Réducteur de rampe de pulvérisation : Ingénierie des entraînements de pompes de pulvérisation sur le terrain

Types de pompes pour pulvérisateurs à rampe : centrifuge, à membrane ou à piston

Les pulvérisateurs à rampe utilisent trois types de pompes principales, chacune ayant des exigences de vitesse distinctes qui déterminent le boîte de vitesses de prise de force Les pompes centrifuges dominent le segment de marché des pulvérisateurs à haut débit et basse pression. Les pulvérisateurs à rampe pour céréales, pâturages et applications générales d'herbicides fonctionnent généralement à une pression de buse de 3 à 8 bars, avec des débits de 150 à 500 litres par minute répartis sur des largeurs de rampe de 12 à 36 mètres. Une pompe centrifuge adaptée à cette application tourne entre 3 000 et 4 000 tr/min, nécessitant un multiplicateur de vitesse de 1:5,5 à 1:7,5 à partir d'une prise de force (PDF) à 540 tr/min, ou de 1:3 à 1:4 à partir d'une PDF à 1 000 tr/min. Leurs avantages sont un débit élevé, un fonctionnement régulier et sans pulsations, et un comportement stable même en cas de restriction du débit (la pression augmente sans que la pompe ne cale).

Les pompes à membrane sont le choix privilégié pour la pulvérisation à moyenne pression : application de fongicides, d’herbicides de contact et de régulateurs de croissance nécessitant une pression de buse de 8 à 25 bars pour une qualité de pulvérisation optimale. Ces pompes volumétriques assurent un débit constant quelle que soit la pression de refoulement (limitée par le réglage de la soupape de décharge) et supportent les formulations chimiques abrasives qui éroderaient les turbines des pompes centrifuges en une saison. Les pompes à membrane fonctionnent entre 400 et 900 tr/min, nécessitant un rapport de transmission de 1:1 (entraînement direct) ou une augmentation de vitesse modérée de 1:1,5 à 1:1,7 à partir d’une prise de force à 540 tr/min. En contrepartie, le débit est pulsé : une pompe à membrane à 6 cylindres produit 6 pulsations de pression par tour à une fréquence de 8 à 15 Hz, ce qui requiert un accumulateur pour amortir ces pulsations avant qu’elles n’atteignent la rampe de pulvérisation.

Les pompes à pistons délivrent les pressions les plus élevées (25 à 80 bars) pour des applications spécifiques : désherbeurs, arrosage des racines et systèmes de nettoyage haute pression intégrés au pulvérisateur. Elles fonctionnent entre 300 et 700 tr/min et utilisent soit une transmission directe (rapport 1:1), soit une réduction de vitesse modérée (rapport 1:0,6 à 1:0,9) à partir d'une prise de force (PDF) à 540 tr/min. La très haute pression de sortie exige un dimensionnement précis du réducteur : même de faibles débits supérieurs à 50 bars consomment une puissance importante (1 litre par minute à 50 bars nécessite environ 0,1 ch avec un rendement de pompe de 100%, ou 0,15 ch avec un rendement typique de pompe de 65%).

Sélection du rapport d'augmentation de vitesse pour un entraînement de pompe centrifuge

Les pompes centrifuges de pulvérisation obéissent aux mêmes lois d'affinité que les pompes d'irrigation : le débit est proportionnel à la vitesse, la pression au carré de la vitesse et la puissance au cube de la vitesse. Une erreur de 5 % sur la vitesse d'entrée de la boîte de vitesses se traduit par une erreur de 5 % sur la vitesse de sortie de la pompe, ce qui engendre une erreur de 10 % sur la pression à la buse et une erreur de 16 % sur la puissance à la boîte de vitesses. Cette relation cubique implique que faire fonctionner une pompe centrifuge de pulvérisation à 10 % au-dessus de sa vitesse nominale (pour augmenter le débit) requiert 33 % de puissance supplémentaire, ce qui risque de surcharger la boîte de vitesses et la prise de force du tracteur.

