Mjenjač prskalice s zračnim raspršivanjem: Pogon puhača za prskanje u voćnjaku

Prodiranje kroz krošnju: Zašto je protok zraka važan kod prskanja voćnjaka

Zrelo stablo jabuke zauzima krošnju zapremine od 200 do 600 kubnih metara - gusta, trodimenzionalna raspodjela lišća i plodova raštrkanih po granama koje variraju od 15 metara međusobno udaljenih (vanjski promjer krošnje) do nulte udaljenosti (unutrašnje skupine grana). Konvencionalne prskalice isporučuju tekućinu kroz nezavisne mlaznice malom brzinom (0,5 do 2 m/s na vrhu mlaznice), prateći balističke putanje koje presreću vanjski listovi krošnje unutar 1 do 2 metra od prskalice. Duboko unutarnje područje krošnje - gdje se nalazi 60 do 80 posto ukupne površine plodova - uopće ne prima prskanje pri standardnom radu prskalice. Napredna... mjenjač s mlazom zraka rješava ovo pokretanjem centrifugalnog ventilatora velike brzine koji generira brzine protoka zraka od 15 do 30 m/s na ispuhu ventilatora - dovoljno brzo da prenese čestice raspršene magle kroz cijelu dubinu krošnje i taloži tekućinu na svim površinama lišća i plodova, bez obzira na njihov položaj unutar volumena stabla.

Princip zračnog mlaza zahtijeva dva odvojena izlaza iz opreme za prskanje: primarni tok zraka koji generira ventilator velike brzine i tekućinu za raspršivanje uvođenu u taj tok zraka na mjestu gdje dolazi do maksimalne atomizacije i transporta magle. Jedinica pumpe za prskanje (obično centrifugalnog tipa identična standardnoj pumpi prskalice, koja radi na 2.500 do 3.500 o/min) ubrizgava tekućinu brzinom od 1 do 3 litre u minuti u glavni izlaz ventilatora, gdje zrak velike brzine atomizira tekućinu u kapljice promjera 100 do 150 mikrometara. Ova ciljana veličina magle - mnogo finija od kapljica od 200 do 400 mikrometara iz konvencionalnih prskalica - efikasnije prodire u krošnju i taloži se na unutrašnjim površinama listova koje su manje i dublje ugniježđene od velikih vanjskih listova koji hvataju sprej iz prskalice.

Pogon ventilatora velike brzine: Od PTO-a do brzine zraka u nadstrešnici

Brzina zraka na ispuhu ventilatora direktno je funkcija brzine rotacije ventilatora (zanemarujući gubitke nizvodno u kanalima): brzina rotacije ventilatora približno je jednaka brzini zraka podijeljenoj s radijusom lopatica ventilatora. Centrifugalni ventilator s rotorom promjera 200 milimetara koji radi pri 6.000 okretaja u minuti proizvodi brzinu zraka od približno 20 metara u sekundi (izračun: 6.000 o/min × radijus 0,2 m ÷ 60 s/min = 20 m/s). Veća brzina proizvodi veću brzinu (zakon afiniteta: brzina proporcionalna brzini), što omogućava iskusnom operateru da podesi dubinu prodiranja u krošnju aktivnim kontroliranjem brzine ventilatora putem podesivog sistema za kontrolu brzine priključnog vratila traktora ili putem mjenjača s promjenjivim omjerom ugrađenog u sam mjenjač. Od priključnog vratila od 540 o/min, postizanje brzine ventilatora od 6.000 o/min zahtijeva omjer povećanja brzine od 1:11,1 - što je daleko iznad mogućnosti jednog stepena i zahtijeva značajno... mjenjač prskalice zračnim mlazom sa dva ili tri stepena prenosa za raspodjelu ukupnog prenosnog odnosa.

