علبة تروس حصادة العلف: هندسة محرك تقطيع السيلاج

محرك رأس القطع: حيث تذهب طاقة PTO من 60 إلى 70%

رأس القطع (ويُسمى أيضًا أسطوانة التقطيع أو قاطع دولاب الموازنة) هو المستهلك الرئيسي للطاقة في أي حصادة أعلاف. يتكون من أسطوانة فولاذية ثقيلة تحمل من 8 إلى 12 سكينًا مثبتة شعاعيًا تدور بسرعة تتراوح بين 800 و1200 دورة في الدقيقة أمام قضيب قص ثابت. يتم ضغط المحصول، الذي يُشكّل طبقة كثيفة بواسطة بكرات التغذية، ثم يُقص بين السكاكين الدوارة والقضيب الثابت - تمامًا مثل المقص، ولكن بسرعة وحجم صناعيين. تقطع كل سكين مرة واحدة في كل دورة، مما ينتج عنه طول تقطيع يتحدد بنسبة سرعة بكرة التغذية إلى سرعة دوران رأس القطع: التغذية البطيئة عند نفس سرعة رأس القطع تُنتج تقطيعًا أقصر، والتغذية السريعة تُنتج تقطيعًا أطول. تتراوح أطوال التقطيع المستهدفة عادةً من 6 إلى 19 مم لعلف الذرة (حيث تتطلب معالجة الحبوب تقطيعًا قصيرًا) ومن 19 إلى 50 مم لعلف العشب (حيث تكون الألياف الأطول مرغوبة من الناحية الغذائية).

ال علبة تروس PTO يجب أن يوفر محرك رأس القطع ما بين 60 و70% من إجمالي الطاقة المطلوبة للحصادة كخرج عزم دوران عالٍ مستمر عند سرعة رأس القطع. بالنسبة لحصادة علف من النوع المقطور بقدرة 150 حصانًا على عمود إدارة الطاقة، يعني هذا أن خرج علبة تروس رأس القطع يجب أن يحافظ على قدرة تتراوح بين 90 و105 حصان (67 إلى 78 كيلوواط) بشكل مستمر عند سرعة دوران تتراوح بين 800 و1200 دورة في الدقيقة، مع ذروات لحظية تتراوح بين 200 و300% أثناء فترات نمو المحصول الكثيف أو حالات الانسداد الجزئي. يجب أن تكون أسنان تروس علبة التروس ومحاملها مصممة لتحمل ذروة الحمل، وليس المتوسط، لأن تلف الإجهاد يتراكم عند مستويات الإجهاد القصوى بغض النظر عن مدة حدوثها.

عند استخدام مدخل PTO بسرعة 540 دورة في الدقيقة، يتطلب الوصول إلى سرعة رأس القطع 1000 دورة في الدقيقة نسبة زيادة في السرعة تبلغ 1:1.85. أما عند استخدام مدخل PTO بسرعة 1000 دورة في الدقيقة، فتنخفض النسبة إلى 1:1، مما يُتيح إمكانية التوصيل المباشر أو شبه المباشر. وهذا أحد الأسباب التي تجعل حصادات الأعلاف الكبيرة من النوع المقطور تُفضل بشكل متزايد التشغيل عند 1000 دورة في الدقيقة باستخدام مدخل PTO، حيث تُقلل نسبة علبة التروس المنخفضة من الفاقد الداخلي، وتُولد حرارة أقل، وتُتيح تصميمًا أبسط وأكثر إحكامًا لعلبة التروس. بالنسبة للحصادات التي يجب أن تعمل بجرارات ذات سرعات 540 و1000 دورة في الدقيقة، توفر علبة تروس ثنائية السرعة مع نسبة قابلة للتحديد سرعة رأس القطع المناسبة من أي من معياري PTO.

تأثير دولاب الموازنة: كيف تحمي القصور الذاتي الدوراني علبة التروس

صُممت أسطوانة رأس القطع عمدًا على شكل دولاب موازنة ثقيل، يتراوح وزنه عادةً بين 150 و400 كيلوغرام من الفولاذ، مُركزًا على نصف قطر كبير. تُخزن هذه الكتلة طاقة حركية دورانية كبيرة: فرأس قطع يزن 250 كيلوغرامًا ويدور بسرعة 1000 دورة في الدقيقة يُخزن ما يقارب 35 كيلوجول من الطاقة، أي ما يُعادل الطاقة الحركية لمركبة وزنها طن واحد تسير بسرعة 30 كيلومترًا في الساعة. تُؤدي هذه الطاقة المُخزنة وظيفتين هندسيتين حاسمتين تُؤثران بشكل مباشر على تحميل علبة التروس وعمرها الافتراضي.

