Põhiprintsiip: kiirus ja pöördemoment on kompromiss

Iga jõuvõtuvõlli käigukast – olenemata sellest, kas see kiirust suurendab või vähendab – allub samale mehaanikaseadusele: igas käigukastisüsteemis võrdub sisendvõimsus väljundvõimsusega miinus hõõrdekaod. Võimsus on pöördemomendi ja pöörlemiskiiruse korrutis. Seega, kui käigukast suurendab väljundkiirust üle sisendkiiruse, peab see proportsionaalselt vähendama väljundpöördemomenti. Vastupidi, kui see vähendab väljundkiirust allapoole sisendkiirust, suurendab see proportsionaalselt väljundpöördemomenti. Puudub käigukast, mis korraga nii kiirust kui ka pöördemomenti mitmekordistaks – energia jäävuse seadus keelab selle.

Sellel põhimõttel on sügavad praktilised tagajärjed iga traktorile paigaldatava seadme jaoks. Jõuvõtuvõlli käigukast Mis saadab jõu pöördlõikurile, peab raskeid terasid läbi tiheda taimestiku ja maetud prahi pöörlema ​​panema. Terad kohtavad ootamatut ja tohutut takistust – peidetud kändu, kivi, võsasse mattunud traataia sasipuntrat. Tööriist vajab mõõdukal kiirusel toorest pöörlemisjõudu. Jõuvõtuvõlli reduktor pakub just seda: see võtab jõuvõtuvõlli kiiruse 540 või 1000 p/min ja aeglustab selle umbes 200 või 300 p/min-ni, korrutades samal ajal saadaolevat pöördemomenti kiiruse vähendamise pöördarvuga.

Hüdraulilise pumba ajamil on vastupidine nõue. Pumba sisemised komponendid – hammasrattad, labad või kolvid – on konstrueeritud töötama tõhusalt kiirusel 1500–3000 p/min. Jõuvõtuvõlli 540 p/min on pumba projekteeritud pöörlemiskiiruse saavutamiseks liiga aeglane. Jõuvõtuvõlli kiiruse suurendajaga käigukast suurendab pöörlemiskiirust 2–6 korda, tekitades pumba jaoks vajaliku kõrge pöördemomendi, taludes samal ajal madalamat väljundpöördemomenti – mis on vastuvõetav, kuna pumbad tekitavad jõudu hüdraulilise rõhu, mitte mehaanilise pöördemomendi kaudu.

PTO käigukasti reduktori sees: mehaaniline arhitektuur

Enamik põllumajanduslikke jõuvõtuvõlli reduktoreid kasutab täisnurkset konfiguratsiooni, mis on ehitatud spiraalse koonushammasratta ümber. Sisendvõll, mis on ühendatud traktori jõuvõtuvõlli otsaga hammasühenduse kaudu, kannab väikese läbimõõduga spiraalset koonushammasratast. See hammasratas haakub suurema läbimõõduga spiraalse koonushammasrattaga, mis on paigaldatud väljundvõllile ja mis väljub käigukastist sisendi suhtes 90-kraadise nurga all. Kroonhammasratta ja hammasratta hammaste arvu suhe määrab kiiruse vähenemise – 12-hambaline hammasratas, mis ajab 36-hambalist kroonhammasratast, tekitab 3:1 reduktsiooni, muutes 540 p/min sisendkiiruse 180 p/min väljundkiiruseks ja kolmekordistades samal ajal saadaolevat pöördemomenti.

Spiraalsed koonushammasrattad on eelistatud sirgetele koonushammasratastele samal põhjusel, miks spiraalsed hammasrattad on paralleelsete võllidega paigutuses eelistatud silinderhammasratastele: nurga all olev hammaskontakt liigub järk-järgult üle hammasratta pinna, tagades sujuvama pöördemomendi ülekande ja oluliselt madalama müra. Põllumajanduskäigukastis, mis võib oma eluea jooksul töötada tuhandeid tunde, pikendab spiraalse koonushammasratta väiksem vibratsioonikoormus ka laagri ja korpuse eluiga võrreldes sirgete koonushammasratastega.

