محرك القطع الأساسي: أعلى متطلبات علبة تروس PTO لعزم الدوران
تُعدّ قاعدة القطع نقطة التلامس الأولى والأكثر عنفًا بين الحصادة والمحصول القائم. يدور قرصان متقابلان الدوران - يحمل كل منهما من 3 إلى 5 شفرات ثقيلة - بسرعة تتراوح بين 400 و800 دورة في الدقيقة على مستوى الأرض، قاطعين كل ساق قصب ضمن عرض القطع للحصادة (عادةً من صف إلى صفين، بمسافة تتراوح بين 1.2 و1.5 متر بينهما). تتطلب كل ضربة شفرة قوة قطع تتراوح بين 500 و2000 نيوتن، اعتمادًا على قطر الساق وكثافة الألياف ومحتوى الرطوبة - وتواجه دورة واحدة للقرص من 8 إلى 15 ساقًا عند كثافات القصب النموذجية. يُولّد عزم القطع التراكمي بالإضافة إلى القصور الذاتي المركزي لمجموعات الشفرات الثقيلة طلبًا مستمرًا لعزم الدوران يستهلك من 40 إلى 60 بالمائة من الإجمالي. علبة تروس PTO الإنتاج أثناء الحصاد المستمر.
علبة تروس قاطع القاعدة عبارة عن وحدة مخروطية بزاوية قائمة تحول دوران مأخذ الطاقة الأفقي إلى دوران قرص رأسي على مستوى الأرض. تبلغ النسبة عادةً 1:1 عند استخدام مأخذ طاقة بسرعة 540 دورة في الدقيقة (مما ينتج عنه سرعة قرص 540 دورة في الدقيقة)، أو من 1:1 إلى 1:1.5 عند استخدام مأخذ طاقة بسرعة 1000 دورة في الدقيقة (مما ينتج عنه سرعة من 500 إلى 700 دورة في الدقيقة). على عكس التطبيقات عالية السرعة حيث يكمن التحدي في علبة التروس في إدارة الحرارة عند سرعات دوران عالية، فإن التحدي في قاطع القاعدة يكمن في عزم الدوران الخالص - يجب أن تنقل أسنان التروس حمل القطع الكامل بالإضافة إلى الصدمات الناتجة عن اصطدام الصخور دون حدوث تشققات إجهاد في جذر السن، ويجب أن تتحمل المحامل الحمل القطري المُركب من وزن القرص وقوة رد فعل القطع بالإضافة إلى الدفع المحوري من تعشيق التروس المخروطية الحلزونية. توفر التروس المخروطية الحلزونية المُعالجة بالكربنة السطحية، والتي تتراوح صلابة سطحها من 58 إلى 62 HRC وصلابة لبها من 32 إلى 38 HRC، مزيجًا من مقاومة تآكل السطح ومتانة اللب اللازمة لهذا النوع من الأحمال.
يتطلب نظام القرص المزدوج ذو الدوران المعاكس إما علبتي تروس منفصلتين (واحدة لكل قرص، تستقبل كل منهما الحركة من علبة التروس الرئيسية عبر سلسلة أو تروس) أو علبة تروس واحدة ذات مخرجين مع عمودين رأسيين يدوران في اتجاهين متعاكسين. يضمن تصميم المخرجين تطابق سرعات القرصين (وهو أمر بالغ الأهمية لفصل السيقان بشكل نظيف من القاعدة دون سحب أو تمزيق) ويبسط نظام محرك الحصادة، ولكن يجب أن يكون غلاف علبة التروس أكبر حجمًا وأكثر صلابة من وحدة المخرج الواحد لاستيعاب مجموعتي محامل المخرج وعزوم رد الفعل من كلا القرصين اللذين يعملان في وقت واحد. لمزيد من المعلومات حول كيفية تصميم أنظمة محركات الحصادات متعددة الوظائف لمعالجة المحاصيل الثقيلة، راجع دليلنا الفني حول علبة تروس الحصادة المركبة بنية محرك الأقراص.
