Kaivinkoneen kauhan kynnet kulutustestissä – näin eri kynsityypit kestävät kulutusta

Kovan kalliolouheen käsittely on yksi kauhan kynsiä eniten kuluttavista töistä. Sitä varten on erikseen suunniteltuja kynsimalleja, joiden nimessä tavallisesti esiintyy sanat rock chisel tai kirjaimet RC. Yleensä louhekynnet ovat kalliimpia kuin niin sanotut yleiskynnet.

Suuri osa näistä kynsistä on nykyisin itseteroittuvia, ja niiden luvataan säilyttävän hyvät tunkeutumisominaisuudet pidempään kuin tavalliset yleiskynnet. Onko lupauksille todellista katetta ja saako maksetulle lisähinnalle vastinetta – tätä testasimme kuluttavassa työssä.

Kauhankynsien kulutustesti päätettiin toteuttaa käytännön työssä ja sellaisissa olosuhteissa, joihin kynnet normaalisti joutuvat. Tämä asetti tiettyjä vaatimuksia työmaalle, jossa testaus tehtiin.

Luotettavien tulosten saamiseksi peruskoneeksi tarvittiin kaivinkone, joka tekee samanlaista työsykliä ja kauhoo tasalaatuista kiveä riittävän pitkän aikaa. Kuormattavan kiven pitää myös pysyä laadultaan riittävän samanlaisena koko testin ajan, jotta olosuhteet olisivat tasapuolisia kaikille kynsille.

Edellä kerrotuista syistä murskainta syöttävä kaivinkone oli vertailuun sopiva valinta. Koneen osalta vaatimuksena oli lisäksi, että kauhassa olisi J-järjestelmän kynnet, jotta voisimme testata siinä mahdollisimman moinen valmistajan kynsiä.

Valitsimme yhteistyökumppaniksi Kone-Kostamo Oy:n, jolla oli riittävän pitkäaikainen murskaustyömaa Vantaan Hakkilassa. Yrityksen käyttämässä Hitachi 470 -kaivinkoneessa oli käytössä J550-sarjan kiinnitysjärjestelmä kauhan kynsille.

Tämä saneli testiin pyydettävien kynsien kokoluokan. Kiinnitystyypissä on se hyvä puoli, että J-kiinnitys on ehkä eniten käytössä oleva kiinnitystyyppi Suomessa. Pienenä miinuksena täytyy todeta, että J550 on kokoluokkana sellainen, että osa valmistajista ei tarjoa siihen kaikkia kynsityyppejään.

Testiin otettavien kynsivaihtoehtojen määrää rajasi työmaan murskausurakan kesto. Kivilajin vaihtumisesta olisi seurannut ongelma, mikäli testi olisi ollut pidempi ja olisi jouduttu siirtymään työmaalta toiselle.

Testiryhmään otettiin aluksi kuusi eri kynttä. Näistä neljää voi pitää tyypillisinä kivikynsinä: MV:n RC, IKH:n RC, Esco CPE ja Caterpillarin Penetration Plus.

Escolta mukaan otettiin lisäksi STL, jonka valmistaja on suunnitellut erityisesti kauhakuormaimia varten, mutta kynsi toimii periaatteessa kaivinkoneessakin. Lisäksi mukaan valittiin IKH:n myymä maakynsi, joka edustaa tyypillistä kiilanmuotoista yleiskynttä.

Nämä kaksi viimeksimainittua olivat tässä tapauksessa mukavuusalueensa ulkopuolella, mutta halusimme selvittää, kuinka suuri merkitys kynsimallilla on kulutuskestävyyteen ja miten hyvin yleiskynnellä pärjää kuluttavassa työssä.

Lisäksi saimme ikään kuin sivutuotteena testitulokset myös Kone-Kostamon käyttämästä Turbo RC -kynnestä, joten ne on esitetty testin tulosten yhteydessä.

Testattavat kynnet edustavat jossain määrin eri hintaluokan tuotteita. Muita kalliimpi kynsi on Caterpillarin oman brändin alla myytävä vaihtokynsi. IKH:n maakynsi on puolestaan halvin vaihtoehto.