Nurkkäigukasti reduktori korpus peab samaaegselt täitma mitut ülesannet. See positsioneerib sisend- ja väljundlaagrid mikroni täpsusega, et säilitada koormuse all õige hammasrattaühendus. See sisaldab määrdeõli vanni ja suunab pritsmäärde ülemistele laagritele, mis muidu kuivaks jääksid. See pakub konstruktsiooni kinnitusliidest – tavaliselt neli või kuus poldiauku ääriku mustris –, mis ühendab käigukasti tööseadise raamiga. Ja see peab neelama hammasrattaühenduse reaktsioonimomendi ilma, et see nii palju painduks, et laagriühendust häirida.

Malm jääb põllumajanduslike käigukastide reduktorite domineerivaks korpusematerjaliks, kuna see pakub suurepärast vibratsioonisummutust, head soojusjuhtivust, täpset valatavust laagriava tolerantside jaoks ja loomulikku korrosioonikindlust välitingimustes põllumajanduskeskkonnas. Alumiiniumkorpusi kasutatakse mõnedes kergetes või kiiretes rakendustes, pakkudes väiksemat kaalu ja paremat soojuse hajumist pinnaühiku kohta, kuid alumiiniumi madalam jäikus tähendab, et sama läbipaindekindluse saavutamiseks on vaja paksemaid seinu – see osaliselt tühistab kaalueelise maapinnaga kokkupuutuvate tööriistade tüüpilistel pöördemomendi tasemetel.

Jõuvõtuvõlli kiiruse suurendaja sees: vastupidine jõuvoog

Kiiruse suurendaja kasutab samu hammasratta tüüpe kui reduktor – kaldhammasratast, kaldhammasratast või planetaarhammasratast –, kuid pöörab võimsusvoo suhte vastupidiseks. Suur ja aeglane hammasratas saab võimsuse jõuvõtuvõlli sisendist ja väike ja kiire hammasratas annab võimsuse väljundisse. Paralleelvõlliga kaldhammasratta puhul ajab jõuvõtuvõlli sisend suurt kaldhammasratast, mis haakub väljundvõllil asuva väiksema hammasrattaga. Hammaste arvu suhe on ümberpööratud: reduktor võib kasutada 48 hambaga hammasratast, mis ajab 16 hambaga hammasratast, et suurendada kiirust 3:1 (ja vastavalt vähendada pöördemomenti 3:1).

Kiiruse suurendaja inseneriprobleemid erinevad reduktori omadest mitmel olulisel moel. Esiteks pöörleb väljundvõll kiiremini kui sisendvõll – sageli kaks kuni kuus korda kiiremini. See tähendab, et väljundlaagrid peavad taluma suuremaid kiirusi, mis suurendab tsentrifugaalkoormust veeremitele, tekitab määrdeaine nihke tõttu rohkem soojust ja nõuab väiksemaid laagrite vahesid. Laager, mis on ette nähtud 2000 tunniks kiirusel 500 p/min, võib sama radiaal- ja aksiaalkoormuse korral vastu pidada vaid 800 tundi kiirusel 2500 p/min, sest laagri eluiga väheneb kiiruse suurenedes vastavalt väljakujunenud pöördvõrdelisele seosele.

Teiseks peab väljundvõlli tihend töötama suurematel pinnakiirustel. 40 mm läbimõõduga võllil libiseb tihendi huul võlli pinna vastu kiirusel 3000 p/min kiirusel 6,3 meetrit sekundis. Nendel kiirustel tekitab tihendi huul märkimisväärset hõõrdesoojust, mis aja jooksul elastomeeri kõvendab ja lõpuks põhjustab tihendi lekke. Kiirete tihendite puhul kasutatakse hõõrdumise vähendamiseks ja eluea pikendamiseks PTFE (teflon) tihendimaterjale või labürinttihendite konstruktsioone – see detail eristab kommertsklassi jõuvõtuvõlli kiiruse suurendajaga käigukaste ökonoomsetest alternatiividest.