أولاً، تعمل دولاب الموازنة على تنعيم عزم الدوران الدوري الناتج عن عملية القطع. ينتج كل سكين من السكاكين الثمانية إلى الاثني عشر نبضة عزم دوران أثناء قصه لحصيدة المحصول - ارتفاع سريع من الصفر إلى ذروة عزم الدوران ثم العودة إلى الصفر في غضون بضعة أجزاء من الثانية. بدون قصور دولاب الموازنة، ستنتشر نبضات عزم الدوران هذه مباشرة عبر علبة تروس زراعية يُرسل دولاب الموازنة نبضات إلى مأخذ الطاقة في الجرار، مُولِّدًا حملاً نابضًا بتردد يتراوح بين 130 و240 هرتز (سرعة دوران رأس القطع × عدد الشفرات ÷ 60). يمتص دولاب الموازنة هذه النبضات عن طريق إطلاق جزء ضئيل من طاقته الحركية المُخزَّنة خلال كل عملية قطع، ثم يستعيد تلك الطاقة بين عمليات القطع من عزم الدوران الثابت الذي يُوفِّره صندوق التروس. والنتيجة هي طلب عزم دوران سلس وثابت تقريبًا على صندوق التروس، مما يحمي أسنان التروس والمحامل من التحميل الدوري عالي التردد الذي قد يُسبِّب تلفًا سريعًا بسبب الإجهاد.

ثانيًا، توفر دولاب الموازنة طاقة الصدم اللازمة لقطع أكوام المحاصيل الكثيفة والأجسام الغريبة الصغيرة دون توقف. فعندما تواجه رأس القطع حملاً زائدًا مؤقتًا (كتلة كثيفة من المحصول، أو غصن صغير)، يتباطأ دولاب الموازنة قليلاً، محولًا الطاقة الحركية إلى قوة قطع بمعدل يتجاوز الطاقة اللحظية المُقدمة من عمود إدارة الطاقة. ويشهد صندوق التروس زيادة معتدلة وتدريجية في عزم الدوران بدلاً من الصدمة العنيفة التي قد تحدث لو لم يكن لرأس القطع أي قصور ذاتي. هذا التأثير المُخفف لدولاب الموازنة هو السبب في أن صناديق تروس حصادات الأعلاف تشهد تحميلًا أكثر سلاسة مما قد توحي به قدرتها المُصنفة وحدها، حيث يقوم دولاب الموازنة بالعمل الشاق أثناء الأحداث العابرة، وليس صندوق التروس.

متطلبات محرك بكرة التغذية وعلبة تروس معالج الحبوب

تقوم مجموعة بكرات التغذية بضغط المحصول وتوزيعه على رأس الحصادة بمعدل مضبوط. تستخدم حصادة الأعلاف النموذجية من النوع المقطور من 4 إلى 6 بكرات فولاذية مرتبة في أزواج، مع بكرات علوية مزودة بنابض تتكيف مع سمك طبقة المحصول. تُدار البكرات من علبة التروس الرئيسية عبر سلسلة نقل الحركة أو علبة تروس ثانوية، مع آلية تغيير السرعة (مغير سرعة ميكانيكي، أو محرك هيدروليكي، أو محرك إلكتروني) تسمح للمشغل بضبط سرعة التغذية وبالتالي طول القطع من داخل كابينة الجرار أثناء التشغيل.

