteutin siten, että vipuvarsi menee haarukan reikien läpi ja ruuvi ja
mutteri lukitsevat vipuvarren haarukkaan.
Kuva 34. Viimeistelemätön haarukka tukilevyllä ja rei’illä.
Kuva 35. Vipuvarren kiinnitys haarukkaan.
30. 28
4.2.5 TERÄ
Teräosan tein kulutus teräksestä. Ensin tasasin toisen pään kulmahiomakoneella lähes
suoraksi. Jatkoin jyrsimällä toisen pään kaksipuolisesti 60 asteen kulmaan. Sitten testasin
terän puunhalkaisu voiman tarvetta. Käytin siihen prässiä avuksi. Sain arvoksi noin 40 kN.
Tämän jälkeen tein terään 30 asteisen kulman siten, että 60 asteinen kulma jäi vain
kappaleen kärkeen. Tämänkin jälkeen testasin halkaisuvoiman tarvetta ja sain tulokseksi
noin 20 kN. Testin jälkeen jyrsin uuden 60 asteen kulman, mutta tällä kertaa viistoon.
(Sain tätä tehdessä ison viiltohaavan sormen päähäni :( ). Tällöin halkaisuvoimantarve oli
15-20 kN riippumatta siitä, että kumminpäin terä oli. (aloittiko leikkaamisen puun laidalta
tai keskeltä.)
Kuva 36. Terä pala 60 asteen kulmalla.
31. 29
Lopuksi yritin porata pylväsporakoneella reijät holkkiin kiinnitystä varten,
mutta se ei porannut kunnolla, joten päätin porata reijät jyrsimellä tappiterällä.
Kuva 37. Terä pala viistettynä.
Kuva 38. Valmis teräpala.
32. 30
5 KOOSTE JA ARVIOINTI
5.1 KOOSTE
Opinnäytetyönäni suunnittelin ja valmistin mekaanisen puunhalkaisijan muutamia
teräslajeja käyttäen. Tein puunhalkaisijan, koska sille on tarvetta. Suunnittelin koneen
kotona, käyttäen apuna jo olemassaolevia puunhalkaisijoita. Käytin koneeseen teräksiä,
joista osan ostin ja loput löysin työpajalta. Käytin ainoastaan työpajan koneita ja laitteita
valmistaessani puunhalkaisijaa. Sain puunhalkaisijani toimimaan melko hyvin, mutten niin
hyvin kuin olisin pystynyt, koska aika loppui kesken.
5.2 ARVIOINTI
Onnistuin opinnäytetyössani melko hyvin, koska sain puunhalkaisijani toimimaan.
Suunnitelmani vastasi suurpiirteittäin valmista tuotetta eli se onnistui hyvin. Huomasin,
että suunnitellessa asiakkaan ja opettajan kanssa se onnistui paremmin, koska heiltä sain
uusia ideoita. Suunnittelu jäi silti pikkuisen vajavaiseksi. Esimerkiksi vipuvarren
vääntösuunnat olisi pitänyt ottaa huomioon, jotta siitä olisi saanut kaiken voiman irti.
Lopulliseen koneeseen sitä en kerennyt/tajunnut korjata. Opin suunnittelusta sen, että
ensimmäisellä kerralla ei voi saada täysin toimivaa laitetta, vaan suunnittelu ja valmistus
on toisiinsa liitetty prosessi. Sen huomasin, kun puoliksi suunnittelin samalla, kun
valmistin laitetta. Tälläin kävi esimerkiksi silloin, kun huomasin, että terä kannattaa tehdä
kovametallista karkaistun pään sijaan. Lopullisessa tuotteessa on pieniä virheitä, jotka
hiukan hankaloittavat sen käyttöä, joten opinnäytetyöni ei onnistunut täysin. Näitä virheitä
on esimerkiksi se, että koneen terän nostelu on melko raskasta sen painon takia. Olen
yleisesti ottaen tyytyväinen työni jälkeen, koska puunhalkaisija yleensäkkin toimi ja se on
jonkin verran käytännöllinen.
33. 31
LÄHTEET
Kuva 1. Hammaspyöriä, <http://www.eie.fi/UserUploadImages/Linear/Atlanta/Kugghjul-
Atlanta-1.jpg>, katsottu 30.8.2013
Smart Manual Log Splitter UK Ireland Seller,
<http://www.youtube.com/watch?v=ZaGSx5jK3is>, katsottu 30.8.2013
Puun lujuusvertailututkimuksia,
<https://publications.theseus.fi/bitstream/handle/10024/11739/2008-04-15-
12.pdf?sequence=1>, luettu 30.8.2013
Oxdale TM400 Log Splitter, <http://www.oxdaleproducts.co.uk/page8.html>, luettu
12.9.2013
Kuva 2. Smart Manual Log Splitter,
<http://www.countrywidefarmers.co.uk/pws/images/catalogue/products/11001/xlarge/1100
1.jpg>, katsottu 21.9.2013
Kuva 3. TM400 Log Splitter
<http://www.logsplittersworld.co.uk/images/products/Oxdale%20Heavy%20Duty%20TM
400%20Log%20Splitter_A_SS-1.jpg>, katsottu 21.9.2013
Kuva 4. Jalkakäyttöinen puunhalkaisija,
<http://www.northerntool.com/images/product/2000x2000/118/11899_2000x2000.jpg>,
katsottu 21.9.2013
Kuva 18. Pylväsporakone (kuva ei ole työpajalta)
http://hintaseuranta.fi/tuote/pylvasporakone-750w400vmk3-xch25/387136,
katsottu 27.4.2014