Kolmandaks, määrimisnõuded muutuvad suurematel kiirustel. Õli pöörlemiskaod suurenevad pöörlemiskiiruse ruuduga, mis tähendab, et 3000 p/min pöörlev hammasratas tekitab üheksa korda suuremad pöörlemiskaod kui sama hammasratas 1000 p/min juures. Kiiruse suurendajad kompenseerivad seda madalama õlitasemega – täpselt nii palju, et alumiste hammasrataste hambad oleksid õliga kaetud – ja ülemiste laagrite määrimiseks tuginevad õli pritsimisele ja suunatud õlivoolule veealustelt hammasratastelt. Mõned suure ülekandearvuga planetaarsed kiiruse suurendajad kasutavad sundmäärimist sisemise trohoidaalpumbaga, mida käitatakse hammasrattalt, et tagada piisav õlivarustus päikesehammasratta laagritele, mis asuvad pöörleva agregaadi keskel ja saavad gravitatsioonitoitega süsteemis minimaalselt pritsimist.

Otsene võrdlus: Reduktor vs. Intensaator

Järgnev tabel võtab kokku jõuvõtuvõlli reduktori ja jõuvõtuvõlli kiiruse suurendajaga käigukasti peamised tehnilised ja rakenduslikud erinevused. Kasutage seda uue käigukasti valimisel kiireks abivahendiks. põllumajanduslik käigukast haakeseadme konstruktsiooni või asendamise jaoks.

Rakenduse sobitamine: milline käigukast sobib millisele tööseadisele?

Kiiruse suurendaja ja reduktori vahel valimine algab ühest küsimusest: kas tööseadis vajab väljundvõlli pöörlemist aeglasemalt või kiiremini kui jõuvõtuvõll? Vastus on peaaegu alati ilmne, kui mõistate, mida tööseadise töömehhanism nõuab.

Maapinnaga haakivad tööriistad → Käigukasti reduktor

Iga haakeseade, mille tööelement puutub kokku maapinna, saagi või prahiga, vajab takistuse ületamiseks suurt pöördemomenti. Kõrge rohu ja istiku vahel pöörlevad ketaslõikurid, tihendatud pinnases pöörlevad mullafreesid, puittaimestikku peenestavad niidukid ja savi puurivad postiaukudega puurivad niidukid – kõik need puutuvad kokku ootamatute takistuste suurenemisega, mis peataksid suure kiirusega ja väikese pöördemomendiga väljundi. Käigukasti reduktor neelab need löögid, pakkudes pöördemomendi reservi: käigukasti mitmekordistamine tagab, et isegi kui haakeseade kohtab takistust, mis ületab oluliselt püsikoormuse, on jõuvõtul ja mootoril käigukasti kaudu piisavalt mehaanilist eelist, et väljundvõll pöörlema ​​jääks.

Käigukasti reduktori kategoorias peab konkreetne ülekandearv vastama haakeriista nõuetele. A pöördlõikuri käigukast Tavaliselt kasutab see ülekandeid vahemikus 1,47:1 kuni 1,92:1, mille tulemusel on jõuvõtuvõlli pöörlemiskiirus 540 p/min 280–367 p/min. Ruloonipressi käigukast võib kasutada suuremat reduktsiooni (2,5:1 kuni 3:1), kuna rulooni moodustamise mehhanism vajab saagi tihedaks silindriliseks pakendiks kokkusurumiseks väga suurt pöördemomenti. Mullafreesi käigukast kasutab mõõdukat reduktsiooni (tavaliselt 1,6:1 kuni 2,5:1), mis tasakaalustab labaotsa kiiruse mulla tõhusaks lõikamiseks piisava pöördemomendiga juurestike ja kivise pinnase käsitlemiseks.

