Boîte de vitesses pour le traitement de l'ensilage : Entraînement du souffleur et du défricheur

Entraînement du ventilateur de soufflage d'ensilage : projection du fourrage dans le silo

Les silos-tours (structures verticales en béton ou en acier revêtu de verre de 6 à 25 mètres de haut) sont remplis par soufflage de fourrage haché vers le haut à travers un tuyau de remplissage, grâce à un ventilateur centrifuge entraîné par prise de force. Ce ventilateur doit générer une vitesse d'air suffisante (30 à 45 m/s dans le tuyau de remplissage) pour mettre en suspension et transporter les particules de fourrage haché — dont la densité varie de 100 kg/m³ (herbe sèche) à 350 kg/m³ (ensilage de maïs humide) — du sol jusqu'au sommet du silo, contre la gravité. Le ventilateur fonctionne à une vitesse de 1 500 à 3 000 tr/min selon la hauteur du silo et la densité du fourrage, ce qui nécessite… boîte de vitesses de prise de force Augmentation de vitesse de 1:2,8 à 1:5,5 à partir d'une entrée de 540 tr/min. Ceci place le réducteur du souffleur dans la même plage de rapports que les entraînements de pompes centrifuges de pulvérisateurs à rampe, mais avec une puissance continue nettement supérieure (30 à 80 CV pour un souffleur contre 15 à 40 CV pour la plupart des pompes de pulvérisation) et pour des périodes de fonctionnement ininterrompues plus longues (8 à 14 heures par jour pendant la saison d'ensilage de 2 à 6 semaines).

Le ventilateur de la soufflerie traite des matières fourragères humides et acides, bien plus agressives que l'air ou l'eau claire. Le fourrage haché, avec une teneur en matière sèche de 30 à 40 % (60 à 70 % d'humidité), libère un jus légèrement acide (pH 5,5 à 6,5 pour le fourrage frais, diminuant à 3,5-4,5 au début de la fermentation) contenant des acides organiques (lactique, acétique et butyrique) qui corrodent les surfaces en acier standard et dégradent les joints d'arbre en NBR standard. Les particules de fourrage humide percutent également les pales et le carter du ventilateur à grande vitesse, provoquant une usure abrasive qui s'accentue avec la vitesse d'avance. boîte de vitesses pour ensilage Il est impératif d'assurer l'étanchéité contre les brouillards acides qui saturent l'air autour de l'entrée du ventilateur ; les joints d'arbre en FKM et les boîtiers revêtus de poudre époxy constituent la spécification minimale pour cet environnement chimiquement hostile.

Unités de défrichage et de façonnage : Gestion précise du front d'ensilage

Une raboteuse à ensilage (également appelée raboteuse de parement ou raboteuse de blocs) enlève l'ensilage de la face exposée d'un silo-couloir ou d'un silo-benne en rabotant une fine couche uniforme sur toute la largeur de la face. Le mécanisme de coupe est généralement un tambour rotatif (de 400 à 600 mm de diamètre) équipé de couteaux en acier trempé ou d'un système à fléaux à chaîne, fonctionnant à une vitesse de 400 à 800 tr/min. Le tambour balaie la face grâce à un châssis de déplacement à entraînement hydraulique ou mécanique, enlevant de 50 à 150 mm de profondeur par passage. Le réducteur entraînant le tambour de coupe nécessite un rapport proche de 1:1 pour une prise de force de 540 tr/min (produisant une vitesse de tambour de 400 à 540 tr/min) ou une augmentation de rapport modeste de 1:1,5 pour les configurations à fléaux à chaîne plus rapides fonctionnant à 800 tr/min.