Testiajan rajallisuuden vuoksi kynnet asetettiin kaivinkoneen nelikyntiseen kauhaan siten, että vasemmassa reunassa oli kaksi kappaletta yhden valmistajan kynsiä ja oikealla reunalla kaksi kappaletta toisen valmistajan kynsiä. Näin saimme testattua yhtä aikaa kahden valmistajan kynnet.

Kynsien testiaikaa ei ollut etukäteen määritelty tarkasti, vaan päätimme määrittää sen ensimmäisten kynsien kulumisnopeuden ja käytettävän ajan mukaan. Ensimmäisen testiin pääsivät Catin ja Escon STL-kynnet.

Ensimmäinen testijakso osoitti, että kynsien maksimikäyttöajaksi jäi noin kaksi viikkoa. Sinä aikana kynsillä oli kuormattu 26 149 tonnia kiveä murskaan. Tässä ajassa kauhan reunimmaiset kynnet olivat kuluneet lähes täysin loppuun, joten aika vaikutti siinäkin suhteessa sopivalle.

Seuraavien kynsiparien testiajan sovitimme siten, että niillä kuormattaisiin mahdollisimman tarkasti samainen noin 26 000 tonnin kivimäärä. Kuormatut kivitonnit saatiin selville valmista mursketta kantavan pyöräkuormaimen vaakalaitteiston perusteella.

Toinen ja kolmas testisarja saatiin töihin yhtä aikaa, sillä työmaalla alettiin käyttää kahta murskausyksikköä ja syöttökaivinkonetta. Toista murskaa syöttävä kaivinkone oli tismalleen samanlainen Hitachi ja räjäytyspenkka, josta louhetta lastattiin, oli yhteinen, joten uskalsimme luottaa siihen, että tulokset olisivat vertailukelpoisia.

Toisen testijakson päättyminen ajoitettiin päivän tarkkuudella siihen kun 26 000 tonnin määrä tulee täyteen. Määrällisesti pääsimme melko lähelle ensimmäistä testijaksoa, sillä toisella kaivinkoneella mätettiin 25 358 tonnia ja toisella 27 165 tonnia louhetta murskaimeen.

Eroiksi muodostui siis vain tuhannen tonnia ylä- ja alakanttiin. Nämä erot suhteutettiin lopuksi laskennallisesti, joten niillä ei ole vaikutusta kynsien keskinäisessä vertailussa.

Toisen testijakson aikana toisessa kaivinkoneessa oli asennettuna pariksi MV- ja IKH RC -kynnet. Toisessa koneessa käytössä olivat Turbo kynnet halvimpien maakynsien kanssa. Koska MV ja Turbo kynnet vaikuttivat hyvin identtisiltä, saimme näiden kynsien perusteella myös seurattua, että kahden koneen tulokset olivat vertailukelpoisia.

IKH RC -kynnet olivat testissä uudelleen viimeisenä testivuorossa olleiden Esco CPE -kynsien kanssa. Tämä oli varmistustoimenpide tulosten vertailukelpoisuuden kontrolloimiseksi.

Escon STL-kynsi edustaa mallia, joka valmistajan mukaan on optimoitu kauhakuormainkäyttöön, mutta kynttä päälisin puolin tarkastelemalla on vaikea mennä osoittamaan mitään erityistä syytä, minkä vuoksi se ei voisi toimia myös kaivinkonekäytössä.

STL ei kuitenkaan pärjännyt testissä ennakko-odotusten mukaisesti. Tämä sai huomiomme kiinnittymään kynnen muusta testityhmästä selkeästi poikkeavaan muotoiluun ja sen yllättävän suureen vaikutukseen kulumisen suhteen.

CPE on yksi Escon monista louheen kanssa työskentelyyn sopivista kynsimalleista. Se ei kuitenkaan ole kulutuskestävyydeltään parasta, mitä valmistaja voi tarjota.

CPE on valmistajan luokituksessa paras valinta, kun kynneltä edellytetään hyvää tunkeutuvuutta ja kykyä säilyttää terävyys mahdollisimman pitkään. STE (Standard Excavator) olisi ollut suunniteltu saavuttamaan suurimman kulutuskestävyyden, mutta sitä ei ollut saatavana testissä käytetyssä J550-kokoluokassa.