Pumpade ja generaatori ajamid → Kiiruse suurendaja

Hüdraulilised pumbad, tsentrifugaalveepumbad, õhukompressorid ja jõuvõtuvõlli abil töötavad generaatorid jagavad kõik ühte ühist omadust: nende sisemised komponendid on konstrueeritud pöörlemiskiirustele, mis on traktori jõuvõtuvõlli väljundvõimsusest tunduvalt suuremad. Hammasrattatüüpi hüdrauliline pump toodab 540 p/min juures tühise vooluhulga – sisemised lõtkud, mis tagavad piisava tihendi 2000 p/min juures, muutuvad 540 p/min juures proportsionaalselt suureks, võimaldades enamikul väljatõrjutud vedelikust hammasrataste otste kaudu tagasi lekkida. Sama pumba käitamine selle projekteeritud kiirusel 2000+ p/min kiiruse suurendaja abil kõrvaldab selle efektiivsuskao ja annab nimivooluhulga.

Jõuvõtuvõlliga käitatavate generaatorite puhul on tegemist erijuhtumiga, kus väljundkiirus peab vastama fikseeritud elektrilisele sagedusele. 50 Hz võimsust kasutavatel turgudel (suurem osa Aasiast, Euroopast, Okeaaniast) peab generaator pöörlema ​​täpselt 1500 p/min (4-pooluselise generaatori puhul) või 3000 p/min (2-pooluselise generaatori puhul). 540 p/min jõuvõtuvõll, mis käitab 1:2,78 kiiruse suurendajat, toodab täpselt 1500 p/min – kuid iga jõuvõtuvõlli kiiruse muutus kandub otse generaatori sagedusele, põhjustades pingekõikumisi. Kiiruse suurendaja kvaliteet mõjutab otseselt elektrilise väljundi stabiilsust nendes rakendustes: hammasrataste haarde ebakorrapärasused, laagrite läbijooks ja korpuse vibratsioon aitavad kõik kaasa kiiruse pulseerimisele, mis muutub elektrilise väljundi sagedusvärinaks.

Töödeldud arvutusnäited

Näide 1: Pöördlõikuri reduktori valimine

72-tolline pöördlõikur vajab kuni 3-tollise läbimõõduga segapõõsa efektiivseks lõikamiseks tera otsa kiirust umbes 68 m/s. Tera pikkus pöördpunktist tipuni on 27 tolli (0,686 m). Otsa kiirus on võrdne π × rootori läbimõõt × p/min ÷ 60. Tagasi liikudes: 68 = π × (0,686 × 2) × p/min ÷ 60, seega p/min = 68 × 60 ÷ (π × 1,372) = 947 p/min. See on rootori kiirus, mida on vaja tera otstes. Kuna käigukasti väljundvõll on tera kanduriga ühendatud otseülekande kaudu (ilma vaherihma või ketita), peab käigukasti väljundvõll pöörlema ​​umbes 947 p/min.

Oota – 947 p/min on kõrgem kui 540 p/min jõuvõtuvõllil. Kas see tähendab, et vajad kiiruse suurendajat? Ei. Enamikul pöördlõikuritel on terakanduri läbimõõt palju väiksem kui tera ulatus pöördliigendist tipuni. Terakanduri (pöörleva ketta) läbimõõt on umbes 26 tolli; 27-tolline mõõde on tera enda pikkus pöördliigendi poldist tipuni. Terakanduri pöörlemiskiirus, mida juhib käigukasti väljund, on tavaliselt 300–400 p/min. Teraotsa kõrge kiirus tuleb pikast teravarrest, mitte võlli kõrgest pöörlemiskiirusest. Seega on õige käigukast tõepoolest reduktor: sisend 540 p/min ÷ 1,5:1 suhe = 360 p/min väljund, mis annab soovitud teraotsa kiiruse koos tera geomeetriaga. See näide illustreerib, miks on õige käigukasti tüübi valimisel oluline mõista tööseadise mehaanilist paigutust – mitte ainult selle kiirusnõuet.