آلية التغذية بالبكرة والتقطيع: متطلبات المحرك الثانوي
بعد أن تقطع قواطع القاعدة السيقان، يدخل المحصول إلى سلسلة من بكرات التغذية التي تمسك بالقصب وتوجهه وتنقله عبر جسم الحصادة إلى وحدة التقطيع. بكرات التغذية عبارة عن أسطوانات فولاذية ذات سطح خشن أو نتوءات ملحومة تمسك بالسيقان الليفية، والتي غالبًا ما تكون موحلة، وتسحبها عبر الآلة بمعدل مضبوط يتراوح بين 1.5 و 3 أمتار في الثانية. يتطلب كل زوج من البكرات المتعاكسة الدوران... علبة تروس حصادة قصب السكر الإخراج أو الإقلاع الذي يعمل بالسلسلة بسرعة 200 إلى 400 دورة في الدقيقة - وهي سرعة منخفضة نسبيًا ولكن بعزم دوران عالٍ جدًا، لأن البكرات يجب أن تمسك وتضغط سيقانًا كثيفة متعددة في وقت واحد ضد الاحتكاك الكبير والضغط العكسي من المفرمة الموجودة في اتجاه مجرى النهر.
تقوم مجموعة التقطيع في حصادة قصب السكر بتقطيع سيقان القصب المتدفقة باستمرار إلى قطع صغيرة (بطول يتراوح بين 200 و350 مم) تُرفع بعد ذلك إلى مركبة النقل. تعمل أسطوانات التقطيع - أسطوانتان تدوران في اتجاهين متعاكسين، تحمل كل منهما من 3 إلى 6 شفرات - بسرعة تتراوح بين 500 و800 دورة في الدقيقة، وتُولد أعلى حمل دوري في نظام قيادة الحصادة. تقطع كل شفرة ما بين 6 إلى 12 ضعف قطر الساق من الألياف الكثيفة في كل دورة، مما يُنتج نبضات عزم دوران تصل إلى 3 إلى 5 أضعاف متوسط عزم الدوران التشغيلي في كل عملية قطع. يجب أن يتحمل صندوق تروس التقطيع هذا الحمل النبضي المستمر دون أن يُصاب بإجهاد أسنان التروس الذي من شأنه أن يحد من عمره الافتراضي إلى جزء صغير من موسم حصاد قصب السكر الذي يتراوح بين 4 و6 أشهر.
يتطلب توزيع الطاقة بين هذه الوظائف الثانوية اختيارًا دقيقًا لحجم علبة التروس. قد توزع حصادة قصب السكر التي تعمل بنظام نقل الحركة (PTO) والمصنفة بقدرة إجمالية تبلغ 80 حصانًا هذه الطاقة تقريبًا على النحو التالي: قواطع القاعدة من 35 إلى 45 حصانًا (40 إلى 55 بالمائة)، بكرات التغذية من 15 إلى 20 حصانًا (18 إلى 25 بالمائة)، المفرمة من 15 إلى 20 حصانًا (18 إلى 25 بالمائة)، والمصعد من 5 إلى 8 أحصنة (6 إلى 10 بالمائة). يجب أن تكون علبة التروس الرئيسية مصممة لتحمل مجموع جميع الأحمال المتزامنة بالإضافة إلى هامش يتراوح بين 25 و30 بالمائة لذروات عزم الدوران الناتجة عن اندفاع سيقان القصب وحوادث اصطدام الصخور التي تحدث بشكل غير متوقع طوال ساعات التشغيل.