La qualité de la surface de coupe influe directement sur la stabilité de l'ensilage. Une surface lisse, nette et uniforme minimise la surface exposée à l'oxygène, limitant ainsi la détérioration aérobie à une fine couche (10 à 20 mm) en surface, éliminée à chaque distribution. Une surface rugueuse, déchirée ou perturbée (produite par un chargeur à godet, alternative à une défricheuse dédiée) permet à l'oxygène de pénétrer de 100 à 300 mm dans l'ensilage, créant une zone de détérioration profonde qui gaspille de 5 à 15 % de la matière sèche disponible. La prise de force entraînant le tambour de la défricheuse doit fournir une vitesse de sortie régulière et stable pour obtenir une coupe nette ; toute fluctuation de vitesse provoque des vibrations des couteaux de coupe contre la surface de l'ensilage, déchirant le matériau au lieu de le raser. Pour plus d'informations sur l'interface entre les équipements de hachage et de transformation du fourrage en amont et le système de stockage d'ensilage, consultez notre guide technique. boîte de vitesses de l'ensileuse applications.

L'exploitation hivernale ajoute un défi supplémentaire lié à l'ensilage gelé. Dans les climats froids (Europe du Nord, Canada, nord des États-Unis), la surface exposée de l'ensilage gèle sur une profondeur de 50 à 200 mm lors de nuits où les températures descendent de -10 à -20 degrés Celsius. La coupe d'ensilage gelé exige 3 à 5 fois plus de couple que la coupe d'ensilage non gelé à la même vitesse de tambour – une augmentation soudaine de la charge que la boîte de vitesses doit absorber sans caler ni endommager les engrenages. boîte de vitesses pour ensilage Pour les applications de défigurage en climat froid, les moteurs doivent être dimensionnés pour le couple de pointe du matériau gelé (et non seulement pour le couple continu non gelé), et l'embrayage à glissement de la prise de force doit être calibré pour se déclencher à 2,0 à 2,5 fois le couple continu nominal plutôt qu'à 1,5 fois, comme c'est généralement le cas pour les applications en climat tempéré.

Réducteur de mélangeur TMR : réduction de vitesse extrême pour l'entraînement de la vis sans fin

Les mélangeuses de rations complètes mélangées (RCM) mélangent l'ensilage avec des concentrés, des minéraux et d'autres ingrédients alimentaires pour obtenir une ration homogène distribuée aux mangeoires. Les vis de mélange (vis hélicoïdales verticales dans les mélangeuses verticales, ensembles de pales ou de vis sans fin horizontales dans les mélangeuses horizontales) tournent entre 15 et 40 tr/min, soit l'une des vitesses de sortie les plus basses pour une boîte de vitesses agricole entraînée par prise de force (PDF). À partir d'une prise de force de 540 tr/min, cela nécessite un rapport de réduction de 1:13,5 à 1:36, un rapport extrême impossible à obtenir avec une conception classique à un ou deux étages par engrenages coniques et hélicoïdaux. Ce type de réducteur requiert des trains d'engrenages planétaires à plusieurs étages, des réducteurs à vis sans fin ou une combinaison d'engrenages coniques en entrée et planétaires en sortie.

Le couple à la sortie de la vis sans fin est par conséquent extrême. Une prise de force de 60 ch à 540 tr/min produit un couple d'entrée de 795 Nm. Avec un rapport de réduction de 1:27 (soit une vitesse de sortie de 20 tr/min), le couple de sortie est de 795 × 27 × 0,92 (rendement de la boîte de vitesses de 92 %) = environ 19 700 Nm, soit près de 20 000 Nm de couple continu sur l'arbre de la vis sans fin. Ce niveau de couple exige des diamètres d'arbre de sortie de 100 à 150 mm, des modules d'engrenages planétaires de 6 à 10 mm et des carters capables de supporter la charge de couple maximale sans déformation de l'alignement des paliers. Les boîtes de vitesses des mélangeurs TMR sont les plus lourdes et les plus exigeantes sur le plan structurel. boîte de vitesses agricole application dans les opérations d'élevage — une boîte de vitesses de mélangeur à vis verticale unique peut peser de 150 à 350 kg.

Les réducteurs des mélangeuses TMR fonctionnent quotidiennement, toute l'année, 365 jours par an, de 1 à 3 heures par jour, cumulant ainsi de 400 à plus de 1 000 heures de fonctionnement par an. Ce fonctionnement continu à des niveaux de couple extrêmes fait de la fatigue des roulements le facteur limitant leur durée de vie. Les roulements planétaires (qui supportent la totalité du couple de sortie réparti sur 3 à 5 planétaires) subissent la charge de fatigue cumulée la plus élevée de tous les roulements du réducteur. Les roulements à rouleaux coniques préchargés, avec une durée de vie en fatigue L10 calculée pour plus de 15 000 heures (15 à 20 ans d'utilisation quotidienne), constituent la spécification standard pour les réducteurs de mélangeuses TMR de qualité. La durée de vie réelle dépend fortement de la rigueur des vidanges d'huile et de la vigilance de l'opérateur, qui doit éviter les à-coups en déversant de grandes quantités d'aliments dans une vis sans fin fixe.

Entraînement de l'enrubanneuse et équipement de chargement d'ensilage

L’ensilage en balles – balles rondes ou carrées enrobées de film plastique étirable – est une alternative de plus en plus courante au stockage en silo ou en tour, notamment dans les petites exploitations d’élevage et pour les fourrages de haute valeur ajoutée (luzerne, céréales complètes, grains concassés). L’enrubanneuse utilise un bras d’enrubannage entraîné par une prise de force qui tourne autour de la balle à une vitesse de 20 à 40 tr/min, appliquant 4 à 6 couches de film plastique sous tension contrôlée. Le réducteur entraînant le bras d’enrubannage nécessite une réduction de vitesse importante (de 1:13,5 à 1:27 par rapport à une prise de force de 540 tr/min), ce qui le place dans une gamme de rapports similaire à celle des réducteurs de mélangeuses TMR, mais avec une puissance bien moindre (de 5 à 15 ch contre 40 à 120 ch pour une mélangeuse). boîte de vitesses de prise de force Une enrubanneuse de balles peut donc utiliser un réducteur à vis sans fin plus simple (plutôt que la conception planétaire à plusieurs étages nécessaire pour un mélangeur à couple élevé), atteignant le rapport requis en un seul étage compact avec une capacité d'autoblocage inhérente qui maintient le bras d'enrubannage immobile lorsque la prise de force est désengagée.

La vitesse du bras d'enrubannage doit rester constante tout au long du cycle d'enrubannage afin de garantir un chevauchement uniforme du film. Une vitesse variable engendre des couches de film irrégulières (plus épaisses d'un côté que de l'autre), créant des points faibles où l'oxygène pénètre la barrière de film pendant le stockage, amorçant ainsi une détérioration localisée qui se propage dans toute la balle. Un réducteur à vis sans fin, doté d'une vis sans fin rectifiée avec précision et d'une roue en bronze, assure la stabilité de vitesse intrinsèque nécessaire à un enrubannage régulier : le rapport de réduction élevé et la géométrie de contact glissant des engrenages à vis sans fin amortissent naturellement les fluctuations de vitesse dues à la prise de force, offrant une vitesse de sortie plus stable qu'un train d'engrenages droits ou hélicoïdaux de rapport équivalent.

Les équipements de chargement d'ensilage (fourches à benne preneuse, coupe-blocs montés sur chariots télescopiques et chargeurs à bande transporteuse) peuvent également intégrer des groupes hydrauliques entraînés par prise de force (PDF) qui fournissent le débit et la pression hydrauliques nécessaires au mécanisme de chargement. Ces groupes hydrauliques utilisent une pompe à engrenages hydrauliques entraînée par un réducteur, fonctionnant à une vitesse de 1 500 à 2 500 tr/min (rapport de multiplication de 1:2,8 à 1:4,6 par rapport à la PDF de 540 tr/min) avec une puissance de 15 à 30 CV. Le réducteur d'un groupe hydraulique de chargement d'ensilage fonctionne dans le même environnement corrosif, acide et humide que les réducteurs des défricheuses et des mélangeuses TMR, et exige donc les mêmes spécifications pour le joint FKM et le revêtement résistant aux acides. Le cycle de fonctionnement intermittent des équipements de chargement (1 à 2 heures par jour avec des arrêts et redémarrages fréquents) crée des cycles thermiques qui accélèrent la condensation à l'intérieur du carter du réducteur. Des clapets anti-retour étanches et une surveillance régulière de l'huile sont essentiels pour prévenir l'accumulation d'humidité, source de corrosion interne pendant les longues périodes d'inactivité entre les chargements.

Conception résistante à l'acidité pour le contact avec l'ensilage fermenté

L'ensilage bien fermenté présente un pH de 3,5 à 4,5, plus acide que le jus d'orange et comparable à celui du vinaigre. Les acides organiques responsables de cette acidité (acide lactique à raison de 60 à 80 g/kg de matière sèche, acide acétique à raison de 10 à 30 g/kg, et de plus faibles quantités d'acides butyrique et propionique) corrodent l'acier au carbone standard, dégradent les joints en caoutchouc NBR et attaquent les fixations zinguées standard. Chaque composant de la boîte de vitesses en contact direct avec l'ensilage ou le jus d'ensilage (intérieur du carter de soufflerie, carter d'entraînement du tambour de décapage) doit résister à cet environnement chimique pendant 5 à 15 ans d'exposition saisonnière ou quotidienne.

Le revêtement des carters des réducteurs en contact avec l'ensilage doit être un revêtement en poudre époxy ou polyester bicomposant d'une épaisseur supérieure à 100 micromètres, plus épais et offrant une meilleure résistance chimique que le revêtement de 60 à 80 micromètres utilisé sur les réducteurs agricoles à usage général. Les fixations externes (boulons, bouchons de vidange, trappes de visite) doivent être en acier inoxydable (grade A2 ou A4) et non en acier doux zingué. Les joints d'arbre doivent être en FKM (fluoroélastomère) et non en NBR : le FKM résiste aux acides organiques aux concentrations présentes dans le jus d'ensilage, tandis que le NBR se ramollit et gonfle après 6 à 12 mois d'exposition continue à l'acide. Arbre de prise de force Les transmissions des équipements de traitement d'ensilage doivent également utiliser des composants en acier inoxydable ou zingués-nickelés pour le joug et le palier transversal, car l'exposition quotidienne à l'acide accélère la corrosion du zingage standard sur les surfaces de transmission difficiles à inspecter et à entretenir.

Maintenance sur trois cycles de service d'équipement

Les trois principaux types de réducteurs pour l'ensilage présentent des rythmes d'entretien et des exigences de maintenance fondamentalement différents. Le réducteur du souffleur fonctionne intensivement pendant 2 à 6 semaines lors de la saison d'ensilage (200 à 500 heures), puis reste inactif pendant 10 à 11 mois. Il nécessite alors une vidange d'huile avant la saison et un nettoyage et une protection anticorrosion après la saison. Le réducteur du déchaumeur fonctionne quotidiennement pendant la saison d'alimentation (6 à 9 mois, soit 200 à 600 heures), avec une vidange d'huile en milieu de saison et avant le stockage. Le réducteur du mélangeur TMR fonctionne quotidiennement toute l'année (400 à plus de 1 000 heures par an), nécessitant une vidange d'huile toutes les 500 heures ou une fois par an, selon la première échéance, ainsi qu'une surveillance continue du bruit des roulements, signe de fatigue des paliers planétaires.

L'huile pour engrenages EP à base de PAO synthétique (ISO VG 220 pour le ventilateur et le décapeur, ISO VG 320 pour le mélangeur TMR) est recommandée pour les trois applications. Le ventilateur bénéficie de la stabilité thermique de l'huile synthétique lors d'un fonctionnement estival à haute vitesse. Le décapeur profite de la fluidité à basse température de l'huile synthétique lors des démarrages matinaux hivernaux, entre -10 et -20 °C. Le mélangeur TMR bénéficie de la résistance supérieure du film lubrifiant de l'huile synthétique, soumise aux pressions de contact extrêmes générées par l'engrènement planétaire à basse vitesse et couple élevé. Dans les trois cas, les meilleures propriétés de séparation de l'eau de l'huile synthétique contribuent à limiter la contamination par l'humidité, inévitable dans l'environnement de transformation de l'ensilage.

Foire aux questions

Éditeur : Cxm