Näide 2: Hüdraulilise pumba kiiruse suurendaja valimine

Jõuvõtuvõlli abil töötav puulõhkuja kasutab 16 cm³/pöörete hammasrataspumpa, mille kiirus on 2200 p/min ja rõhk 180 baari, ning ülerõhuventiil on seatud rõhule 210 baari. Traktoril on jõuvõtuvõll kiirusega 540 p/min ja võimsusega 35 hj (26,1 kW). Nõutav käigukasti ülekandearv: 2200 ÷ 540 = 4,07:1 suurenemine. Valige lähim kaubanduslik ülekandearv sellest suuremale: 1:4,5, mis annab tulemuseks 540 × 4,5 = 2430 p/min – pumba nimikiiruse vahemikus, kuid mitte üle selle maksimaalse lubatud kiiruse (tavaliselt 10% kuni 15% üle nimikiiruse).

Teoreetiline vooluhulk: 16 cm³/p × 2430 p/min ÷ 1000 = 38,9 l/min. Rakenda 92% mahulist efektiivsust: tegelik vooluhulk 35,8 l/min. Hüdrauliline võimsus reljeefil: 35,8 × 210 ÷ 600 = 12,5 kW. Liida käigukasti kaod (5% spiraalse kiiruse suurendaja puhul): 12,5 ÷ 0,95 = 13,2 kW jõuvõtuvõlli vajadus. See on 13,2 ÷ 26,1 = 50,6% saadaolevast jõuvõtuvõlli võimsusest – see on ohutu töövahemiku piires, jättes piisavalt varu mööduvateks ülekoormusteks, kui lõhkuv kiil kohtub sõlme või põikisuunalise takistusega.

Viis levinud valikuviga ja kuidas neid vältida

Pärast kaht aastakümmet põllumajandus- ja tööstusrakenduste jaoks jõuvõtuvõlli käigukastide spetsifikatsiooni ilmuvad teatud vead ikka ja jälle. Igaüks neist viib enneaegse rikke, kehva jõudluse või tarbetute kuludeni.

Viga 1: käigukasti valimine ainult hobujõudude järgi. Hobujõud on pöördemomendi ja kiiruse korrutis. Käigukast, mille võimsus on 50 hj ja ülekandearv 1:3, suudab hakkama saada hoopis teistsuguse pöördemomendiga kui sama käigukast ülekandearv 1:1,5 – väljundvõlli pöördemoment kahekordistub, kui sama hobujõu korral kahekordistada reduktsioonarvu. Kontrolli alati pöördemomenti just selle ülekandearvu juures, mida kavatsed kasutada, mitte andmesildil olevat tippvõimsust.

Viga 2: 540 p/min jõuvõtuvõlli kasutamine suure ülekandearvuga kiiruse suurendajaga, kui saadaval on 1000 p/min jõuvõtuvõll. Nagu meie artiklis käsitletud Jõuvõlli Konfiguratsioonides edastab 540 p/min jõuvõtuvõll sama võimsustaseme juures kaks korda suuremat pöördemomenti kui 1000 p/min jõuvõtuvõll. 540 p/min jõuvõtuvõlli suure ülekandearvuga kiiruse suurendaja koondab äärmise pöördemomendi sisendhammastele ja esimese astme hammastele. Üleminek 1000 p/min jõuvõtuvõllile madalama ülekandearvuga annab sama väljundkiiruse poole väiksema sisendpöördemomendi juures, pikendades jõuülekande iga komponendi eluiga.

Viga 3: Töötsükli ignoreerimine. Käigukast, mis on ette nähtud „50 hj vahelduvaks tööks”, ei suuda 8 tundi järjest pidevalt säilitada 50 hj. Põllumajanduslike pöördlõikureid käitavad reduktorid töötavad loomulikult vahelduvas tsüklis – suur koormus lõikekäigu ajal, peaaegu nullkoormus pöörete ajal. Hüdraulikapumpasid käitavad kiirusetõstjad töötavad pidevalt peaaegu nimikoormusel. Veenduge, et käigukasti nimivõimsus vastab rakenduse töötsüklile: vahelduv (S3), lühiajaline (S2) või pidev (S1).