Najčešća konfiguracija je dvostepeni dizajn sa ulaznim stepenom sa konusnim zupčanikom pod pravim uglom koji omogućava povećanje brzine od 1:3 do 1:3,5, nakon čega slijedi izlazni stepen sa spiralnim zupčanikom i paralelnim vratilom koji omogućava dodatno multiplikovanje od 1:3 do 1:3,8 - što rezultira kombinovanim omjerima od 1:9 do 1:13,3. Ovaj dizajn koncentriše zupčani mehanizam najveće brzine (izlazni stepen sa spiralnim zupčanikom) u kompaktnom rasporedu i omogućava oba stepena da rade unutar svojih efikasnih raspona brzine i obrtnog momenta. Alternativno, neki proizvođači premium opreme koriste dvostepeni dizajn mjenjača sa spiralnim zupčanikom i paralelnim vratilom (kaskadni dizajn) bez konusnog zupčanika pod pravim uglom, što žrtvuje fleksibilnost smjera ulaza zasnovanog na konusnom zupčaniku (prisiljavajući kardansko vratilo da dolazi horizontalno), ali dobija mehaničku jednostavnost i nešto veću efikasnost eliminisanjem gubitka u konusnom zupčaniku.

Sa 1.000 obrtaja kardana, potreban omjer pada na 1:6 do 1:8 - što je i dalje iznad mogućnosti jednostepenog nagiba (maksimalno 1:5 do 1:6), ali je ostvarivo jednostavnijim dvostepenim dizajnom. Proizvođači poput Ever-Power PTO mjenjač sve više nude dizajn mjenjača sa specifičnim brzinama od 1.000 obrtaja u minuti za segment premium opreme gdje je standardna oprema sa većom brzinom priključnog vratila. Skromno smanjenje ukupnih zahtjeva za omjerom direktno se prevodi u manji opseg mjenjača, niže troškove i veću efikasnost - vrijedne prednosti u kompaktnim regijama uzgoja voća gdje je koncentrirana visokospecificirana oprema za mlaz zraka.

Kontrola promjenjive brzine: Prilagođavanje protoka zraka uvjetima nadstrešnice

Prodiranje i taloženje zračnog spreja kritično zavisi od ravnoteže između brzine zraka i protoka tekućine. Radeći pri vrlo velikoj brzini zraka (ventilator od preko 8.000 o/min, brzina zraka preko 25 metara u sekundi) s niskim protokom tekućine, magla je hiperfino atomizirana, ali može otplutati niz vjetar prije nego što se slegne na ciljane površine - što je posebno problematično u vjetrovitim danima ili u otvorenim voćnjacima sa slabom zaštitom od vjetra. Nasuprot tome, pri nižoj brzini zraka (ventilator od 4.000 o/min, brzina zraka 12 metara u sekundi) s većim protokom tekućine, kapljice su veće i lakše se slegaju, ali struji zraka nedostaje prodiranje da prenese maglu duboko u guste krošnje. Optimalna radna tačka varira ovisno o vrsti usjeva (gusta vs. otvorena krošnja), veličini drveta (patuljasto vs. punog rasta) i vremenskim uvjetima (brzina vjetra, vlažnost, temperatura).

Napredne prskalice s zračnim raspršivanjem stoga uključuju mjenjač s promjenjivom brzinom ili sklopove kvačila koji omogućuju operateru kontinuirano podešavanje brzine ventilatora između 4.000 i 8.000 o/min bez promjene brzine glavne pumpe za prskanje. U modernoj opremi za zračno prskanje, to se postiže ili putem sofisticiranog sekundarnog mjenjača s promjenjivom brzinom postavljenog između izlaza primarnog mjenjača i pogona ventilatora, ili putem mjenjača s više omjera s odabirom položaja zupčanika koji osiguravaju fiksne diskretne brzine (obično tri do pet koraka brzine od minimalne do maksimalne). Najjednostavniji i najpraktičniji pristup - i onaj koji se najčešće primjenjuje na opremi koju koriste mali uzgajivači - je podesiva kontrola brzine priključnog vratila putem regulatora motora traktora, što omogućava podešavanje brzine ventilatora kako bi se efikasno prilagodilo uvjetima na polju, dok glavna pumpa za prskanje prima energiju putem zasebnog nezavisnog pogonskog kruga.