À partir d'une prise de force de 540 tr/min, atteindre une vitesse de pompe de 3 000 tr/min nécessite un rapport de 1:5,56, proche de la limite supérieure pratique pour une conception à engrenages coniques hélicoïdaux mono-étagés. Pour des vitesses de pompe de 3 500 à 4 000 tr/min (typiques des pulvérisateurs centrifuges haute pression), le rapport requis de 1:6,5 à 1:7,4 dépasse les capacités d'un mono-étagé et exige un bi-étagé. boîte de vitesses du pulvérisateur à rampe Conception. Une configuration à deux étages combine un étage d'entrée à engrenages coniques (rapport de 1:2,5 à 1:3) avec un étage de sortie à engrenages hélicoïdaux (rapport de 1:2,5 à 1:3), répartissant le rapport total sur deux engrenages et maintenant chaque étage dans sa plage de rapport optimal. Le rendement cumulé des deux étages est de 91 à 95 %, légèrement inférieur aux 96 à 98 % obtenus avec un réducteur à un seul étage, mais ce compromis est justifié par la marge de sécurité structurelle qu'il offre à haute vitesse de sortie.

Avec une prise de force (PDF) à 1 000 tr/min, le rapport de démultiplication total requis chute à 1:3 ou 1:4 pour les mêmes vitesses de pompe, ce qui reste largement dans les limites d'un système mono-étagé. C'est un avantage significatif du fonctionnement avec une PDF à 1 000 tr/min pour la pulvérisation haute pression : boîte de vitesses simplifiée, rendement accru, coût réduit et niveau sonore plus faible. Les fabricants de solutions de boîtes de vitesses agricoles, tels que… Boîte de vitesses de prise de force Ever-Power Ils proposent des configurations à un ou deux étages, permettant à l'intégrateur de pulvérisateurs de sélectionner l'équilibre mécanique optimal pour sa combinaison spécifique de vitesse de prise de force et de vitesse de pompe.

Pulsations de pression : Stabilité du débit de la boîte de vitesses et uniformité de pulvérisation

Les pulsations de pression à la buse de pulvérisation ont deux origines distinctes : les pulsations inhérentes aux pompes volumétriques (chaque course de piston ou de membrane produit une pulsation de pression) et les pulsations de vitesse induites par la dynamique de la boîte de vitesses et de la transmission. La première source est compensée par des amortisseurs à accumulateur dans la tuyauterie de refoulement de la pompe. La seconde source, les pulsations induites par la boîte de vitesses, peut être directement maîtrisée par les spécifications de cette dernière, grâce à des choix de conception qui influent sur la stabilité du régime de sortie.

Les pulsations de vitesse induites par la boîte de vitesses ont trois causes principales. La première est la variation de vitesse due au joint de Hooke de la transmission de la prise de force : une transmission standard à joint de cardan, fonctionnant en angle, génère une variation de vitesse de deux fois par tour à l'entrée de la boîte de vitesses. Pour une prise de force à 540 tr/min et un angle de transmission de 10 degrés, cette variation est d'environ ±3 %. La boîte de vitesses transmet directement cette variation de vitesse à la pompe, ce qui entraîne une fluctuation de la vitesse de la pompe de ±3 %, une fluctuation de pression de ±6 % et une variation visible de la taille et de la forme des gouttelettes de pulvérisation. Une transmission à vitesse constante (CV) élimine cette source en supprimant la géométrie inhérente du joint de Hooke, mais elle est rarement spécifiée sur les pulvérisateurs à rampe, car la géométrie de leur barre d'attelage maintient généralement les angles de transmission en dessous de 5 degrés, seuil auquel les joints de cardan standard sont acceptables. La deuxième cause est l'excitation de l'engrènement : de petites variations périodiques de la géométrie des dents d'engrenage produisent des pulsations de vitesse à la fréquence d'engrènement (tr/min × nombre de dents). Pour un engrenage AGMA Quality 10 de 18 dents tournant à 540 tr/min, la fréquence d'engrènement est de 162 Hz, avec une variation de vitesse inférieure à 0,1 %, négligeable pour les applications de pulvérisation. La troisième cause est l'irrégularité des roulements : des pulsations dues à des défauts des bagues ou des billes peuvent entraîner une variation de vitesse de 0,5 à 1 % lorsque les roulements s'usent.