Viga 4: Pumba kinnitusest tuleneva radiaalkoormuse eiramine. Kui kiiruse suurendaja väljundääriku küljes ripub raske hüdrauliline pump, tekitab pumba kaal väljundlaagrile staatilise radiaalkoormuse – lisaks pumba sisemiste rõhujõudude dünaamilisele radiaalkoormusele. Käigukasti kataloogid, mis loetlevad ainult pöördemomendi nimiväärtused, ei pruugi seda kombineeritud radiaalkoormust arvesse võtta. Määrake seade, mille väljundlaagrid on hinnatud nii arvutatud pöördemomendi kui ka pumba kaalust ja hüdraulilistest reaktsioonijõududest tuleneva kombineeritud radiaalkoormuse jaoks.

Viga 5: Liiga suur võtmine "lihtsalt ohutuse mõttes". Liiga üledimensioneeritud hammasreduktor tundub konservatiivse valikuna, kuid see tekitab omad probleemid. Käigukast, mis töötab oma nimivõimsusel 20%, tekitab nii vähe sisemist soojust, et kondensaadist tekkiv niiskus ei aurustu õlist kunagi – käigukast töötab pidevalt "külmleotamise" olekus, mis soodustab sisemist korrosiooni, eriti täppislihvitud hammaspindadel. Kondensatsiooniprobleem on hullem kliimas, kus on kõrge õhuniiskus ja suured päevase ja öise temperatuuri kõikumised. Õige suurusega käigukast, mis töötab oma pideva nimivõimsusega võimsusel 50% kuni 75%, soojeneb piisavalt soojaks, et kondensaat eemaldada, säilitades samal ajal mugava ohutusvaru tippkoormuste korral.

Kombineeritud seadmed: käigukastid mõlema funktsiooniga

Mõned põllumajandusseadmed vajavad sama masina piires nii kiiruse vähendamist kui ka suurendamist. Näiteks iseliikuv söödakombain kasutab niidukipea suure pöördemomendi ja madala kiirusega käitamiseks reduktorit, samal ajal kui kiiruse suurendajat kasutatakse hüdraulilise pumba käitamiseks, mis annab jõudu etteanderullile ja väljalasketoru pöörlemisahelatele. Kahe eraldi käigukasti asemel määravad mõned originaalseadmete tootjad kombineeritud seadme – ühe korpuse, millel on mitu väljundvõlli, mis töötavad ühisest sisendist erinevatel ülekandearvudel.

Neid kombineeritud seadmeid on keerulisem toota, kuid need pakuvad olulisi eeliseid joondamise täpsuse (kõik võllid on paigutatud sama valu abil) ja kompaktsuse (eraldi käigukastide vahel pole väliseid kronsteine ​​ega sidureid) osas. Ever-Power PTO käigukast insenerimeeskond disainib regulaarselt kohandatud kombinatsioone OEM-klientidele, kes vajavad mõlemat funktsiooni ühes ruumisäästlikus pakendis – võtke meiega ühendust et arutada teie kandideerimistingimusi.

Kui hinnatakse, kas kombineeritud seade sobib teie rakendusele, arvestage kahe väljundraja termilise vastastikmõjuga. Suure pöördemomendi ja madala kiirusega reduktori rada tekitab soojust peamiselt hammasrataste hõõrdumisest, samas kui suure kiirusega astme rada tekitab soojust pöörlemisest ja laagrite hõõrdumisest. Mõlemad soojusallikad soojendavad ühist õlimahtu. Kui kombineeritud soojustootmine ületab korpuse hajumisvõime, kuumeneb jagatud õli üle, mis võib halvendada samaaegselt mõlema väljundraja jõudlust. Nõuetekohane termiline analüüs projekteerimisetapis tagab, et kombineeritud seadme korpuse pindala ja õlimaht suudavad hakkama saada kogu termilise koormusega kõigis töötingimustes.

Korduma kippuvad küsimused

Toimetaja: Cxm