Getriebe für Zuckerrohrernter: Antrieb für die Verarbeitung schwerer Erntegüter

Basis-Mähwerksantrieb: Die Zapfwellengetriebeanforderung mit dem höchsten Drehmoment

Das Basisschneidwerk ist der erste und heftigste Kontaktpunkt zwischen Mähdrescher und stehendem Pflanzenmaterial. Zwei gegenläufige Scheibenbaugruppen – jede mit 3 bis 5 schweren Messern – rotieren mit 400 bis 800 U/min am Boden und schneiden jeden Zuckerrohrstängel innerhalb der Schnittbreite des Mähdreschers ab (typischerweise 1 bis 2 Reihen im Abstand von 1,2 bis 1,5 Metern). Jeder Messerschlag durchtrennt einen Stängel, wofür je nach Stängeldurchmesser, Faserdichte und Feuchtigkeitsgehalt eine Schneidkraft von 500 bis 2.000 N erforderlich ist. Bei üblicher Zuckerrohrdichte trifft eine Umdrehung der Scheibe auf 8 bis 15 Stängel. Das kumulative Schneiddrehmoment zuzüglich der Zentrifugalkraft der schweren Messerbaugruppen erzeugt einen anhaltenden Drehmomentbedarf, der 40 bis 60 Prozent des Gesamtdrehmoments beansprucht. Zapfwellengetriebe Ausbeute bei kontinuierlicher Ernte.

Das Getriebe des Grundschneidwerks ist ein rechtwinkliges Kegelradgetriebe, das die horizontale Zapfwellendrehung in eine vertikale Scheibendrehung auf der Grundebene umwandelt. Das Übersetzungsverhältnis beträgt typischerweise 1:1 bei einer Zapfwellendrehzahl von 540 U/min (entspricht einer Scheibendrehzahl von 540 U/min) oder 1:1 bis 1:1,5 bei einer Zapfwellendrehzahl von 1000 U/min (entspricht 500 bis 700 U/min). Anders als bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen, bei denen die Herausforderung für das Getriebe im Wärmemanagement bei hohen Drehzahlen liegt, besteht die Herausforderung beim Grundschneidwerk im reinen Drehmoment: Die Zahnräder müssen die gesamte Schnittlast sowie die Stoßkräfte durch Gesteinsaufprall ohne Ermüdungsrisse an den Zahnwurzeln übertragen, und die Lager müssen die kombinierte Radiallast aus Scheibengewicht und Schnittreaktionskraft sowie den Axialschub des spiralförmigen Kegelradeingriffs aufnehmen. Einsatzgehärtete spiralförmige Kegelräder mit einer Oberflächenhärte von 58 bis 62 HRC und einer Kernhärte von 32 bis 38 HRC bieten die für dieses Belastungsprofil erforderliche Kombination aus Oberflächenverschleißfestigkeit und Kernzähigkeit.

Die gegenläufige Doppelscheibenanordnung erfordert entweder zwei separate Getriebe (eines pro Scheibe, die jeweils über Ketten- oder Zahnradantriebe vom Hauptgetriebe angetrieben werden) oder ein einzelnes Getriebe mit zwei Ausgängen und zwei vertikalen, gegenläufig rotierenden Wellen. Die Konfiguration mit zwei Ausgängen gewährleistet gleichmäßige Scheibendrehzahlen (entscheidend für einen sauberen Stängelabriss an der Basis ohne Ziehen oder Reißen) und vereinfacht den Antriebsmechanismus des Mähdreschers. Allerdings muss das Getriebegehäuse deutlich größer und steifer sein als bei einem Getriebe mit einem Ausgang, um die beiden Abtriebslager und die Reaktionsmomente beider gleichzeitig wirkender Scheiben aufzunehmen. Einen umfassenderen Überblick über die Konstruktion von Multifunktions-Antriebssystemen für Mähdrescher zur Verarbeitung von Schwerfutter finden Sie in unserem technischen Leitfaden. Mähdreschergetriebe Laufwerksarchitektur.

