Master's Thesis

Design of spray tank production technology integrated into a harvester

Final Thesis 5.55 MB

Author of thesis: Ing. Tomáš Němec

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Ing. Josef Sedlák, Ph.D.

Reviewer: Ing. Aleš Jaroš, Ph.D.

Abstract:

This diploma thesis deals with the design and manufacturing technology of a spray tank integrated into a Komatsu 951 harvester for the chemical treatment of bark beetle-infested wood. The main goal of the thesis is to design a tank that serves as a water reservoir for a spraying system applying insecticide directly during timber harvesting and processing by the harvester head. The thesis includes a theoretical overview of chemical treatment methods for infested wood and an analysis of different 3D scanning methods that can be used for designing parts with complex shapes. The practical part focuses on the placement of the tank on the harvester, processing of data obtained from 3D scanning, design of the tank shape, structural design of individual parts, and the proposal of the manufacturing technology. During the design process, it was necessary to consider the limited installation space, operating loads in forest conditions, the required tank capacity, and requirements for easy assembly and maintenance. The proposed solution is based on practical forestry requirements and follows the development of a spraying system integrated into a harvester, for which the author of the thesis received a European patent. The final part of the thesis contains a technical, technological, and economic evaluation of the proposed solution.

Keywords:

chemical treatment, harvester, spraying system, 3D scanning, tank design, manufacturing technology

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Diplomant seznámil komisi s obsahem a výsledky své diplomové práce a zodpověděl otázky vedoucího, oponenta a dalších členů komise: V průběhu obhajoby byly zodpovězeny následující doplňující otázky: 1. Je možné aplikovat tuto technologie do zahraničí? zodpovězeno 2. Proč byla zvolena korozivzdorná ocel 316L jako materiál pro nádrž? zodpovězeno 3. Proč je rozdíl mezi řezání laserem a vodním paprskem? zodpovězeno 4. Jedná se stále o stejný typ dřeva, který se asanuje. zodpovězeno

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Manufacturing Technology (N-STG-P)

Specialization

Manufacturing Technology and Management in Industry (STM)

Composition of Committee

prof. Ing. Josef Sedlák, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Jozef Majerík, PhD., EUR ING (místopředseda)
prof. Ing. Igor Barényi, PhD., EUR ING (člen)
prof. Ing. et Ing. Mgr. Jana Petrů, Ph.D. (člen)
Ing. Mgr. Lada Vejmělková, Ph.D. (člen)
Ing. Monika Horáková, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Valášek (člen)

Supervisor’s report
prof. Ing. Josef Sedlák, Ph.D.

Posuzovaná diplomová práce je zpracována v souladu se zadáním na požadované úrovni. Práce se mimo jiné zabývá vysoce aktuální a v současné době celospolečensky významnou problematikou efektivní likvidace kůrovcové kalamity ve střední Evropě. Integrace chemického postřikovacího systému přímo do procesu těžby dřeva pomocí lesního harvestoru představuje inovativní a v praxi mimořádně přínosný přístup, který zásadně zvyšuje produktivitu práce a eliminuje nutnost dodatečné manuální asanace. Výjimečnost a hluboký praktický přínos celého řešení navíc podtrhuje skutečnost, že diplomant je již držitelem evropského patentu na vyvíjené postřikovací zařízení. V teoretické části práce diplomant prokázal schopnost v oblasti rešeršní činnosti a systematické práce s odbornou literaturou. Velmi detailně a přehledně charakterizoval biologické mechanismy šíření lýkožrouta smrkového a dostupné metody chemické asanace napadené dřevní hmoty. Zvláštní pozornost věnoval analýze nejpoužívanějších insekticidních přípravků na bázi syntetických pyretroidů, jako jsou Dinastia či Forester, přičemž jejich účinnost vhodně podložil výsledky laboratorních testů expozice. Navazující kapitoly teoretické části logicky přecházejí k rozboru kontaktních i bezkontaktních metod 3D skenování, čímž diplomant vytvořil ucelený a solidní teoretický základ pro následnou praktickou a aplikační část.