The mjenjač prskalice zračnim mlazom Sam po sebi mora biti dizajniran da radi u bilo kojoj tački svog raspona brzina bez termičkih ili mehaničkih oštećenja. Ovo je zahtjevniji od mjenjača pumpe s fiksnom brzinom, jer dizajn ležaja i zupčanika mora prilagoditi i uslove rada pri punoj snazi ​​pri maksimalnoj brzini i uslove djelomičnog opterećenja pri minimalnoj brzini, bez dozvoljavanja da predopterećenje ležaja pretjerano padne ili da se termički rad pomakne izvan prihvatljivih granica. Brzi spiralni zupčanici generiraju veći gubitak efikasnosti (a samim tim i više topline) pri djelomičnim brzinama nego pri punoj brzini ako dizajn mjenjača ne kompenzira ovu karakteristiku.

Aerodinamički dizajn ventilatora i kontrola buke

Sam ventilator nije dio mjenjača (mjenjač dovodi samo rotacijski ulaz ventilatoru), ali izlazna brzina mjenjača i karakteristike obrtnog momenta značajno utiču na radnu tačku ventilatora na krivulji ventilatora na njegovoj aerodinamičkoj krivulji. Centrifugalni ventilator ima složen aerodinamički odnos između brzine, protoka i pritiska - udaljavanje od projektne tačke ventilatora (brzina i povratni pritisak na kojima je optimizovan) uzrokuje nestabilnost strujanja vazduha, što proizvodi pulsirajuće pražnjenje, buku i gubitak kvaliteta atomizacije spreja.

Visokokvalitetni mjenjač koji osigurava glatku i stabilnu izlaznu brzinu u svim radnim uslovima i opterećenjima omogućava ventilatoru da konstantno ostane blizu svoje projektne radne tačke. Suprotno tome, inženjering mjenjača sa značajnim varijacijama brzine (više od ±3 posto pri promjenjivim uslovima opterećenja) uzrokuje da ventilator oscilira oko svoje projektne tačke, proizvodeći zvučno pulsiranje (tupljenje nalik helikopteru) koje ukazuje da ventilator traži stabilan rad. Ovaj karakteristični pulsirajući rad aktivno smanjuje kvalitet atomizacije spreja, povećava buku koja ometa obližnje stanovnike (značajan problem u područjima intenzivnog uzgoja voća gdje se voćnjaci nalaze uz stambene zone) i može ubrzati trošenje ležajeva i lopatica ventilatora zbog cikličnog opterećenja povezanog s radom izvan projektnih okvira.

Nivo zvučnog pritiska mjeren na udaljenosti od 1 metra od pravilno podešenog raspršivača zraka obično iznosi 85 do 92 decibela A-ponderisano - glasno, ali unutar raspona koji operateri mogu tolerisati sa zaštitom za sluh tokom 2 do 4 sata dnevno koliko ova oprema obično radi tokom kratke sezone premazivanja voća. Mjenjač koji doživljava oscilacije brzine može povećati ovaj nivo buke za 3 do 5 dB(A) - subjektivno udvostručenje percipirane glasnoće koje čini rad neugodnim i potencijalno opasnim. Sintetičko ulje za zupčanike (ISO VG 220 na bazi PAO) i spiralni zupčanici sa visokim kontaktnim odnosom i niskim zazorom su karakteristike dizajna mjenjača koje minimiziraju pulsiranje brzine i buku na pogonima zračnog mlaza velike brzine.

Termalno upravljanje pri velikoj brzini rotacije

Električna energija koja se rasipa kao otpadna toplota u mjenjaču direktno je proporcionalna ulaznom obrtnom momentu i obrnuto proporcionalna efikasnosti mjenjača. Mjenjač velike brzine koji prenosi 30 KS sa ukupnom efikasnošću od 92 posto kontinuirano rasipa 30 × 0,08 ÷ 0,92 = 2,6 kW toplote. Ova toplota se mora odvoditi kroz površinu kućišta mjenjača kako bi se spriječilo da temperatura ulja poraste iznad maksimalne sigurne radne temperature (obično 95 do 110 stepeni Celzijusa za mineralno ulje za mjenjače, 105 do 120 stepeni za sintetičko PAO ulje). Površina dostupna za odvod toplote iz kompaktnog mjenjača velike brzine je ograničena - kućište mjenjača koje zauzima samo 0,5 kubnih metara zapremine ima maksimalnu površinu od približno 6 kvadratnih metara. Pri tropskim temperaturama okoline od 35 do 40 stepeni Celzijusa, temperaturna razlika dostupna za konvektivni prijenos toplote je samo 55 do 75 stepeni Celzijusa, a koeficijent konvektivnog prijenosa toplote iz prirodne konvekcije je samo 5 do 10 W/(m²·K). U ovim uslovima, prirodno konvekcijsko hlađenje nije dovoljno za održavanje sigurne temperature ulja bez dodatnog prisilnog hlađenja.