Zuführwalzen- und Zerkleinerungsmechanismus: Anforderungen an den Sekundärantrieb

Nachdem die Basisschneidwerke die Stängel durchtrennt haben, gelangt das Erntegut in eine Reihe von Zuführwalzen, die das Zuckerrohr greifen, ausrichten und durch den Mähdrescherkörper zum Häcksler transportieren. Die Zuführwalzen sind Stahlzylinder mit einer griffigen Oberflächenrändelung oder angeschweißten Stollen, die die faserigen, oft schlammigen Stängel greifen und sie mit einer kontrollierten Geschwindigkeit von 1,5 bis 3 m/s durch die Maschine ziehen. Jedes Paar gegenläufig rotierender Walzen benötigt eine Getriebe für Zuckerrohrernter Ausgangs- oder kettengetriebener Abgang bei 200 bis 400 U/min – eine relativ niedrige Drehzahl, aber mit sehr hohem Drehmoment, da die Walzen mehrere dichte Halme gleichzeitig gegen erhebliche Reibung und Gegendruck des nachgeschalteten Häckslers greifen und komprimieren müssen.

Die Häckselvorrichtung eines Stangenernters schneidet den kontinuierlichen Stängelstrom in Stangen (kurze Stücke von 200 bis 350 mm Länge), die anschließend in ein Transportfahrzeug verladen werden. Die Häckseltrommeln – zwei gegenläufige Zylinder mit jeweils 3 bis 6 Messern – arbeiten mit 500 bis 800 U/min und erzeugen die höchste zyklische Belastung im Antriebssystem des Ernters. Jedes Messer durchtrennt pro Umdrehung 6 bis 12 Stängeldurchmesser dichte Fasern und erzeugt dabei Drehmomentimpulse, die bei jedem Schnitt das 3- bis 5-fache des durchschnittlichen Betriebsdrehmoments erreichen. Das Häckselgetriebe muss dieser kontinuierlichen pulsierenden Belastung standhalten, ohne dass es zu Zahnflankenermüdung kommt, die seine Lebensdauer auf einen Bruchteil der 4- bis 6-monatigen Zuckerrohrerntesaison beschränken würde.

Die Kraftverteilung auf diese Nebenfunktionen erfordert eine sorgfältige Dimensionierung des Getriebes. Ein zapfwellengetriebener Zuckerrohrernter mit einer Gesamtleistung von 80 PS kann diese Leistung etwa wie folgt verteilen: Basisschneidwerk 35 bis 45 PS (40 bis 55 Prozent), Einzugswalzen 15 bis 20 PS (18 bis 25 Prozent), Häcksler 15 bis 20 PS (18 bis 25 Prozent) und Elevator 5 bis 8 PS (6 bis 10 Prozent). Das Hauptgetriebe muss für die Summe aller gleichzeitig auftretenden Lasten zuzüglich einer Reserve von 25 bis 30 Prozent für Drehmomentspitzen ausgelegt sein, die durch unvorhersehbare Spitzen beim Einzug von Stängeln und Steinschlag entstehen und während des gesamten Betriebs auftreten können.

Tropisches Betriebsumfeld: Hitze, Saft und Faserumhüllung

Zuckerrohr wird ausschließlich in tropischen und subtropischen Regionen angebaut, wo die Umgebungstemperaturen während der Erntezeit tagsüber zwischen 28 und 42 Grad Celsius liegen – deutlich höher als die 15 bis 25 Grad, die in gemäßigten Getreideanbaugebieten während der Erntezeit üblich sind. Diese erhöhte Umgebungstemperatur verringert die Temperaturdifferenz, die für die Wärmeabfuhr des Getriebes zur Verfügung steht (die Wärmeübertragung ist proportional zur Temperaturdifferenz zwischen der Gehäuseoberfläche und der Umgebungsluft). Das bedeutet, dass ein Getriebe, das in einem gemäßigten Klima bei 80 Grad problemlos läuft, auf einem tropischen Zuckerrohrfeld 100 bis 110 Grad erreichen kann – weit über der sicheren Betriebsgrenze für herkömmliches Mineralöl und nahe an der Grenze zur thermischen Zersetzung selbst synthetischer Schmierstoffe.

Zuckerrohrsaft ist eine ätzende organische Säurelösung (pH-Wert 5,0 bis 5,5), die aus jedem abgeschnittenen Stängel spritzt und die gesamte Erntemaschine – einschließlich der Zapfwellengetriebe Gehäuse, Wellendichtungen und äußere Befestigungselemente werden von einem klebrigen, sauren Film überzogen, der Staub anzieht, mikrobielles Wachstum fördert und auf ungeschützten Oberflächen Korrosion auslöst. Die Flüssigkeit enthält außerdem gelöste Zucker, die auf heißen Getriebegehäusen (Betriebstemperaturen von 70 bis über 100 Grad) karamellisieren und eine harte, isolierende Kruste bilden. Diese schließt Feuchtigkeit an der Metalloberfläche ein und blockiert die für die Kühlung des Gehäuses notwendige Konvektionswärmeübertragung. Hersteller wie Ever-Power Zapfwellengetriebe Für Getriebe in Zuckerrohrqualität ist eine Epoxidpulverbeschichtung mit einer Mindestdicke von 80 bis 120 Mikrometern vorzuschreiben – dicker als die übliche 40 bis 60 Mikrometer dicke Beschichtung, die für landwirtschaftliche Getriebe in gemäßigten Klimazonen verwendet wird –, um der kombinierten chemischen und thermischen Belastung durch Zuckerrohrsaft auf der Gehäuseaußenseite zu widerstehen.