Pour un boîte de vitesses du pulvérisateur à rampe Lors de l'entraînement d'une pompe centrifuge, la stabilité de vitesse cible est de ±1 % quelles que soient les conditions de fonctionnement (variations de charge, de température et de vitesse de la prise de force). Cette stabilité permet au système de régulation de la pression de pulvérisation de maintenir une précision de pression de ±2 % au niveau des buses, ce qui se traduit par une précision de débit d'application de ±1 %, dans les limites de tolérance agronomiques pour l'application de produits chimiques. Pour une analyse plus approfondie des rapports d'entraînement des pompes à vitesse variable pour diverses applications agricoles, consultez notre guide technique. boîte de vitesses pour pulvérisateur agricole sélection et correspondance.

Résistance chimique : Joints et revêtements pour environnements de pulvérisation

Les formulations de produits chimiques agricoles contiennent des solvants organiques (xylène, hydrocarbures dans les formulations EC), des activateurs acides (adjuvants sulfates), des concentrés de glyphosate alcalins et des agents mouillants à forte charge qui attaquent agressivement les joints d'arbre en NBR (nitrile) et les fixations zinguées standard. Bien que la boîte de vitesses elle-même ne contienne pas de produit chimique (elle transmet le couple à la pompe, qui, elle, contient le produit chimique), les projections de pulvérisation et les débordements lors du remplissage déposent régulièrement des produits chimiques sur l'extérieur du carter. Tout produit chimique entrant en contact avec un arbre usé ou mal étanche peut migrer dans l'huile de la boîte de vitesses le long de la surface de l'arbre.

Pour une boîte de vitesses de pulvérisateur résistante aux produits chimiques, le joint d'arbre doit être en FKM (fluoroélastomère, marque Viton) et non en NBR (caoutchouc nitrile), matériau standard. Le FKM résiste aux solvants organiques, aux acides, aux bases et aux agents mouillants à des concentrations qui détériorent le NBR en quelques mois. Les joints à double lèvre avec chambre intermédiaire purgée à la graisse offrent une protection supplémentaire : la lèvre extérieure empêche la majeure partie du contact avec les produits chimiques, la barrière de graisse retient les produits chimiques qui la franchissent et la lèvre intérieure empêche la graisse contaminée de migrer dans l'huile de la boîte de vitesses. Des soupapes de ventilation étanches empêchent les brouillards chimiques de pénétrer dans le carter lors du cycle de ventilation thermique qui se produit lorsque la boîte de vitesses refroidit après chaque utilisation.

Le revêtement du carter doit être un revêtement en poudre époxy ou polyester d'une épaisseur minimale de 80 micromètres. La peinture acrylique standard se détériore rapidement sous l'effet d'expositions chimiques répétées et des cycles alternés d'humidification et de séchage lors des opérations de pulvérisation et de rinçage. Les fixations externes (boulons du carter, bouchons de vidange, trappes de visite) doivent être en acier inoxydable ou zingué-nickelé, et non en acier doux zingué standard, qui se corrode sous l'effet des attaques chimiques et se grippe dans le filetage du carter. boîte de vitesses agricole Le fournisseur propose des kits de spécifications résistants aux produits chimiques pour les pulvérisateurs, intégrant ces améliorations dans un produit configuré en usine plutôt que de nécessiter une modification sur site. La compatibilité des mélanges en cuve est un autre facteur à prendre en compte, car elle influe indirectement sur la durée de vie de la boîte de vitesses : lorsque plusieurs produits chimiques sont mélangés dans la solution de pulvérisation, leur activité chimique combinée peut être plus agressive que celle de chaque produit pris individuellement, accélérant ainsi la dégradation des joints et revêtements standard au-delà des prévisions basées sur leurs indices de résistance chimique respectifs.