Kynnet mitattiin, punnittiin ja valokuvattiin ennen testiä. Puolessa välissä testiä kynsille suoritettiin välimittaus ja kuvaus. Kun tonnimäärä oli tullut täyteen, kynnet irrotettiin ja niille suoritettiin jälleen samat mittaukset kuin alussa.

Valokuvien perusteella kynsistä saatiin luotua kuvat kulumisen edistymisestä ja profiilin muuttumisesta. Testin loppuarvostelussa esitetyt kuvat on otettu kauhan keskimmäisistä kynsistä, jotka kuluivat symmetrisemmin.

Koska kynnet kuluivat eri vauhtia kauhan reunalla ja keskemmällä, on loppuyhteenvedon pylväsdiagrammeissa esiintyvät lukemat laskettu keskiarvona reunimmaisen ja sen viereisen kynnen pituuksista. Kynsien kulumat on myös korjattu laskennallisesti vastamaan tilannetta, jossa kaikilla kynsillä olisi kuormattu tasan 26 000 tonnia kiveä.

Tuloksista käy selväksi, että uutena pisimmät ja painavimmat kynnet olivat myös loppuvaiheessa yleisesti ottaen pisimmät ja painavimmat. Lyhyemmissä ja kevyemmissä kynsissä on luonnollisesti vähemmän kulutettavaa materiaalia, joten ne kuluivat loppupituuteen nopeammin.

Kulumisen ohella kynsiä tarkasteltiin sen mukaan, kuinka pitkään ne säilyttivät terävyytensä. Tätä arvioitiin vertailemalla uuden kynnen, testin puolivälissä ja lopuksi otettujen profiilikuvien perusteella.

Kulumiskestävyys ja kyky säilyttää profiilin terävyys olivat testin tulosten perusteella osittain ristiriidassa keskenään.

Taulukosta, joka ilmaisee lyhentymän tuhatta tonnia kohti nähdään, että testin nopeimmin kuluvat kynnet ovat molemmat Escot. STL kului kuitenkin hitaammin kuin CPE. Toisaalta kummatkin näistä kynsistä säilyttivät terävän muotonsa pitkään.

Näin ollen varsinkin CPE:n voi katsoa toimineen valmistajan tarkoittamalla tavalla. STL-kynsien osalta kulumisen loppuvaiheessa kynnen terävyys laski nopeasti.

Kolmanneksi eniten Escojen jälkeen kului IKH RC, mutta koska se on huomattavasti pidempi kuin esimerkiksi Esco STL, pystyi sillä kuormaamaan enemmän kiveä ennen vaihtoikää. Parhaiten kulutusta kestävät MV ja Turbo.

MV ja Turbo -kynnet eivät olleet kaikkein painavimmat tai pisimmät, mutta silti niiden pituuden perusteella laskettu käyttöikä on testin pisin. Suunnittelussa on ilmiselvästi tässä mielessä onnistuttu. Terävyyden säilyminen oli keskinkertaisella tasolla.

Perus maakynsi kuluu alun jälkeen varsin hitaasti, sillä se saavuttaa pyöristyneen muodon nopeasti, jonka jälkeen kuluminen jakaantuu tasaisesti ympäri kynttä ja materiaalin menetys hidastuu. Se lyhentyi hitaammin kuin Caterpillarin, IKH RC:n ja Escon kynnet.

Maakynsi menettää optimaalisen muotonsa niin nopeasti, että jäljellä olevasta pituudesta huolimatta sen terävyys ei enää vastaa tavoiteltua tasoa edes kulumisen puolivälissä.

Testin yksi tärkeä johtopäätös on kulumisen perusteella arvoitu tonnimäärä, jonka kynnellä voi kuormata ennen kuin se on saavuttanut vaihtoikää kuvaavan 20 senttimetrin pituuden. Tässä arviossa siis pitäydyttiin ainoastaan pituusmitassa eikä käyttöikää arvotettu muodon säilymisen perusteella.