يتطلب محرك أسطوانة التغذية طاقة متوسطة (من 10 إلى 15 بالمائة من إجمالي مدخلات عمود إدارة الطاقة) ولكنه يجب أن يوفر تحكمًا دقيقًا في السرعة. يؤدي تغيير بنسبة 5 بالمائة في سرعة أسطوانة التغذية إلى تغيير بنسبة 5 بالمائة في طول التقطيع - ويؤثر طول التقطيع بشكل مباشر على ضغط السيلاج ومعدل التخمر وسلوك استهلاك الحيوانات. بالنسبة لسيلاج الذرة المخصص لأبقار الألبان، يجب الحفاظ على طول التقطيع الأمثل من 10 إلى 15 مم ضمن نطاق ±2 مم في ظل ظروف المحصول المختلفة (رطب مقابل جاف، سيقان رفيعة مقابل سيقان سميكة، محصول متساقط مقابل محصول قائم). تتطلب هذه الدقة محرك أسطوانة تغذية بأقل قدر من تغير السرعة تحت الحمل المتغير - مما يعني رد فعل عكسي منخفض في علبة التروس ومحركات السلسلة، وشد سلسلة ثابت، وآلية تحكم سريعة الاستجابة في السرعة. الشركات المصنعة مثل علبة تروس Ever-Power PTO نقدم تكوينات علبة تروس ذات رد فعل عكسي منخفض مصممة خصيصًا للتطبيقات التي تؤثر فيها دقة سرعة الإخراج بشكل مباشر على جودة المنتج.

تُعدّ آلة معالجة الحبوب (وتُسمى أيضًا آلة تكسير المحاصيل) زوجًا من الأسطوانات المسننة أو المخددة التي تدور في اتجاهين متعاكسين، وتقع بعد رأس القطع، وتعمل على تكسير كل حبة ذرة في المادة المقطعة. تمر الحبوب غير المكسورة عبر الجهاز الهضمي للحيوان سليمة، مما يُمثل خسارة مباشرة في كفاءة التغذية تتراوح بين 5 و15% من القيمة الطاقية للمحصول. تعمل أسطوانات المعالجة بفارق سرعة يتراوح بين 15 و30% (إحداها أسرع من الأخرى) لإحداث عملية قصّ تُكسّر الحبوب بين سطحي الأسطوانتين. يتطلب هذا الفارق في السرعة علبة تروس خاصة أو آلية دفع تفاضلية، إذ لا يُمكن تشغيل الأسطوانتين بنفس السرعة من مصدر واحد. يستهلك محرك المعالجة ما بين 10 و20% من إجمالي طاقة عمود إدارة الطاقة، ويجب أن تتحمل علبة التروس الخاصة به أحمال الصدمات عالية التردد المستمرة، حيث يتم تكسير آلاف الحبوب في الثانية الواحدة بين سطحي الأسطوانتين.

محرك النفخ والتسريع: إطلاق المواد المقطعة

بعد التقطيع والمعالجة، يُقذف السيلاج لأعلى عبر أنبوب تفريغ إلى عربة أو شاحنة، لمسافة رأسية تتراوح بين 3 و6 أمتار، وغالبًا ما تكون المسافة الأفقية بين 2 و5 أمتار. المنفاخ (أو المُسرِّع) عبارة عن عجلة مجدافية أو دافعة عالية السرعة تُسرِّع المادة المقطعة إلى السرعة اللازمة لتجاوز أنبوب التفريغ بالمسار المطلوب. تتراوح سرعات المنفاخ بين 1000 و1500 دورة في الدقيقة، وتصل سرعات أطراف المجداف إلى سرعات محيطية تتراوح بين 30 و50 مترًا في الثانية، وهي سرعة كافية لقذف المادة المقطعة الكثيفة والرطبة للمسافة المطلوبة مع مراعاة اختلاف محتوى رطوبة المحصول وظروف الرياح الجانبية.

عادةً ما يتم نقل حركة المنفاخ من عمود رأس القطع عبر سير أو سلسلة، بنسبة ثابتة لسرعة رأس القطع. تستخدم بعض الحصادات المتطورة منفاخًا منفصلاً مع إمكانية ضبط السرعة بشكل مستقل، مما يسمح للمشغل بزيادة سرعة المنفاخ (ومسافة القذف) دون تغيير سرعة رأس القطع، وهو أمر مفيد عند تحميل المقطورات ذات الجوانب العالية أو عند القذف صعودًا. يجب أن تتحمل علبة تروس المنفاخ (في حال استخدامها كوحدة منفصلة) سرعة الدوران العالية والضغط المستمر الناتج عن اصطدام المواد المقطعة بالمجاديف بسرعة عالية. يُعد تآكل المجاديف بسبب وجود مواد كاشطة في التربة (خاصةً مع العشب المقطوع مباشرةً أو المحاصيل التي تُحصد في ظروف رطبة مع تلوث التربة) مصدر القلق الرئيسي لصيانة مجموعة المنفاخ.