Intégration du système hydraulique de la flèche : sortie de boîte de vitesses auxiliaire en option

Les rampes de pulvérisation modernes à grande largeur (de 24 à plus de 36 mètres) utilisent des vérins hydrauliques pour le repliage, le réglage en hauteur et l'autonivellement ; ces fonctions sont assurées par un débit hydraulique à une pression de 100 à 200 bars. La plupart des pulvérisateurs puisent ce débit hydraulique dans le système hydraulique du tracteur, ce qui évite d'avoir recours à une pompe supplémentaire entraînée par la boîte de vitesses. Cependant, les pulvérisateurs utilisés avec des tracteurs dont le débit hydraulique est limité (tracteurs anciens, tracteurs compacts utilisés pour des pulvérisateurs spécialisés de petite taille) peuvent intégrer une pompe hydraulique dédiée, entraînée par une sortie secondaire de la boîte de vitesses de la pompe de pulvérisation.

Un réducteur de pulvérisateur à sorties multiples fournit le débit de la pompe centrifuge ou à membrane principale à la vitesse requise, ainsi qu'une sortie secondaire (généralement à une vitesse de prise de force de 540 tr/min, ou légèrement démultipliée) pour l'entraînement de la pompe hydraulique. La puissance requise pour la sortie secondaire est modeste (généralement de 3 à 8 ch pour le repliage et la mise à niveau de la rampe), mais le réducteur doit supporter cette charge supplémentaire sans compromettre la stabilité du débit de la pompe principale. Les configurations à sorties multiples sont plus coûteuses que les unités à sortie unique de capacité de pompe principale équivalente, mais elles éliminent la dépendance au système hydraulique du tracteur et permettent au pulvérisateur de fonctionner de manière constante avec la large gamme de modèles de tracteurs utilisés par les entrepreneurs.

Maintenance et étalonnage de pré-saison

L'application des traitements phytosanitaires est calendaire : dès qu'une maladie ou une adventice atteint le seuil de traitement, la période d'application se termine en quelques jours. Toute panne de matériel durant cette période a des conséquences directes sur le rendement, irréversibles malgré les réparations a posteriori. La préparation avant saison doit inclure une vidange d'huile (huile neuve avec additifs adaptés à l'augmentation de la vitesse de fonctionnement), l'inspection des roulements, la vérification du limiteur de couple de la prise de force, et… Arbre de prise de force Graissage et contrôle d'usure du joint de cardan. Avant la première utilisation sur le terrain, tester la pression et le débit de la pompe en conditions de fonctionnement afin de confirmer que le réducteur atteint la vitesse nominale de la pompe et que celle-ci fournit le débit nominal.

Pendant la saison de pulvérisation, les contrôles quotidiens comprennent la vérification du niveau d'huile, l'inspection visuelle des fuites au niveau de tous les joints d'arbre (la dégradation des joints due aux produits chimiques est le mode de défaillance le plus fréquent et se manifeste par des suintements d'huile avant une rupture catastrophique), et la vérification de la pression de la pompe à l'aide du manomètre du pulvérisateur. Une chute de pression à débit constant indique soit une usure de la pompe (érosion de la roue dans les pompes centrifuges ou usure du siège de soupape dans les pompes à membrane), soit une perte de vitesse de la boîte de vitesses due à la détérioration progressive des roulements ou des engrenages (usure de la transmission, patinage de la boîte de vitesses dû à la détérioration de l'embrayage ou des roulements). Dans les deux cas, un diagnostic et une correction sont nécessaires avant la prochaine application : un fonctionnement à pression réduite produit des gouttelettes trop grosses, une couverture réduite et un contrôle insuffisant des adventices ou des ravageurs.

Après la saison, un rinçage complet du pulvérisateur, y compris de l'extérieur de la boîte de vitesses, est essentiel. Les résidus chimiques sur le carter accélèrent la corrosion pendant l'hivernage, et tout résidu chimique présent dans la tuyauterie de pulvérisation durant cette période peut corroder les composants de la pompe et les joints, et contaminer la première application de la saison suivante. L'huile pour engrenages synthétique (à base de PAO, ISO VG 220) est recommandée pour les boîtes de vitesses des pulvérisateurs agricoles : sa stabilité thermique et sa résistance à l'oxydation supérieures lui permettent de mieux supporter les variations de vitesse que l'huile minérale, et ses meilleures propriétés hydrofuges empêchent l'infiltration d'humidité lors de l'hivernage dans les hangars non chauffés.

Foire aux questions

Éditeur : Cxm