بيئة التشغيل الاستوائية: الحرارة، والعصير، والتغليف بالألياف
يُزرع قصب السكر حصريًا في المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية، حيث تتراوح درجات الحرارة المحيطة نهارًا خلال موسم الحصاد بين 28 و42 درجة مئوية، وهي أعلى بكثير من 15 إلى 25 درجة مئوية المعتادة خلال موسم الحصاد في المناطق المعتدلة التي تُزرع فيها الحبوب. يؤدي ارتفاع درجة الحرارة المحيطة إلى تقليل فرق درجة الحرارة المتاح لتبديد حرارة علبة التروس (إذ يتناسب انتقال الحرارة طرديًا مع فرق درجة الحرارة بين سطح العلبة والهواء المحيط)، مما يعني أن علبة التروس التي تعمل بشكل مريح عند 80 درجة مئوية في مناخ معتدل قد تصل درجة حرارتها إلى 100 أو 110 درجة مئوية في حقل قصب استوائي، وهو ما يتجاوز بكثير حد التشغيل الآمن لزيت التروس المعدني القياسي، ويقترب من عتبة التحلل الحراري حتى بالنسبة للمواد التشحيم الاصطناعية.
عصير قصب السكر عبارة عن محلول حمضي عضوي أكّال (درجة الحموضة من 5.0 إلى 5.5) يتناثر من كل ساق مقطوعة ويغطي آلة الحصاد بأكملها - بما في ذلك علبة تروس PTO تتراكم طبقة لزجة وحمضية على غلاف علبة التروس، وأختام العمود، والمثبتات الخارجية، مما يجذب الغبار ويعزز نمو الميكروبات ويبدأ التآكل على أي سطح غير محمي. يحتوي السائل أيضًا على سكريات مذابة تتكرمل على أغلفة علب التروس الساخنة (التي تعمل عند درجات حرارة تتراوح بين 70 و100 درجة مئوية أو أكثر)، مكونة قشرة صلبة عازلة تحبس الرطوبة على السطح المعدني وتمنع انتقال الحرارة بالحمل الحراري الذي يعتمد عليه الغلاف للتبريد. يلجأ المصنعون إلى مثل علبة تروس Ever-Power PTO حدد طلاء مسحوق الإيبوكسي بحد أدنى من سمك يتراوح من 80 إلى 120 ميكرومتر لصناديق التروس من فئة قصب السكر - وهو أكثر سمكًا من الطلاء القياسي الذي يتراوح من 40 إلى 60 ميكرومتر المستخدم لصناديق التروس الزراعية في المناخ المعتدل - لمقاومة الهجوم الكيميائي والحراري المشترك لعصير السكر على الجزء الخارجي من الهيكل.
يُعدّ التفاف الألياف خطرًا ميكانيكيًا خاصًا بحصاد المحاصيل الليفية. تنتقل ألياف قصب السكر السائبة ومخلفات الأوراق على طول الأعمدة الدوارة باتجاه علبة التروس، وتتراكم عند موضع مانع التسرب حتى تُولّد الكتلة الملتفة احتكاكًا كافيًا لارتفاع درجة حرارة حافة مانع التسرب وإتلافها، أو في الحالات الشديدة، لإيقاف العمود تمامًا. تعمل عواكس العمود (وهي واقيات مخروطية أو قرصية الشكل تُركّب على العمود مباشرةً خارج مانع التسرب) على اعتراض الألياف المتدفقة قبل وصولها إلى مانع التسرب، وتطردها بعيدًا عن العمود بفعل قوة الطرد المركزي. يجب تركيب عاكس ألياف على كل عمود دوار مكشوف في حصادة قصب السكر على بُعد 20 مم من سطح مانع التسرب، وهي إضافة غير مكلفة تمنع أكثر أنواع أعطال مانع التسرب شيوعًا في معدات حصاد قصب السكر.