الحماية من الأجسام الغريبة: أجهزة الكشف عن المعادن ووسائل الحماية الميكانيكية

تبتلع حصادات الأعلاف كل ما يعترض طريقها، بما في ذلك الحجارة وأسلاك السياج والمسامير، وأحيانًا أجسام معدنية أكبر حجمًا تُسبب أضرارًا جسيمة لرأس القطع ومعالج الحبوب ومكونات علبة التروس اللاحقة. قد يلتف سلك سياج واحد يُسحب إلى رأس القطع حول الأسطوانة، ويعلق بين الشفرات وقضيب القص، ويُولد ارتفاعًا مفاجئًا في عزم الدوران يتجاوز قدرة التحمل. علبة تروس PTO تتضاعف القدرة المقدرة من 5 إلى 10 مرات في غضون أجزاء من الثانية. وبدون حماية، يؤدي هذا الحدث إلى تدمير أسنان التروس، وكسر الأعمدة، وقد يتسبب في تشقق غلاف علبة التروس.

تستخدم حصادات الأعلاف الحديثة استراتيجية حماية متعددة الطبقات. تكشف أجهزة الكشف الإلكترونية عن المعادن، المثبتة في مدخل التغذية، عن الأجسام المعدنية الحديدية وغير الحديدية قبل وصولها إلى رأس القطع، مما يؤدي إلى إيقاف بكرة التغذية تلقائيًا، وفي بعض الآلات، فصل نظام نقل الحركة. يوفر هذا النظام الإلكتروني خط الدفاع الأول ضد الأجسام الغريبة الأكثر ضررًا، ولكنه لا يستطيع الكشف عن الأحجار أو الخشب أو غيرها من المخاطر غير المعدنية. تتكون طبقة الحماية الميكانيكية من قابض انزلاقي عالي العزم على عمود نقل الحركة، يسمح بانزلاق ناقل الحركة أثناء حالات التحميل الزائد الشديد، مما يحمي علبة التروس من ارتفاعات العزم التي تتجاوز قدرتها القصوى المقدرة. لفهم شامل لكيفية انتشار حالات التحميل الزائد عبر سلاسل التروس وأنماط الأعطال الناتجة عنها، راجع دليلنا الهندسي حول علبة تروس لخلاطات الأعلاف، والتي تشترك في خصائص تحميل عزم الدوران العالي للخدمة المستمرة المماثلة.

توفر دولاب الموازنة في رأس القطع حماية ميكانيكية ثانوية. فعندما يعلق جسم غريب كبير في رأس القطع، يجب امتصاص الطاقة الحركية المخزنة في دولاب الموازنة بواسطة الجسم الغريب، أو نظام نقل الحركة، أو جهاز الحماية من الحمل الزائد. يجب أن يتم تفعيل قابض الانزلاق قبل انتقال طاقة دولاب الموازنة عبر علبة التروس - إذا تم ضبط عزم تفعيل القابض على قيمة عالية جدًا، فسيتم امتصاص طاقة دولاب الموازنة بالكامل (أكثر من 35 كيلوجول في الآلات الكبيرة) بواسطة أسنان التروس ومجاري مفاتيح العمود، مما يؤدي إلى نتائج مدمرة متوقعة. يُعد ضبط قابض الانزلاق بشكل صحيح - والذي يتم التحقق منه سنويًا وتعديله لمراعاة تآكل القرص - أهم إجراء صيانة لحماية رأس القطع. علبة تروس حصادة العلف من أضرار جسيمة ناجمة عن أجسام غريبة.

إدارة الحرارة في ظل ظروف التشغيل المستمر عالي الطاقة

تُنتج علبة تروس حصادة الأعلاف، التي تنقل طاقة تتراوح بين 100 و200 حصان بشكل مستمر لمدة تتراوح بين 10 و14 ساعة يوميًا، كمية كبيرة من الحرارة الداخلية. عند كفاءة تعشيق تبلغ 96%، تُبدد علبة تروس بقدرة 150 حصانًا ما يقارب 6 أحصنة (4.5 كيلوواط) على شكل حرارة في تعشيق التروس وأسطح المحامل، وهو ما يعادل تشغيل سخان كهربائي منزلي داخل حمام زيت سعته 3 لترات. وبدون نظام تبريد كافٍ، ترتفع درجة حرارة الزيت إلى مستويات تُقلل من لزوجته، وتُسرّع عملية الأكسدة، وتُقصّر عمر المحامل.