Tonnimäärään suhteutettuna parhaiten pärjäsivät MV ja Turbo, joilla voi kuormata noin 37 000 tonnia kiveä. Pituuden säilymisen suhteen seuraavaksi paras on IKH:n Rock Chisel.

Ennakko-odotuksista poiketen vasta näiden kolmen jälkeen tulevat Caterpillar ja Esco. Nopeiten lyheni halpa maakynsi, jonka tulos on vain noin 27 tuhatta tonnia. Eroa on siis noin 10 000 tonnia, mikä tarkoittaa yli kolmanneksen pidempää työsaavutusta parhaimmille kynsille.

Yksi tärkeä tekijä teräksen kulutuskestävyydessä on sen kovuus. Kova kynnen pinta vastustaa terävien kivensärmien tunkeutumista teräkseen ja sen jälkeistä höyläävää ja materiaalia irrottavaa vaikutusta. Tiettyyn rajaan asti kovuuden kasvattaminen parantaa kynnen kulutuskestävyyttä.

Kynnen pinta ei kuitenkaan heti valmistuksen jälkeen ole kovimmillaan, sillä teräs muokkauslujittuu pinnaltaan. Käytön aikana pintaan kohdistuu iskuja ja muita voimia, jotka muokkaavaat teräksen mikrorakennetta ja lisäävät kovuutta.

Jotta saimme huomioitua kynsissä syntyneen muokkauslujittumisen, mittasimme kynsien kovuuden testijakson lopuksi. Valitsimme mittauskohdaksi istukan päälipuolen, josta irrotettiin noin 5 x 5 cm koepalat. Otimme kovuusnäytteen useammasta kohtaa koepalaa ja laskimme niiden keskiarvon.

Kovuustestin perusteella kovimmasta materiaalista valmistetut kynnet ovat Escot (54 HRC). Toisena tulee IKH RC-kynsi. Muiden kynsien välillä ei sitä vastoin ole merkittäviä eroja. Hienoisella erolla muihin peränpitäjäksi jää halpa maakynsi (49 HRC), mikä tuntuu luonnolliselta edulliselle ja kevyempään työhön tarkoitetulle kynnelle.

Kovuus ei aina kerro kaikkea kulutuskestävyydestä, kuten tässäkin testissä havaitsemme. Kulutuskestävyyteen vaikuttavat lisäksi myös kynnen muut ominaisuudet. Suurimpana tekijänä on kynnen muotoilu sekä kulutettavan materiaalin määrä.

Tuloksista nähdään, että itseteroittuvaan muotoon liittyvät kolot kynnen profiilissa ja materiaalin sijoitus kulumiselle alttiisiin kohtiin, johtaa keskimäärin nopeampaan aineen menetykseen. Tämä on hinta, joka kynnen terävänä pysymisestä täytyy maksaa.

Yksi kuluttavimmista töistä kauhalle on juurikin louheen käsittely. Esimerkiksi tämän vertailun murskaimen syöttötyössä yhden kynnen kestoikä on vain noin kahdesta kolmeen viikkoa yksivuoroisessa työssä.

Mikäli oletettaisiin, että kaivinkone työskentelee vuodessa 50 viikkoa, kolmen viikon vaihtovälillä kynnet täytyisi vaihtaa noin 16 kertaa vuodessa. Jos kynsiä on kauhassa neljä kappaletta ja kynnen hinta on noin 80 euroa kappaleelta, muodostuu kynsien vuosikuluksi noin 5 100 euroa.

Eri kynsimalleille laskettu kustannus 1 000 siirrettyä kivitonnia kohden osoittaa, että kynnen ostohinta merkitsee suhteellisen paljon kustannuksissa ja että kalliimpi ostohinta voi kompensoitua tiettyyn rajaan asti kynnen paremman kestävyyden kautta.

Kynsistä arvosteltiin erikseen ensiksi kulutuskestävyyttä ja sen jälkeen kykyä terävyyden säilyttämiseen. Arvostelut tehtiin erillisinä siksi, että kulutuskestävyys ja terävyyden säilyminen ovat suurelta osin ristiriitaiset. Kynsille annettiin molemmista arvosteluosioista pisteet asteikolla 1–5, joista 5 on paras arvosana. Pistearvostelut löytyvät viereisistä taulukoista.

