Скоростна кутия на пръскачка с въздушно струене: Задвижване на вентилатор за овощна пулверизатор

Проникване през короната: Защо въздушният поток е важен при пръскане на овощни градини

Зряло ябълково дърво заема обем на короната от 200 до 600 кубически метра - гъсто, триизмерно разпределение на листа и плодове, разпръснати по клони, които варират от 15 метра един от друг (външен диаметър на короната) до нулево разстояние (вътрешни клонови струпвания). Конвенционалните пръскачки с щанги доставят течност през независими дюзи с ниска скорост (0,5 до 2 м/с на върха на дюзата), следвайки балистични траектории, които се пресичат от външните листа на короната в рамките на 1 до 2 метра от пръскачката. Дълбоката вътрешна област на короната - където се намират 60 до 80 процента от общата повърхност на плодовете - изобщо не получава пръски при стандартна работа на щангите. Усъвършенствана... скоростна кутия с въздушно дуване на силоотводния вал решава това чрез задвижване на високоскоростен центробежен вентилатор, който генерира скорости на въздушния поток от 15 до 30 m/s при изхода на вентилатора - достатъчно бързо, за да пренесе частиците от пръсканата мъгла през цялата дълбочина на короната и да отложи течността върху всички листни и плодови повърхности, независимо от тяхното положение в обема на дървото.

Принципът на въздушното струене изисква два отделни изхода от пръскащото оборудване: първичния въздушен поток, генериран от високоскоростния вентилатор, и течната струя, въведена в този въздушен поток в точка, където се осъществява максимално разпръскване и пренос на мъгла. Помпата за пръскане (обикновено центробежна, идентична със стандартна помпа за пръскачка, работеща с 2500 до 3500 оборота в минута) инжектира течност с дебит от 1 до 3 литра в минута в изпускателния отвор на главния вентилатор, където високоскоростният въздух разпръсква течността на капчици с диаметър от 100 до 150 микрометра. Този целеви размер на мъглата – много по-фин от капчиците от 200 до 400 микрометра от конвенционалните пръскачки – прониква по-ефективно в короната на листата и се отлага върху вътрешните повърхности на листата, които са по-малки и по-дълбоко разположени от големите външни листа, които улавят пръските от щангите.

Високоскоростно задвижване на вентилатора: От ВОМ до скорост на въздуха в купола

Скоростта на въздуха при изхода на вентилатора е пряка функция на скоростта на въртене на вентилатора (като се пренебрегнат загубите надолу по течението в канала): скоростта на въртене на вентилатора е приблизително равна на скоростта на въздуха, разделена на радиуса на лопатката на вентилатора. Центробежен вентилатор с ротор с диаметър 200 милиметра, работещ с 6000 оборота в минута, произвежда скорост на въздуха от приблизително 20 метра в секунда (изчисление: 6000 об/мин × 0,2 м радиус ÷ 60 с/мин = 20 м/с). По-високата скорост води до по-висока скорост (закон за афинитет: скоростта е пропорционална на скоростта), което позволява на опитния оператор да регулира дълбочината на проникване на короната на кухината, като активно контролира скоростта на вентилатора чрез регулируемата система за управление на скоростта на ВОМ на трактора или чрез трансмисия с променливо предавателно число, вградена в самата скоростна кутия. От ВОМ с 540 об/мин, постигането на скорост на вентилатора от 6000 об/мин изисква съотношение на увеличаване на скоростта 1:11,1 - далеч отвъд възможностите на едностепенния вентилатор и изисква значително... скоростна кутия за пръскачка с въздушно струене с две или три степени на предавка за разпределение на общото предавателно число.

Най-често срещаната конфигурация е двустепенна конструкция с входен етап с десен скос, осигуряващ увеличение на скоростта от 1:3 до 1:3,5, последван от изходен етап с паралелен вал и спираловидна предавка, осигуряващ допълнително умножение от 1:3 до 1:3,8 - което води до комбинирани предавателни числа от 1:9 до 1:13,3. Тази конструкция концентрира зъбното зацепване с най-висока скорост (спиралния изходен етап) в компактно разположение и позволява на двата етапа да работят в рамките на своите ефективни диапазони на скорост и въртящ момент. Алтернативно, някои производители на първокласно оборудване използват двустепенна скоростна кутия с паралелен вал и спираловидна предавка (каскаден дизайн) без десен скос, което жертва насочената гъвкавост на входа, базиран на скосяване (принуждавайки карданния вал да пристига хоризонтално), но постига механична простота и малко по-висока ефективност чрез елиминиране на загубата в зацепването на скосяването.

От ВОМ с 1000 об/мин, необходимото съотношение пада до 1:6 до 1:8 — все още над възможностите за едностепенно скосяване (максимум 1:5 до 1:6), но постижимо с по-опростен двустепенен дизайн. Производители като Скоростна кутия Ever-Power PTO все по-често предлагат конструкции на скоростни кутии с въздушно обдухване, специфични за 1000 об/мин, за да обслужват сегмента на премиум оборудването, където оборудването с по-висока скорост на ВОМ е стандартно. Скромното намаляване на общите изисквания за предавателно число се изразява директно в по-малък обхват на скоростната кутия, по-ниска цена и по-висока ефективност - ценни предимства в компактните райони за отглеждане на плодове, където е концентрирано високоспециализирано оборудване за въздушно обдухване.

Управление с променлива скорост: Съобразяване на въздушния поток с условията на сенника

Проникването и отлагането на въздушно-струйната струя зависи критично от баланса между скоростта на въздуха и дебита на течността. При работа при много висока скорост на въздуха (вентилатор с над 8000 оборота в минута, скорост на въздуха 25+ метра в секунда) с нисък дебит на течността, мъглата е свръхфино атомизирана, но може да се носи по вятъра, преди да се утаи върху целевите повърхности - особено проблематично във ветровити дни или в открити овощни градини с лоша защита от вятър. За разлика от това, при по-ниска скорост на въздуха (вентилатор с 4000 оборота в минута, скорост на въздуха 12 метра в секунда) с по-висок дебит на течността, капчиците са по-големи и се утаяват по-лесно, но въздушният поток няма проникване, за да пренесе мъглата дълбоко в гъстите корони на дърветата. Оптималната работна точка варира в зависимост от вида на културата (гъста спрямо отворена корона), размера на дървото (ниско спрямо пълноразмерно) и метеорологичните условия (скорост на вятъра, влажност, температура).

Следователно, усъвършенстваните пръскачки с въздушно струене включват трансмисия с променлива скорост или съединител, които позволяват на оператора да регулира скоростта на вентилатора непрекъснато между 4000 и 8000 об/мин, без да променя скоростта на основната помпа за пръскане. В съвременното оборудване за въздушно струя това се постига или чрез усъвършенствана вторична трансмисия с променлива скорост, монтирана между изхода на основната скоростна кутия и задвижването на вентилатора, или чрез скоростна кутия с множество предавателни числа с избираеми позиции на предавките, които осигуряват фиксирани дискретни скорости (обикновено от три до пет стъпки на скорост от минимум до максимум). Най-простият и практичен подход - и най-често прилаганият при оборудване, използвано от дребни производители - е регулируемият контрол на скоростта на ВОМ чрез регулатора на двигателя на трактора, който позволява скоростта на вентилатора да се настройва ефективно, за да съответства на полевите условия, докато основната помпа за пръскане получава захранване чрез отделна независима задвижваща верига.

The скоростна кутия за пръскачка с въздушно струене Самата скоростна кутия трябва да бъде проектирана да работи във всяка точка от своя диапазон на скорости без термично или механично увреждане. Това е по-строго изискване от скоростната кутия на помпа с фиксирана скорост, тъй като конструкцията на лагерите и зъбните колела трябва да отговаря както на условията на работа с пълна мощност при максимална скорост, така и на условията на частично натоварване при минимална скорост, без да се допуска прекомерен спад на предварителното натоварване на лагерите или изместване на топлинната работа извън приемливите граници. Високоскоростните спирални зъбни колела генерират по-голяма загуба на ефективност (и следователно повече топлина) при частични скорости, отколкото при пълна скорост, ако конструкцията на скоростната кутия не компенсира тази характеристика.

Аеродинамичен дизайн на вентилатора и контрол на шума

Самият вентилатор не е част от скоростната кутия (скоростната кутия осигурява само въртящ се вход към вентилатора), но скоростта на изхода на скоростната кутия и характеристиките на въртящия момент на подаване оказват силно влияние върху работната точка на вентилатора върху кривата на вентилатора върху неговата аеродинамична крива. Центробежният вентилатор има сложна аеродинамична връзка между скорост, дебит и налягане – отдалечаването от проектната точка на вентилатора (скоростта и противоналягането, при които е оптимизиран) води до нестабилност на модела на въздушния поток, което води до пулсиращо изпускане, шум и загуба на качество на пулверизиране.

Висококачествена скоростна кутия, която осигурява плавна и стабилна изходна скорост при всички работни условия и натоварвания, позволява на вентилатора да остане постоянно близо до проектната си работна точка. Обратно, конструкция на скоростна кутия със значителни вариации на скоростта (повече от ±3 процента при променящи се условия на натоварване) кара вентилатора да осцилира около проектната си точка, произвеждайки звукова пулсация (подобна на хеликоптер), която показва, че вентилаторът търси стабилна работа. Тази характерна пулсираща работа активно намалява качеството на разпръскване, увеличава шумовото смущение за близките жители (значителен проблем в райони с интензивно овощарство, където овощните градини са в непосредствена близост до жилищни зони) и може да ускори износването на лагерите и лопатките на вентилатора чрез цикличното натоварване, свързано с работата извън проектните норми.

Нивото на звуково налягане, измерено на 1 метър от правилно настроена пръскачка с въздушно струене, обикновено е от 85 до 92 децибела по крива А — силно, но в диапазона, който операторите могат да понесат със защита за слуха за 2 до 4 часа на ден, през които това оборудване обикновено работи по време на краткия сезон на паниране на плодове. Скоростна кутия, изпитваща колебания на скоростта, може да увеличи това ниво на шум с 3 до 5 dB(A) — субективно удвояване на възприеманата сила на звука, което прави работата неприятна и потенциално опасна. Синтетичното трансмисионно масло (на базата на PAO ISO VG 220) и спиралните зъбни колела с високо контактно съотношение и нисък луфт са конструктивните характеристики на скоростната кутия, които минимизират пулсациите на скоростта и шума при високоскоростните задвижвания с въздушно струене.

Термично управление при висока скорост на въртене

Електрическата мощност, разсейвана като отпадна топлина в скоростната кутия, е право пропорционална на входящия въртящ момент и обратно пропорционална на ефективността на скоростната кутия. Високоскоростна скоростна кутия, предаваща 30 к.с. с обща ефективност от 92 процента, разсейва непрекъснато 30 × 0,08 ÷ 0,92 = 2,6 kW топлина. Тази топлина трябва да се отвежда през повърхността на корпуса на скоростната кутия, за да се предотврати повишаване на температурата на маслото над максималната безопасна работна температура (обикновено от 95 до 110 градуса по Целзий за минерално редукторно масло, от 105 до 120 градуса за синтетично PAO масло). Площта на повърхността, достъпна за отвеждане на топлина от компактна високоскоростна скоростна кутия, е ограничена - корпус на скоростната кутия, който заема само 0,5 кубически метра обем, има максимална площ на повърхността от приблизително 6 квадратни метра. При тропически температури на околната среда от 35 до 40 градуса по Целзий, температурната разлика, достъпна за конвективен топлопренос, е само от 55 до 75 градуса по Целзий, а коефициентът на конвективен топлопренос от естествена конвекция е само от 5 до 10 W/(m²·K). При тези условия, естественото конвекционно охлаждане е недостатъчно за поддържане на безопасна температура на маслото без допълнително принудително охлаждане.

Повечето търговски въздушно-струйни селскостопанска скоростна кутия Следователно пръскачките включват маслен охладител - или алуминиев охладител с вентилаторно охлаждане, или течно охлаждан агрегат, който обменя топлина с охладителната верига на двигателя на трактора. Охладителят трябва да е оразмерен за пълното разсейване на мощността на скоростната кутия при най-лошия случай на горещ ден. Скоростна кутия с въздушно струене с мощност 30 к.с., работеща при околна температура от 40 градуса и разсейваща 2,6 kW, изисква охладител с мощност най-малко 3 kW, за да поддържа безопасна работна температура с резерв за замърсяване и влошаване на ефективността през сезона. Недооразмерените или неправилно специфицирани охладители са добре документирана основна причина за термични повреди на скоростната кутия и катастрофални повреди в търговското оборудване за въздушно струене, което води до окисляване на маслото, повреждане на лагерите и преждевременна повреда на зъбите на зъбните колела.

Сезонна поддръжка и съхранение извън сезона

Пръскачките с въздушно струене имат рязко сезонни модели на употреба — обикновено от 30 до 100 работни часа, концентрирани в рамките на 6 до 12 седмици, когато плодовете са в критичния етап на растеж, който определя крайния размер и пазарната стойност. Характерните дълги периоди на престой между активните сезони на пръскане представляват уникални и взискателни предизвикателства за поддръжка. По време на съхранение скоростната кутия претърпява термични цикли, които извличат влага в корпуса през вентилационния отвор, а всяко излагане на дъжд или висока влажност може да насити въздуха, задържан вътре в корпуса. Тази влага се натрупва в най-ниската точка на корпуса (дъното на картера), където инициира корозионни точковидни образувания по повърхностите на зъбните колела и лагерите. Корозионните точковидни образувания действат като точки на концентрация на напрежение, където пукнатините от умора на лагерите започват по-рано, отколкото биха се образували в материал без точковидни образувания.

Предсезонната подготовка трябва да включва смяна на маслото с прясно синтетично PAO трансмисионно масло, визуална проверка на всички лагери за обезцветяване или корозия и цялостно почистване на масления охладител, за да се отстрани натрупаният прах или отломки. По време на работния сезон следете ежедневно въздушния поток на охладителя – листа, плодов прах и капки от друго близко оборудване за пръскане се натрупват върху ребрата на охладителя и прогресивно намаляват ефективността на охлаждането. Ако температурата на маслото се покачи над 100 градуса по Целзий при нормални работни условия, охладителят се нуждае от почистване, преди да продължи работата. Ежедневна проверка на Карданен вал Гресирането на карданните шарнири е от съществено значение — продължителната работа с висока скорост генерира значително повече топлина от триене и износване в лагерите на карданните шарнири, отколкото нискоскоростните селскостопански машини, което ускорява износването на лагерите, ако греста не се поддържа на прясно, защитно ниво. Доставчиците на оборудване, специализирани в технологията на скоростните кутии, определят по-тежки конструкции на карданни шарнири (Серия 6 или по-висок номинален въртящ момент) за приложения с въздушно обдухване, за да удължат експлоатационния живот на задвижващата система във високоскоростна работна среда.

Често задавани въпроси

Редактор: Cxm