يجمع نهج إدارة الحرارة في علب تروس حصادات الأعلاف بين ثلاث استراتيجيات. يتم تعظيم حجم الزيت داخل غلاف العلبة - حيث يمتص خزان الزيت الأكبر كمية أكبر من الطاقة الحرارية قبل الوصول إلى درجة الحرارة الحرجة، مما يوفر وقتًا إضافيًا خلال فترات ذروة الحمل. تعمل زعانف التبريد الخارجية أو الأسطح المضلعة للغلاف على زيادة مساحة نقل الحرارة بالحمل. في الآلات ذات القدرة العالية (أكثر من 200 حصان مستمر)، يقوم مبرد زيت خارجي (مبادل حراري مبرد بالهواء) بتدوير الزيت الساخن من علبة التروس عبر مبرد يشبه الرادياتير مثبت في مجرى هواء الحصادة، ليعيد الزيت المبرد إلى حوض الزيت عند درجة حرارة مضبوطة. يُعد زيت التروس الاصطناعي عالي الضغط (زيت PAO ISO VG 220 أو ما يعادله) ضروريًا لتطبيقات حصادات الأعلاف - حيث يتجاوز الحمل الحراري للتشغيل المستمر استقرار الأكسدة للزيت المعدني في غضون أسابيع من التشغيل، ويفقد الزيت المعدني المتدهور فعاليته كمادة مضافة للضغط العالي تحديدًا عندما تكون علبة التروس في أمس الحاجة إليها.

استراتيجية صيانة علبة التروس لموسم السيلاج

فترة حصاد السيلاج قصيرة نسبيًا، وتتراوح عادةً بين أسبوعين وأربعة أسابيع لكل محصول (الحشائش في الربيع، والحشائش في الصيف، والذرة في الخريف). يجب أن يكون كل يوم من هذه الفترة مثمرًا، ويجب أن تتناسب صيانة علبة التروس مع فترات التوقف التشغيلية الطبيعية (التوقف الليلي، وتأخيرات الطقس) بدلًا من التسبب في توقفات إضافية.

ينبغي أن تشمل الاستعدادات قبل الموسم تغيير الزيت بالكامل في كل علبة تروس، وفحص معايرة قابض الانزلاق (قياس عزم التفعيل مقابل مواصفات الشركة المصنعة باستخدام مفتاح عزم الدوران على مدخل PTO)، والتحقق من شد سلسلة بكرة التغذية، و عمود نقل الحركة تشحيم وفحص تآكل الوصلات المفصلية. استبدل أي جزء يُظهر تآكلًا قد يتطور إلى تلف خلال الموسم، مثل محمل به ارتخاء ملحوظ، أو مانع تسرب به تلف واضح في الحافة، أو سلسلة بها حلقات متمددة، أو مسمار قص يُظهر ضعفًا ناتجًا عن التآكل. تكلفة الاستبدال قبل الموسم أقل دائمًا من تكلفة الإصلاح الطارئ في منتصف الموسم، والتي تشمل شحن قطع الغيار خلال ليلة واحدة، وأجور العمل الإضافي للمقاول، والتكلفة المتراكمة لانخفاض جودة العلف مع بقاء المحصول في الحقل بعد تاريخ حصاده الأمثل.

خلال الموسم، تقتصر الفحوصات اليومية على التحقق من مستوى الزيت، والفحص البصري للتسريبات، والاستماع لمدة 30 ثانية لأي تغيير في صوت علبة التروس خلال الدقائق الأولى من التشغيل كل يوم. أي ضوضاء جديدة (طحن، طقطقة، أزيز) تستدعي التحقيق في غضون 24 ساعة - فالتلف المتفاقم في المحامل أو التروس الذي يمكن اكتشافه بالصوت اليوم سيتحول إلى عطل كارثي في ​​غضون 20 إلى 50 ساعة تشغيل إذا تم تجاهله. علبة تروس زراعية تُعد علبة التروس الاحتياطية (من نفس طراز علبة التروس الرئيسية للحصادة، معبأة مسبقًا بالزيت ومخزنة وجاهزة للاستخدام) هي الضمان الأكثر فعالية ضد توقف العمل في منتصف الموسم - استبدال علبة التروس في 30 دقيقة مقابل دورة إصلاح وإعادة بناء تستغرق عدة أيام.

الأسئلة الشائعة

المحرر: Cxm