محركات آلات التقليم وإزالة الأوراق: تحضير المحاصيل في المراحل الأولية
قبل أن تقطع قواطع القاعدة الساق، تُهيئ آليتان في مقدمة الآلة المحصول لحصاد نظيف. تقوم آلة القطع العلوية - وهي عبارة عن قرص دوار أو مجموعة شفرات مثبتة في مقدمة الآلة على ارتفاع قمة القصب (من مترين إلى أربعة أمتار فوق سطح الأرض) - بقطع الجزء الورقي النامي من كل ساق. يحتوي الجزء العلوي المقطوع على عُقد غير ناضجة ذات محتوى سكري منخفض، والتي من شأنها أن تُضعف جودة العصير إذا تم حصادها مع الساق الناضجة. يعمل قرص القطع العلوي بسرعة تتراوح بين 600 و1000 دورة في الدقيقة، ويتم تشغيله من علبة التروس الرئيسية عبر عمود رأسي طويل أو سير ناقل مخصص. يُعد استهلاك الطاقة متواضعًا (من 5 إلى 10 أحصنة) لأن الجزء العلوي طري وغني بالعصارة، ولكن عمود إدارة القطع العلوي هو أطول عمود دوار غير مدعوم في الآلة - يصل طوله إلى 3 أو 4 أمتار - ويجب موازنته ديناميكيًا لتجنب الاهتزازات عند سرعة التشغيل.
تقوم آلة إزالة الأوراق (وتُسمى أيضًا آلة فصل الأوراق أو آلة تجريد المخلفات) بإزالة مخلفات الأوراق الجافة من السيقان القائمة قبل وصولها إلى بكرات التغذية. تستخدم مجموعات آلة إزالة الأوراق أصابع مطاطية دوارة، أو حلقات سلكية دوارة، أو وسادات مطاطية متذبذبة، تعمل على فصل الأوراق الجافة عن طريق الاحتكاك مع الحفاظ على الساق سليمة. تتراوح سرعة دوران آلة إزالة الأوراق عادةً بين 300 و600 دورة في الدقيقة - وهي سرعة مماثلة لسرعة بكرات التغذية - ويكون عزم الدوران المطلوب متوسطًا ولكنه متغير للغاية اعتمادًا على حالة المحصول: حيث تُزال المخلفات الجافة والفضفاضة بسهولة، بينما تلتصق الأوراق الخضراء أو المبللة بالمطر بالساق وتتطلب قوة فصل أكبر بكثير. يُؤدي هذا التباين إلى تقلبات في الحمل عند علبة تروس حصادة قصب السكر مخرجات تزيد من الحمل الدوري الناتج عن قواطع القاعدة والمفرمة - مما يضيف بعدًا آخر إلى ملف تعريف عزم الدوران المعقد بالفعل والذي يجب أن تستوعبه علبة التروس دون حدوث تلف في المحامل أو إجهاد أسنان التروس.
حماية من الحمل الزائد لقواطع القاعدة الأرضية
تعمل قواطع القاعدة على سطح التربة، وهو الموضع الأكثر تعرضًا للصدمات في أي آلة حصاد. تقع الصخور وكتل التربة المتصلبة ووصلات الري المدفونة وجذور النباتات في مسار القطع، مما يُولّد ارتفاعات مفاجئة في عزم الدوران قد تتجاوز قدرة علبة التروس المقدرة من 5 إلى 10 أضعاف في غضون أجزاء من الثانية. يُعد قابض الانزلاق في عمود إدارة الطاقة آلية الحماية الأساسية، ولكن يجب تعزيزه بمسامير قص فردية أو أجهزة توصيل زنبركية على كل قرص من أقراص قاطع القاعدة لمنع انتقال أي صدمة عبر نظام القيادة بأكمله.
يُعدّ الحديد المطاوع (حديد الزهر، من الدرجة EN-GJS-400-15 أو ما يعادلها) الحد الأدنى من مواصفات مواد غلاف علب تروس آلات قطع قصب السكر. أما حديد الزهر الرمادي القياسي (EN-GJL-250)، وهو مناسب للتطبيقات في الحقول النظيفة حيث يكون الحمل الصدمي متوسطًا، فيتعرض للكسر تحت وطأة الأحمال الصدمية الشديدة التي تُصاحب تشغيل آلات قطع قصب السكر - إذ يؤدي حدوث شرخ في جدار الغلاف إلى فقدان كامل للزيت، وتلف المحامل، وإصلاح يستغرق عدة أيام بتكلفة تفوق بكثير فرق السعر بين أغلفة حديد الزهر الرمادي وحديد الزهر المطاوع. يُوصي بعض المصنّعين باستخدام أغلفة فولاذية ملحومة للتطبيقات الأكثر قسوة (التربة البركانية الصخرية في هاواي وإندونيسيا والفلبين)، مُضحّين بميزة التوصيل الحراري لحديد الزهر لصالح متانة الصدمات الفائقة للفولاذ الإنشائي.