Kynsistä on ilmoitettu kynnen myyneen liikkeen ilmoittama perushinta. Käytännössä kynsistä maksettava yksikköhinta riippuu suuresti asiakkaan ostojen suuruudesta.

Kiinnitystarvikkeissa oli valmistajakohtaista eroavaisuutta, mutta asennukseen eroilla ei ollut vaikutusta. Kuva: Mikael Sammatti

Testikoneina toimineissa kahdessa Kone-Kostamo Oy:n Hitachi 470 kaivinkoneessa oli käytössä Caterpillarilta periytyvä J550-sarjan kiinnitysmekanismi kauhankynsille. Tämä saneli testin kynsien kiinniketyypin ja kokoluokan. Kuva: Mikael Sammatti

CPE-kynnen alapuolen kuoppa ohentaa kuluneen kynnen kärkeä tehden siitä terävämmän. Kuva: Mikael Sammatti

Kynnen kuoppa on hyvin näkyvissä vielä kynnen ollessa loppuun kulunut. Kuva: Mikael Sammatti

Ero Turbo -kivikynsien ja IKH:n maakynsien välillä on iso jo viikon käytön jälkeen. Pidemmät Turbo kynnet tarjosivat paremman tunkeutuvuuden louheeseen koko testijakson ajan. Maakynsien kulumisnopeus pieneni selvästi sen jälkeen, kun kynnen kärki oli kulunut loppuun ja kynsi oli saavuttanut tasaisen pyöreän muodon. Kuva: Mikael Sammatti

Käyttöikänsä lopussa kynsistä on jäljellä enää istukan ympärille jäävä ja istukkaa kulumiselta suojaava osa. Etualalla ovat uloimpana kauhassa sijainneet kynnet, jotka kuluivat eniten. Kuva: Mikael Sammatti

Kiinnitystarvikkeissa oli valmistajakohtaista eroavaisuutta, mutta asennukseen eroilla ei ollut vaikutusta. Kuva: Mikael Sammatti

Testikoneina toimineissa kahdessa Kone-Kostamo Oy:n Hitachi 470 kaivinkoneessa oli käytössä Caterpillarilta periytyvä J550-sarjan kiinnitysmekanismi kauhankynsille. Tämä saneli testin kynsien kiinniketyypin ja kokoluokan. Kuva: Mikael Sammatti

CPE-kynnen alapuolen kuoppa ohentaa kuluneen kynnen kärkeä tehden siitä terävämmän. Kuva: Mikael Sammatti

Kynnen kuoppa on hyvin näkyvissä vielä kynnen ollessa loppuun kulunut. Kuva: Mikael Sammatti

Ero Turbo -kivikynsien ja IKH:n maakynsien välillä on iso jo viikon käytön jälkeen. Pidemmät Turbo kynnet tarjosivat paremman tunkeutuvuuden louheeseen koko testijakson ajan. Maakynsien kulumisnopeus pieneni selvästi sen jälkeen, kun kynnen kärki oli kulunut loppuun ja kynsi oli saavuttanut tasaisen pyöreän muodon. Kuva: Mikael Sammatti

Käyttöikänsä lopussa kynsistä on jäljellä enää istukan ympärille jäävä ja istukkaa kulumiselta suojaava osa. Etualalla ovat uloimpana kauhassa sijainneet kynnet, jotka kuluivat eniten. Kuva: Mikael Sammatti

Kuvat: Mikael Sammatti, grafiikka: Jukka-Pekka Lindbäck

Lue kauhan kynsien merkkikohtaiset arviot:

Kuormaajakäyttöön suunnitellun kynnen toiminta kaivinkoneessa

Rockwell-mittaus - Kovuudet testattiin Aalto-yliopistolla

IKH RC

IKH maakynsi

Esco Standard Loader

Esco Chisel Penetration Excvavator

Caterpillar Penetration Plus

Cat K Series

Metsätyö MV

Stenmann Turbo