Riduttore per coltivatore profondo: Ingegneria della trasmissione per ripuntatore e ripper

Lavorazione profonda motorizzata: dove la trasmissione della presa di forza fa la differenza.

I dissodatori e i ripper convenzionali sono attrezzi a trazione passiva: denti rigidi vengono trainati nel terreno dalla barra di traino del trattore, senza bisogno di presa di forza né di cambio. Questi attrezzi funzionano bene in terreni asciutti e friabili, dove il dente statico può rompere lo strato compattato grazie alla pura forza meccanica. Tuttavia, in terreni argillosi, plastici o con profili fortemente compattati, dove la forza di frattura statica supera la forza di traino disponibile del trattore, la lavorazione passiva del terreno diventa impraticabile: le ruote del trattore perdono trazione prima che il dente rompa lo strato compatto, lasciandolo intatto. È qui che entrano in gioco i coltivatori profondi motorizzati.

Un coltivatore profondo motorizzato utilizza un meccanismo oscillante, rotante o vibrante azionato dalla presa di forza per rompere lo strato compatto in modo dinamico anziché statico. Il meccanismo di carico dinamico, che si tratti di un gruppo di denti rotanti, di un vomere vibrante o di un rotore profondo, applica una forza ciclica al terreno a frequenze da 5 a 20 Hz, riducendo la forza di trazione media richiesta dal 40 al 70% rispetto alla lavorazione profonda passiva. riduttore della presa di forza Il meccanismo di azionamento deve convertire l'ingresso ad alta velocità della presa di forza (540 o 1.000 giri/min) nell'uscita a bassa velocità e coppia elevata richiesta dal meccanismo di fratturazione del terreno, tipicamente con una riduzione di velocità da 1:3 a 1:8 a seconda del modello di coltivatore.

Le configurazioni più comuni di coltivatori profondi motorizzati sono le fresatrici rotative profonde (simili a una fresa rotativa standard ma con denti più lunghi che raggiungono una profondità di lavoro da 250 a 400 mm), i dissodatori oscillanti (in cui il vomere si muove avanti e indietro a bassa frequenza azionato dalla presa di forza) e le unità combinate profondo-superficiale che abbinano un dissodatore passivo a un livellatore rotativo motorizzato montato posteriormente. Ogni configurazione crea un profilo di carico del riduttore distinto, ma tutte condividono il requisito fondamentale di un'elevata coppia di uscita costante combinata con la capacità di assorbire i violenti impatti causati da rocce e masse di radici incontrate alla profondità di lavoro.

Principi di progettazione dei cambi a bassa velocità e coppia elevata

UN cambio per coltivatore profondo Rappresenta l'estremo ad alta coppia dello spettro di progettazione dei riduttori agricoli. Mentre il riduttore della ventola di una seminatrice trasmette una coppia modesta a una velocità di uscita molto elevata, il riduttore di una fresa trasmette una coppia molto elevata a una velocità di uscita modesta, e i compromessi ingegneristici sono fondamentalmente diversi. La coppia di uscita a 100 giri/minuto con una potenza di 60 CV è oltre 4,5 volte superiore alla coppia di ingresso a 540 giri/minuto con la stessa potenza (la coppia di uscita è inversamente proporzionale al rapporto di riduzione della velocità). Questa amplificazione della coppia richiede denti degli ingranaggi con una notevole resistenza alla base, moduli di dimensioni maggiori e diametri dell'albero dimensionati per la resistenza alla fatica piuttosto che solo per la rigidità.

Il modulo dell'ingranaggio (il parametro relativo alla dimensione del dente che determina sia la capacità di carico che la velocità di rotazione a una data velocità primitiva) per un tipico ingranaggio di uscita di una fresa profonda è compreso tra 5 e 8 mm, sostanzialmente maggiore rispetto al modulo di 3-4 mm utilizzato in un riduttore per falciatrici rotative di potenza comparabile, dove la velocità di uscita è più elevata. Moduli più grandi producono denti dell'ingranaggio più grandi con radici più profonde, distribuendo il carico di taglio su una maggiore quantità di materiale e fornendo la resistenza alla flessione necessaria per resistere alla rottura della radice del dente durante un funzionamento prolungato ad alta coppia. Il diametro dell'albero di uscita in corrispondenza dei cuscinetti è in genere compreso tra 60 e 100 mm, anch'esso sostanzialmente maggiore rispetto ai 35-50 mm comuni nei riduttori agricoli ad alta velocità, fornendo l'area della sezione trasversale necessaria per gestire l'elevata sollecitazione di taglio torsionale senza superare il limite di fatica del materiale dell'albero.