صيانة المحاصيل خلال موسم الحصاد في الظروف الاستوائية
يمتد موسم حصاد قصب السكر من 4 إلى 6 أشهر في معظم المناطق المنتجة - وهي واحدة من أطول فترات الاستخدام المتواصل لأي نوع من المحاصيل. علبة تروس زراعية التطبيق. بمعدل 10 إلى 14 ساعة في اليوم، تراكم علبة التروس من 1200 إلى 2500 ساعة تشغيل في موسم واحد - مما يتطلب نفس مستوى تخطيط الصيانة مثل تركيب علبة تروس صناعية تعمل على مدار السنة.
يجب أن تتراوح فترات تغيير الزيت بين 200 و300 ساعة لزيت التروس الاصطناعي، وبين 100 و150 ساعة للزيت المعدني، مع إمكانية تقصير هذه الفترة إذا ظهرت على الزيت علامات مرئية للتدهور الحراري (تغميق اللون) أو تلوثه بالماء (مظهر حليبي نتيجة التكثف في الرطوبة الاستوائية). يُنصح بتصريف الزيت الدافئ في نهاية كل يوم عمل عند حلول موعد تغيير الزيت، حيث أن الزيت الدافئ يُخرج الملوثات العالقة من الهيكل بكفاءة أكبر من الزيت البارد الذي سمح للجسيمات بالترسب على الأسطح الداخلية. يوفر زيت التروس الاصطناعي ISO VG 320 (أثقل بدرجة واحدة من VG 220 المستخدم في المناخات المعتدلة) اللزوجة العالية اللازمة للحفاظ على سماكة طبقة الزيت المناسبة عند درجات حرارة التشغيل المرتفعة أثناء حصاد قصب السكر الاستوائي.
عمود نقل الحركة تتطلب صيانة حصادات قصب السكر تشحيمًا يوميًا للمفاصل الكروية وأنابيب التروس، إذ يُسرّع وجود عصير قصب السكر والألياف من تآكل مكونات نظام نقل الحركة وتصلبها بشكل أسرع بكثير من التشغيل في بيئة نظيفة. يجب فحص معايرة قابض الانزلاق أسبوعيًا (قد تتسبب الحرارة الاستوائية في تلميع مادة احتكاك القابض، مما يزيد من عزم التشغيل فوق عتبة الحماية المحددة)، وفحص عواكس الألياف على جميع الأعمدة الدوارة المكشوفة للتأكد من عدم تراكم أي مواد. يجب إزالة أي تراكم للألياف فورًا، إذ لا يمكن للعاكس المحمّل بالفعل بألياف ملفوفة أن يمنع وصول المزيد من الألياف إلى مانع التسرب.
الأسئلة الشائعة
اجتاز موسم قصب السكر بقوة
بدءًا من علب تروس القطع الأساسية المصممة لتحمل الصدمات الأرضية، وصولًا إلى محركات التقطيع المصممة لمعالجة القوالب بشكل مستمر، توفر علب التروس الخاصة بنا والمصممة للعمل في المناطق الاستوائية عزم الدوران، ومقاومة التآكل، والسعة الحرارية اللازمة لحصاد قصب السكر. وتشمل جميع الوحدات المصممة للعمل مع قصب السكر، بشكل قياسي، هياكل من الحديد المطاوع، وأختام من مادة FKM، وترتيبات محامل شديدة التحمل.
المحرر: Cxm