Faserverwicklungen stellen eine mechanische Gefahr dar, die speziell bei der Ernte von Faserpflanzen auftritt. Lose Zuckerrohrfasern und Blattreste wandern entlang der rotierenden Wellen in Richtung Getriebegehäuse und sammeln sich an der Wellendichtung an, bis die verwickelte Masse so viel Reibung erzeugt, dass die Dichtlippe überhitzt und beschädigt wird – oder im schlimmsten Fall die Welle vollständig blockiert. Wellenabweiser (kegel- oder scheibenförmige Schutzvorrichtungen, die direkt außerhalb der Dichtung an der Welle angebracht sind) fangen die wandernden Fasern ab, bevor sie die Dichtung erreichen, und schleudern sie durch Zentrifugalkraft von der Welle weg. Jede freiliegende rotierende Welle eines Zuckerrohrernters sollte mit einem Faserabweiser innerhalb von 20 mm von der Dichtfläche ausgestattet sein – eine kostengünstige Ergänzung, die die häufigste Ursache für Dichtungsausfälle bei Zuckerrohrerntemaschinen verhindert.

Entblätterungs- und Entkahlungsantriebe: Vorbereitung der Kulturpflanzen im vorgelagerten Bereich

Bevor die Basisschneidvorrichtungen den Stängel durchtrennen, bereiten zwei vorgelagerte Mechanismen das Erntegut für eine saubere Ernte vor. Der Topper – eine rotierende Scheibe oder Messereinheit, die vorne an der Maschine in Höhe der Zuckerrohrspitzen (2 bis 4 Meter über dem Boden) montiert ist – trennt den belaubten Wachstumspunkt jedes Stängels ab. Das abgetrennte Triebspitzenstück enthält unreife Internodien mit niedrigem Zuckergehalt, die die Saftqualität mindern würden, wenn sie zusammen mit dem reifen Stängel geerntet würden. Die Topperscheibe arbeitet mit 600 bis 1000 U/min und wird vom Hauptgetriebe über eine lange vertikale Welle oder einen separaten Riemenantrieb angetrieben. Der Leistungsbedarf ist gering (5 bis 10 PS), da die Triebspitzen weich und saftig sind. Die Antriebswelle des Toppers ist jedoch die längste freitragende rotierende Welle der Maschine – bis zu 3 bis 4 Meter – und muss dynamisch ausgewuchtet sein, um ein Peitschen und Vibrationen bei Betriebsdrehzahl zu vermeiden.

Der Entblätterer (auch Entblätterer oder Ernterückstandsabstreifer genannt) entfernt trockenes Laub von den stehenden Stängeln, bevor dieses die Einzugswalzen erreicht. Entblätterer arbeiten mit rotierenden Gummifingern, Drahtschlaufen oder oszillierenden Gummipads, die das trockene Laub durch Reibung abstreifen, ohne den Stängel zu beschädigen. Die Drehzahl des Entblätterers liegt typischerweise zwischen 300 und 600 U/min – ähnlich der Drehzahl der Einzugswalzen – und der Drehmomentbedarf ist moderat, aber je nach Zustand des Ernteguts stark variabel: Trockenes, loses Laub lässt sich leicht entfernen, während grüne oder regennasse Blätter am Stängel haften bleiben und deutlich mehr Kraftaufwand erfordern. Diese Variabilität führt zu Lastschwankungen an der Entblättererzeugeranlage. Getriebe für Zuckerrohrernter Die Leistung verstärkt die zyklische Belastung durch die Basisschneidwerke und den Häcksler – und fügt dem ohnehin schon komplexen Drehmomentprofil eine weitere Dimension hinzu, die das Getriebe ohne Lagerbeanspruchung oder Zahnflankenermüdung bewältigen muss.