La selezione dei cuscinetti per la posizione di uscita ad alta coppia richiede cuscinetti a rulli conici anziché i cuscinetti a sfere a gola profonda preferiti per le applicazioni ad alta velocità. I ​​rulli conici gestiscono i carichi radiali e assiali combinati generati dagli ingranaggi conici elicoidali o a spirale ad alta coppia e la loro capacità di carico sostanzialmente maggiore per unità di ingombro li rende l'unica scelta pratica per le posizioni dei cuscinetti adiacenti all'ingranaggio di uscita ad alta coppia. Produttori come Riduttore di potenza Ever-Power Specificare set di cuscinetti a rulli conici abbinati con precarico controllato per le posizioni di uscita del riduttore del coltivatore profondo: l'impostazione del precarico (tipicamente da 0,05 a 0,15 mm di compressione assiale) garantisce una distribuzione uniforme del carico sui rulli del cuscinetto in presenza dell'elevato carico ciclico caratteristico degli attrezzi per la lavorazione del terreno.

Fresatrici rotative profonde e dissodatori motorizzati: architettura di azionamento

Una fresa rotativa profonda estende la profondità di lavoro di una fresa rotativa standard dai tipici 150-200 mm della lavorazione convenzionale a 250-400 mm di ripristino del sottosuolo. Il gruppo di frese porta lame più lunghe su un albero del rotore più pesante e il riduttore che aziona il rotore deve trasmettere dal 30 al 50% di potenza in più rispetto a una fresa superficiale. distributore agricolo della stessa larghezza di lavoro perché l'impegno più profondo dei denti consuma proporzionalmente più energia per unità di avanzamento. Da una PTO di 540 giri/min, il cambio riduce la velocità a 200-280 giri/min sull'albero del rotore, un rapporto di riduzione da 1:1,9 a 1:2,7 che produce la velocità della punta dei denti del rotore (da 5 a 7 m/s) necessaria per un'efficace frantumazione del terreno e frammentazione laterale alla maggiore profondità di lavoro dove la densità del terreno e la resistenza coesiva sono sostanzialmente più elevate rispetto allo strato di lavorazione superficiale. Per un confronto con attrezzature per lavorazioni superficiali che utilizzano un'architettura di trasmissione simile ma valori di coppia inferiori, vedere la nostra guida tecnica su riduttore dell'erpice rotante progettazione e applicazione.

I dissodatori motorizzati utilizzano un meccanismo diverso: anziché un gruppo di denti rotanti, impiegano denti verticali (tipicamente da 4 a 8 denti su una larghezza di lavoro da 3 a 5 metri) con oscillazione azionata dalla presa di forza (PTO) che fa vibrare ciascun dente avanti e indietro a una frequenza da 5 a 15 Hz e con un'ampiezza di corsa da 30 a 80 mm. Il meccanismo di oscillazione utilizza una manovella eccentrica azionata dall'uscita del riduttore della PTO, convertendo il moto rotatorio in moto alternativo tramite un meccanismo a manovella e biella simile a quello utilizzato nelle falciatrici a lame alternative, ma con livelli di coppia molto più elevati. L'albero motore deve ruotare alla frequenza di oscillazione desiderata, da 300 a 900 giri/minuto se l'oscillazione è da 5 a 15 Hz (poiché un ciclo di oscillazione = una rotazione della manovella), il che richiede un rapporto di trasmissione da 1:1,8 a 1:0,6 da una PTO a 540 giri/minuto a seconda della frequenza target.