Praktická část diplomové práce tvoří nosné jádro celého návrhu řešení a jednoznačně prokazuje vysokou odbornou úroveň. Pro přesné zaměření složitého a prostorově značně omezeného instalačního prostoru harvestoru Komatsu 951 diplomant úspěšně využil moderní bezkontaktní 3D skenování metodou LiDAR. Na základě získaných prostorových dat následně v CAD prostředí navrhl optimální tvar nádrže z korozivzdorné oceli AISI 316L o tloušťce 4 mm, který plně respektuje pracovní pohyby stroje a nijak neztěžuje výhled z kabiny operátora. Konstrukční návrh je doložen precizním pevnostním výpočtem koutových svarů podle normy ČSN EN 1993-1-4 ed. 2, přičemž vypočtené napětí bezpečně splňuje dovolené limity a zaručuje provozní spolehlivost v náročném terénu. Stejně detailně je zpracována i technologická část výroby, kde diplomant vypracoval komplexní plány pro řezání laserem, simuloval proces ohýbání na ohraňovacím lisu s ohledem na eliminaci kolizních stavů a specifikoval optimální postup svařování metodou MAG včetně osazení funkčních prvků a hladinových spínačů. V rámci technicko-ekonomického zhodnocení diplomant prokázal schopnost kritického inženýrského a manažerského rozhodování při porovnávání alternativních výrobních technologií. Na základě reálných poptávek jednoznačně zdůvodnil volbu laserového řezání oproti řezání vodním paprskem, čímž výrazně optimalizoval náklady na pořízení materiálu a proces řezání. Klíčovým přínosem práce je pak ekonomická analýza provozu, která ukázala, že provozní náklady na harvestorový postřik činí přibližně 80 Kč / m³ oproti 250 Kč / m³ u běžného ručního postřiku. Výsledná úspora 170 Kč / m³ zaručuje, že se investice do nádrže vrátí již po ošetření pouhých 550 m³ dřevní hmoty, což vzhledem k vysokému dennímu výkonu stroje představuje krátkou dobu návratnosti v řádu dvou až tří dnů intenzivního provozu. Diplomant prokázal schopnost samostatně řešit komplexní problém od analýzy přes navržené řešení až po ekonomické zhodnocení. Práci lze ocenit pro její ucelenost, samostatný přístup k provedenému řešení i spojitosti s reálným provozem.

Diplomant získával potřebné informace a podklady na pravidelných konzultacích nejen ve škole, ale také ve společnosti Wstec s.r.o., která se podílela na řešení uvedeného tématu. Získané informace maximálně zužitkoval v předložené práci. Po grafické stránce je práce zpracována na odpovídající úrovni. Podklady potřebné pro svoji práci diplomant čerpal z literárních, odborných, ale převážně z elektronických zdrojů, o které se také opírá. Při řešení diplomové práce postupoval diplomant správně. Prezentované výsledky jsou přesvědčivé a jsou přehledně uspořádány pomocí obrázků, tabulek a grafických závislostí. Práce je přehledná a srozumitelná. Z výše uvedených skutečností vyplývá, že diplomant splnil zadání v plném rozsahu, a proto doporučuji diplomovou práci k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Aleš Jaroš, Ph.D.

Diplomová práce na téma Návrh technologie výroby nádrže na postřik integrované na harvestor je zaměřena na aplikaci postřiku, který bude součástí těžebního stroje – harvestoru. Práce je rozdělena do dvou částí – teoretické a praktické.

V teoretické části je podrobně rozebrána problematika asanace napadaného dřeva, v další kapitole je rozebrána problematika monitorování pomocí jednotlivých metod 3D skenování (kontaktních a bezkontaktních metod).

Nosná část práce je zaměřena na navržení nádrže pro postřik a to především jejího tvaru, velikosti, volbu konstrukčního materiálu a samotného umístění na harvestoru tak, aby samotná nádrž nepřekážela při výkonu práce (těžbě dřeva) harvestoru. Důležité také při volbě umístění nádrže na harvestor bylo zajistit dostupnost při doplňování kapaliny do nádrže a také její možné demontování v zimním období. Byla zvolena nádrž o objemu 1000l, volba vychází z objemu zpracovaného dřeva harvestorem za jeden den/směnu. Samotný tvar nádrže byl řešen tak, aby co nejvíce odpovídal místu umístění na harvestoru, jehož povrch byl skenován pomocí 3D skeneru. Návrh výroby nádrže je koncipován tak, že nádrž bude vyrobena z plechů, pomocí technologií ohýbání a svařování. Nebylo zapomenuto ani na konstrukční prvky jako napouštěcí a vypouštěcí ventil a čidlo pro měření hladiny. Součástí práce je také technickoekonomické zhodnocení a je stanovena návratnost počáteční investice.

Práce je na dobré technické úrovni, autor se se opírá o 45 knižních a elektronických zdrojů.

Práci hodnotím jako velmi zdařilou, přínosnou pro problematiku automatizované asanace dřeva a doporučuji ji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations A
Topics for thesis defence:
  1. V tabulce 1 uvádíte při postřiku s využitím harvestoru účinnost asanace více než 80%, jak jste k těmto hodnotám přišel, když níže uvádíte, že se tato technologie v dnešní praxi těžby dřeva ještě běžně nevyužívá?
  2. Jak přistoupila společnost na Váš návrh řešení a zdali bude na harvestor aplikován?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová