Скоростна кутия за памукобрани: Инженеринг на задвижването на шпиндела и оголвача

Взимане на остатъци от шпиндел срещу събиране на остатъци от стрипер: Два профила на скоростната кутия

Събирането на памук използва два фундаментално различни механизма, всеки с отличителни черти. Скоростна кутия на ВОМ изисквания. Брането с вретено е първокласният метод — въртящи се вретена с бодли влизат във всяка отворена семка, увиват влакната от мъх около вала на вретеното и извличат памука от семена, без да отстраняват неотворени семки, стъбла на растенията или листни отпадъци. Това селективно събиране запазва качеството на мъха (клас и дължина на телчетата) и позволява на растението да продължи да произвежда семки, които могат да бъдат събрани при второ или трето преминаване. Скоростната кутия, задвижваща вретенен берач, трябва да разпределя мощността към 12 до 18 отделни вретена на редова секция при прецизно съобразени скорости от 3000 до 5000 об/мин — всяко несъответствие в скоростта между съседни вретена води до неравномерно бране, което оставя мъх в някои семки, докато други се преобират.

Събирането с машини за отстраняване на остриета е алтернативният метод, използван предимно при сортове памук с къси влакна и в региони, където разходите за труд благоприятстват еднопроходното машинно събиране пред многопроходното селективно бране. Валците за отстраняване или пръстовите механизми се въртят със скорост от 600 до 1200 оборота в минута, като отделят цялата семка (отворена и неотворена) плюс различни количества стъблен и листен материал от растението. Събраният материал съдържа от 30 до 50 процента отпадъци (в сравнение с 5 до 15 процента за бране с вретено), което изисква по-интензивно омагьосване надолу по веригата, за да се отделят мъховете от растителните остатъци. Машините за отстраняване на остриета, задвижвани от ВОМ, са доминиращият метод за събиране на остриета в по-дребномащабното производство на памук в Турция, Пакистан, Индия, Узбекистан и части от Американските южни равнини, представляващи значителен пазар за доставка на резервни части за скоростни кутии, тъй като тези машини работят със стандартно задвижване с ВОМ на трактора, а не със специализираните самоходни платформи, използвани при бране с вретено в голям мащаб.

Архитектура на задвижването на шпиндела: Прецизно разпределение на скоростта

Скоростната кутия на шпинделното задвижване на памукобрана преобразува входния сигнал от ВОМ в множество високоскоростни изходи чрез каскада от двойки конусни зъбни колела — всяко шпиндел се задвижва от собствено малко конусно зъбно колело, зацепващо се с общ задвижващ вал, който преминава по дължината на устройството за бране на памук. Централната скоростна кутия за берачка на памук получава мощност от ВОМ (обикновено чрез увеличаване на скоростта от 540 об/мин до 1500 до 2000 об/мин на главния задвижващ вал) и този главен задвижващ вал разпределя мощността към всяко отделно конусно зъбно колело на шпиндела при необходимата крайна скорост на шпиндела от 3000 до 5000 об/мин чрез второ умножение на съотношението 1:2 до 1:2,5 на всяка позиция на шпиндела.

Равномерността на скоростта във всички шпиндели е критичен параметър за качество. Ако едно вретено работи с 5% по-бързо от съседните си, то увива повече мъх на оборот и произвежда по-плътен, по-плътно усукан сноп влакна - който джин машината не може да обработи при същите настройки като по-хлабавите снопове от по-бавните шпиндели, което води до увреждане на влакната по време на джинджифила и намалено качество на мъха. Следователно зъбната предавка от централната скоростна кутия до всяко вретено трябва да поддържа равномерност на скоростта в рамките на ±2% във всички позиции на шпиндела - спецификация, която изисква постоянно качество на зъбните колела (минимум AGMA 10 за всички отделни двойки скосявания), контролирано предварително натоварване на лагерите и адекватно смазване във всяка точка на зацепване в каскадата. За по-широка перспектива относно това как скоростните кутии на комбайните с множество изходи разпределят мощността към множество механизми, вижте нашето инженерно ръководство на скоростна кутия на комбайн задвижващи системи.

Механизмът за сваляне на памук – противоположно въртящи се гумени подложки, които отделят обран памук от шпинделите – работи със 1000 до 2000 оборота в минута и трябва да бъде прецизно синхронизиран със скоростта на шпиндела. Снимач, който се движи твърде бавно спрямо шпиндела, позволява на памука да се натрупва върху шпиндела между отделните отделяния, което води до сплъстен мъх, който блокира механизма за бране. Снимач, който се движи твърде бързо, отделя памука преждевременно, преди шпинделът да е извлякъл напълно мъха от семката – което намалява ефективността на бране и оставя памук, годен за оцеляване, на полето. Производители като Ever-Power PTO Gearbox предлагат съчетани комплекти зъбни колела шпиндел-снимач с фабрично проверена синхронизация на скоростта, което елиминира метода проба-грешка при сглобяване на отделни двойки зъбни колела от различни производствени партиди.

Предотвратяване на пожари: Неподлежащо на договаряне изискване за проектиране на скоростна кутия

Памучните влакна се запалват при приблизително 210 градуса по Целзий - температура, която повреден лагер, плъзгащ се съединител или сухо уплътнение на вала могат да достигнат в рамките на минути, ако повредата остане незабелязана. Пожар в скоростната кутия на памукобрана не просто унищожава скоростната кутия: той запалва пълния с влакна механизъм за бране, разпространява се до коша, съдържащ от 1 до 3 тона реколтиран памук, и може да се разпространи до околната реколта от памук в рамките на секунди. Един пожар в памукобрана може да унищожи от 20 до 100 хектара реколта и машината за прибиране на реколтата - обща загуба, измервана в стотици хиляди долари. Предотвратяването на пожари при проектирането на скоростната кутия на памукобраната не е допълнително подобрение; това е най-важното инженерно изискване.

Основните мерки за предотвратяване на пожари в скоростна кутия за берачка на памук Инженерните решения са елиминиране на външни горещи повърхности (никоя открита повърхност на корпуса не трябва да надвишава 150 градуса по Целзий при никакви работни условия, поддържайки 60-градусов марж на безопасност под температурата на запалване на мъховете), елиминиране на източници на запалване, генерирани от триене (уплътнения на вала, които не могат да генерират достатъчно триене, за да достигнат температура на запалване дори при условия на работа на сухо) и елиминиране на точките на натрупване на мъхове, където компресираните мъхове биха могли да достигнат температура на самозапалване чрез натрупване на топлина, предизвикано от изолацията. Гладките, заоблени повърхности на корпуса без пукнатини, джобове или плоски издатини предотвратяват натрупването на мъхове върху корпуса. Дефлекторите на вала (подобни на тези, използвани в оборудване за захарна тръстика) изхвърлят свободните мъхове далеч от въртящите се валове, преди те да могат да се увият и да генерират топлина от триене върху повърхността на уплътнението.

Мониторингът на температурата на лагерите е все по-стандартен при скоростните кутии на първокласните машини за събиране на памук. Простите биметални температурни индикатори (етикети с променящ се цвят, които променят цвета си трайно, когато достигнат прагова температура), поставени върху повърхността на корпуса над всяка позиция на лагера, осигуряват визуално предупреждение, че лагерът е прегрял, което позволява на оператора да изключи двигателя и да провери състоянието му, преди температурата на лагера да достигне прага на запалване на мъх. По-сложните системи използват термодвойни сензори с дисплеи, монтирани на таблото, които осигуряват непрекъснато отчитане на температурата на лагерите в реално време по време на работа.

Пневматично задвижване на вентилатора: Преместване на памук през машината

След като шпинделите или стригащите ролки извлекат памука от растението, ожънатият материал трябва да бъде транспортиран от механизма за бране до коша за съхранение в задната част на машината. Пневматичното транспортиране - използване на високоскоростен центробежен вентилатор за създаване на въздушен поток, който пренася памука през затворени канали - е стандартният метод за транспортиране, защото обработва пухкавата памучна маса с неправилна форма без запушване и образуване на мостове, които биха се получили в механичен конвейер. Пневматичният вентилатор работи с 2000 до 4000 оборота в минута, което изисква съотношение на увеличаване на скоростта от 1:3,7 до 1:7,4 от ВОМ с 540 оборота в минута - подобен диапазон на съотношението на задвижването на вентилатора на сеялката, обсъден в по-ранните ни статии, но с добавеното инженерно предизвикателство от работа в среда, наситена с мъх, където всяко триене на лагерите или топлина от уплътненията представлява риск от пожар.

Пневматичният Скоростна кутия на ВОМ Задвижването на вентилатора на машина за събиране на памук трябва да отговаря на същите стандарти за противопожарна безопасност като задвижването на шпиндела: външна повърхност, която не надвишава 150 градуса по Целзий, лабиринтни предварителни уплътнения на всички изходни точки на вала и гладки повърхности на корпуса, които предотвратяват натрупването на мъх. Скоростта на въздуха в транспортния канал (обикновено от 15 до 25 м/с) трябва да е достатъчна, за да окачи и транспортира памука от семена, без да му позволи да се утаи в канала - утаената памучна маса в топъл канал представлява опасност от пожар, която може да тлее незабелязано в продължение на минути, преди да произведе видим пламък. Следователно стабилността на скоростта на вентилатора е пряк фактор за пожарната безопасност, както и за ефективността на прибирането на реколтата: вентилатор, който пада под минималната си скорост на транспортиране, позволява на памука да се натрупва в канала, докато вентилатор, който се движи над проектната си скорост, генерира прекомерна турбуленция, която уврежда качеството на мъха, като заплита влакната.

Консумацията на енергия за пневматичната транспортна система добавя 10 до 20 конски сили към общото изискване за ВОМ - значителна част от общото натоварване на скоростната кутия при по-малки машини за отстраняване на отпадъци, задвижвани от ВОМ, където общата налична мощност на ВОМ може да бъде само 40 до 60 конски сили. Ефективно селскостопанска скоростна кутия Дизайнът на етапа на задвижване на вентилатора директно намалява паразитната мощност, консумирана от конвейерната система, оставяйки повече мощност на разположение за основния механизъм за вземане или отстраняване. Двустепенните конфигурации на скоростната кутия (скосен вход плюс спирален изход) постигат обща ефективност от 91 до 95 процента, което означава, че само 5 до 9 процента от мощността на задвижването на вентилатора се губи като топлина в скоростната кутия – топлина, която трябва да се разсее, без да се създават температури на външните повърхности, които се приближават до прага на запалване на мъховете.

Уплътнение без власинки и устойчивост на памучно масло

Памучните влакна са с диаметър от 15 до 40 микрометра – достатъчно фини, за да проникнат през всяка уплътнителна междина, по-широка от 0,05 мм, което включва работния хлабина на повечето стандартни уплътнения на селскостопански валове. След като мъхът попадне в уплътнителната междина, той се увива около повърхността на вала между уплътнителната устна и вала, създавайки точка на триене, която генерира топлина и изтрива както уплътнителната устна, така и повърхността на вала. Прогресивното повреждане отваря допълнително уплътнителната междина, пропускайки повече мъх в самоускоряващ се цикъл на повреда, който може да прогресира от неоткриваема до катастрофална (загуба на масло плюс потенциално запалване) в рамките на 50 до 100 работни часа.

Уплътненията на вала, устойчиви на власинки, използват лабиринтна предварителна уплътнителна система – серия от пръстени с близък хлабина, които не докосват помежду си, пред основната уплътнителна устна, които физически блокират влакната от власинки да достигнат до основната уплътнителна повърхност. Лабиринтните пролуки са оразмерени така, че да изключват памучен мъх (хлабина по-малка от 0,03 мм), като същевременно позволяват на въздуха да преминава свободно, така че лабиринтът да не генерира вакуум, който би придърпал власинките навътре. Зад лабиринта, основното уплътнение на вала работи в чиста среда, без замърсяване с власинки, постигайки пълния си проектен живот без ускореното износване, което би причинил контактът с власинки.

Памучното масло — отделено от напукани семена по време на процеса на бране и оголване — е мека органична киселина, която разгражда стандартните NBR (нитрилни) уплътнения на вала с течение на времето. FKM (флуороеластомерните) уплътнения са устойчиви на памучно масло при концентрациите, срещани по време на жътва, а по-високата им температурна устойчивост (до 200 градуса по Целзий спрямо 120 градуса за NBR) осигурява допълнителен запас от пожарна безопасност. селскостопанска скоростна кутия Следователно спецификацията за бране на памук трябва да включва първични уплътнения от FKM зад лабиринтно предварително уплътнение — комбинирайки предотвратяване на власинки с химическа устойчивост в единна интегрирана уплътнителна система.

Сезонна поддръжка и управление на риска от пожари

Ежедневното отстраняване на мъх е най-важната задача за поддръжка на памукобрана – по-важна от проверките на маслото, графиците за смазване или всяка друга рутинна проверка. Всяка открита повърхност на корпуса на скоростната кутия, дефлекторите на вала, лабиринтните уплътнения и компонентите на задвижващата линия трябва да се продухва със сгъстен въздух в края на всеки работен ден. Мъхът, който се натрупва през нощта, се компресира под собственото си тегло и абсорбиране на влага, като става все по-труден за отстраняване и все по-ефективен като топлоизолация, която улавя топлината от лагерите върху повърхността на корпуса. Скоростна кутия, която влиза в следващия работен ден с натрупан мъх от предишния ден, е с по-висок риск от пожар от тази, която е била почистена.

Интервалите за смяна на маслото за скоростните кутии на памукобраните трябва да бъдат от 150 до 250 работни часа — замърсяването с памуково масло и проникването на прах (дори през правилно поддържани уплътнения) ускоряват разграждането на маслото над скоростта, наблюдавана при приложения в чисти полета. Карданен вал Смазването на карданните шарнири се изисква на всеки 8 до 10 работни часа — по-често отколкото при повечето други селскостопански приложения, тъй като високоскоростното задвижване и запрашената среда ускоряват износването на лагерите, а последствията от повреда на карданните шарнири (внезапно заклинване на задвижващата система, потенциално запалване от триене) са изключително опасни в среда с памучен мъх. Синтетичното трансмисионно масло на базата на PAO ISO VG 220 се препоръчва заради превъзходната си термична стабилност и устойчивост на окисляване — условията на работа в горещ климат (температура на околната среда от 30 до 45 градуса по Целзий) повишават температурите на маслото в скоростната кутия до 80 до 100 градуса по Целзий по време на продължително бране, където синтетичното масло поддържа защитния си филм по-добре от минералното масло от същия клас.

Често задавани въпроси

Редактор: Cxm