Većina komercijalnih zračnih mlaza poljoprivredni mjenjač Prskalice stoga uključuju hladnjak ulja - ili hladnjak od aluminijskih ploča s rebrima hlađen ventilatorom ili jedinicu hlađenu tekućinom koja izmjenjuje toplinu s rashladnim krugom motora traktora. Hladnjak mora biti dimenzioniran za punu disipaciju snage mjenjača u najgorim uvjetima vrućeg dana. Mjenjač s mlazom zraka od 30 KS koji radi u uvjetima okoline od 40 stepeni Celzijusa i rasipa 2,6 kW zahtijeva kapacitet hladnjaka od najmanje 3 kW kako bi se održala sigurna radna temperatura s marginom za onečišćenje i smanjenje efikasnosti tokom sezone. Premalo dimenzionirani ili nepravilno specificirani hladnjaci su dobro dokumentirani primarni uzrok termičkih kvarova mjenjača i katastrofalnih kvarova u komercijalnoj opremi za prskanje zrakom, što rezultira oksidacijom ulja, oštećenjem ležajeva i preranim kvarom zuba zupčanika.

Sezonsko održavanje i skladištenje van sezone

Prskalice s mlazom zraka imaju oštre sezonske obrasce upotrebe - obično 30 do 100 radnih sati koncentriranih u periodu od 6 do 12 sedmica kada je voće u kritičnoj fazi rasta koja određuje konačnu veličinu i tržišnu vrijednost. Karakteristični dugi periodi mirovanja između aktivnih sezona prskanja predstavljaju jedinstvene i zahtjevne izazove održavanja. Tokom skladištenja, mjenjač prolazi kroz termičke cikluse koji uvlače vlagu u kućište kroz otvor za odzračivanje, a svako izlaganje kiši ili visokoj vlažnosti može zasititi zrak zarobljen unutar kućišta. Ova vlaga se akumulira na najnižoj tački u kućištu (dno kartera) gdje inicira koroziju na površinama zupčanika i ležajeva. Korozione jame djeluju kao tačke koncentracije napona gdje pukotine u ležajevima nastaju ranije nego što bi to bio slučaj u materijalu bez jama.

Priprema prije sezone treba da uključi zamjenu ulja svježim sintetičkim PAO uljem za mjenjače, vizuelni pregled svih položaja ležajeva na promjenu boje ili koroziju i potpuno čišćenje hladnjaka ulja kako bi se uklonila nakupljena prašina ili ostaci. Tokom radne sezone, svakodnevno pratite protok zraka hladnjaka - lišće, prašina od voća i nanos s druge obližnje opreme za prskanje nakupljaju se na rebrima hladnjaka i progresivno smanjuju efikasnost hlađenja. Ako temperatura ulja poraste iznad 100 stepeni Celzijusa pod normalnim radnim uslovima, hladnjak je potrebno očistiti prije nastavka rada. Dnevna provjera Kardansko vratilo Podmazivanje kardanskog zgloba je neophodno - produženi rad pri velikim brzinama generira znatno više topline trenja i habanja u ležajevima kardanskog zgloba nego što to doživljavaju poljoprivredni strojevi s niskim brzinama, ubrzavajući habanje ležajeva ako se mast ne održava na svježem, zaštitnom nivou. Dobavljači opreme koji su specijalizirani za tehnologiju mjenjača specificiraju teže izvedbe kardanskih zglobova (serija 6 ili veća nazivna vrijednost obrtnog momenta) za primjene s mlazom zraka kako bi produžili vijek trajanja pogonskog sklopa u radnom okruženju s velikim brzinama.

Često postavljana pitanja

Urednik: Cxm