Überlastschutz für bodenebene Sockelschneider

Die Basisschneidwerke arbeiten an der Bodenoberfläche – der Stelle mit der höchsten Belastung an jeder Erntemaschine. Steine, verhärtete Erdklumpen, vergrabene Bewässerungsrohre und Wurzelmassen befinden sich im Schneidweg und erzeugen kurzzeitige Drehmomentspitzen, die die Nennleistung des Getriebes innerhalb von Millisekunden um das Fünf- bis Zehnfache überschreiten können. Die Rutschkupplung des Zapfwellenantriebs ist der primäre Schutzmechanismus, muss aber durch einzelne Scherbolzen oder federbelastete Kupplungsvorrichtungen an jeder Basisschneidwerksscheibe ergänzt werden, um zu verhindern, dass sich ein einzelner Stoß auf das gesamte Antriebssystem auswirkt.

Sphäroguss (SG-Guss, Güteklasse EN-GJS-400-15 oder gleichwertig) ist die Mindestanforderung an das Gehäusematerial für Getriebe von Zuckerrohr-Basisschneidmaschinen. Standard-Grauguss (EN-GJL-250), der für Anwendungen unter sauberen Bedingungen mit mäßiger Stoßbelastung ausreichend ist, bricht unter den für den Betrieb von Zuckerrohr-Basisschneidmaschinen typischen starken Stoßbelastungen. Ein Riss in der Gehäusewand führt zu vollständigem Ölverlust, Lagerausfall und einer mehrtägigen Reparatur, deren Kosten weit über dem Preisunterschied zwischen Grauguss- und Sphärogussgehäusen liegen. Einige Hersteller spezifizieren geschweißte Stahlgehäuse für die extremsten Anwendungen (felsige Vulkanböden in Hawaii, Indonesien und den Philippinen) und verzichten dabei auf die höhere Wärmeleitfähigkeit von Gusseisen zugunsten der besseren Schlagzähigkeit von Baustahl.

Erhaltung der Erntezeit unter tropischen Bedingungen

Die Zuckerrohrerntesaison dauert in den meisten Anbauregionen 4 bis 6 Monate – eine der längsten ununterbrochenen Nutzungsperioden überhaupt. Landwirtschaftliches Getriebe Anwendung. Bei einer Laufzeit von 10 bis 14 Stunden pro Tag sammelt das Getriebe in einer einzigen Saison 1.200 bis 2.500 Betriebsstunden an – was den gleichen Wartungsaufwand erfordert wie bei einer ganzjährig betriebenen Industriegetriebeanlage.

Die Ölwechselintervalle sollten bei synthetischem Getriebeöl 200 bis 300 Stunden und bei Mineralöl 100 bis 150 Stunden betragen. Das tatsächliche Intervall kann verkürzt werden, wenn das Öl sichtbare Anzeichen von thermischer Zersetzung (Dunkelfärbung) oder Wasserverunreinigung (milchiges Aussehen durch Kondensation in der tropischen Luftfeuchtigkeit) aufweist. Lassen Sie das warme Öl am Ende jedes Betriebstages ab, sobald ein Ölwechsel fällig ist. Warmes Öl transportiert Schwebstoffe effektiver aus dem Gehäuse als kaltes Öl, in dem sich Partikel an den Innenflächen abgesetzt haben. Synthetisches PAO-basiertes ISO VG 320 (eine Viskositätsklasse höher als das in gemäßigten Klimazonen verwendete VG 220) bietet die erforderliche hohe Viskosität, um bei den höheren Betriebstemperaturen der Zuckerrohrernte in den Tropen eine ausreichende Ölfilmdicke zu gewährleisten.

Zapfwelle Die Wartung von Zuckerrohrerntern erfordert das tägliche Fetten der Kreuzgelenke und Keilwellen. Der Zuckersaft und die Fasern beschleunigen die Korrosion und das Festfressen der Antriebskomponenten deutlich stärker als im Betrieb auf sauberen Feldern. Überprüfen Sie wöchentlich die Kalibrierung der Rutschkupplung (tropische Hitze kann zu einer Verglasung des Kupplungsreibmaterials führen und das Aktivierungsdrehmoment über den vorgesehenen Schutzgrenzwert erhöhen) sowie die Faserabweiser an allen freiliegenden rotierenden Wellen auf Materialablagerungen. Entfernen Sie jegliche Faserablagerungen umgehend – ein bereits mit verwickeltem Material belasteter Abweiser kann keine weiteren Fasern mehr vom Eindringen in die Dichtung abhalten.

Häufig gestellte Fragen

Herausgeber: Cxm