Protezione dagli impatti delle rocce: sopravvivere nell'ambiente del sottosuolo

A una profondità di lavoro compresa tra 300 e 600 mm, le macchine per la lavorazione profonda del terreno incontrano caratteristiche geologiche che le attrezzature per la lavorazione superficiale non vedono mai: grandi pietre (massi di oltre 200 mm che si sono depositati al di sotto dello strato di terreno coltivato), affioramenti rocciosi, radici e ceppi sepolti da precedenti disboscamenti e reperti metallici (punte di aratro rotte, frammenti di tubi di irrigazione, pali di recinzione) che sono stati arati e sepolti da decenni di lavorazione convenzionale. Ciascuno di questi ostacoli genera carichi d'impatto sul dente o sul vomere che possono superare da 5 a 15 volte la normale forza di avanzamento in pochi millisecondi.

La protezione da sovraccarico sui coltivatori profondi utilizza un approccio a strati. La difesa primaria è una frizione di slittamento della trasmissione PTO o un bullone di taglio calibrato per rilasciarsi a 1,5-2,0 volte la coppia continua nominale, proteggendo il riduttore della presa di forza dai picchi di coppia che altrimenti danneggerebbero i denti degli ingranaggi o fratturerebbero gli alberi. La protezione individuale del gambo è la difesa secondaria: ogni dente o gambo è montato su un gruppo di sgancio idraulico o a molla che consente al gambo di flettersi all'indietro quando incontra un ostacolo immobile, per poi tornare nella sua posizione di lavoro una volta superato l'ostacolo. I sistemi a ripristino idraulico (che utilizzano un accumulatore idraulico per fornire la forza di sgancio) offrono la massima precisione di ripristino e resistenza ai falsi allarmi su piccoli ostacoli, mentre i sistemi a ripristino a molla sono meccanicamente più semplici ed economici, ma richiedono una regolazione periodica della tensione della molla per mantenere una forza di sgancio costante.

La specifica del materiale del carter del riduttore è più importante per le coltivatrici profonde che per la maggior parte degli attrezzi agricoli, a causa della severità dei carichi d'impatto. La ghisa sferoidale (ghisa SG, EN-GJS-400-15 o di grado superiore) è il materiale minimo accettabile per il carter: la ghisa grigia standard si frattura sotto i carichi d'urto tipici degli impatti con rocce del sottosuolo, mentre la ghisa sferoidale si deforma localmente senza fessurazioni passanti o fratture catastrofiche del carter. Per le applicazioni più impegnative (terreni vulcanici con un elevato contenuto di massi, terreni bonificati con detriti edili interrati), i carter in acciaio saldato offrono una tenacità all'impatto da 3 a 5 volte superiore rispetto alla ghisa sferoidale, a scapito di una conduttività termica moderatamente ridotta: un compromesso accettabile per proteggere il riduttore da guasti catastrofici dovuti all'impatto.

Dimensionamento in base alla potenza per metro: abbinare trattore e cambio alla larghezza di lavoro

La lavorazione profonda del terreno è l'operazione di presa di forza (PTO) che richiede maggiore potenza nell'agricoltura convenzionale, consumando dai 30 ai 60 CV per metro di larghezza di lavoro a seconda del tipo di terreno, della profondità di lavoro e della velocità di avanzamento. Per confronto: una fresa rotativa superficiale consuma dai 15 ai 30 CV per metro, un erpice rotante dai 12 ai 25 CV per metro e un coltivatore per la preparazione del letto di semina dagli 8 ai 15 CV per metro. La richiesta di potenza notevolmente superiore della lavorazione profonda riflette la realtà geometrica per cui raddoppiando la profondità di lavoro più che raddoppia la massa di terreno coinvolta (poiché il dente o la fresa entrano in contatto con il terreno per tutta la loro lunghezza), e il terreno più profondo è in genere più denso e coeso dello strato superficiale sovrastante.

Una fresa profonda motorizzata da 3 metri richiede quindi da 90 a 180 CV alla presa di forza, un intervallo di potenza che limita questa attrezzatura ai trattori agricoli di medie e grandi dimensioni (da 130 a 250 CV di potenza del motore, con almeno 100 CV disponibili alla presa di forza dopo le perdite della trasmissione). distributore agricolo Il riduttore deve essere dimensionato per la piena potenza continua richiesta più un margine del 30-40% per i picchi di coppia dovuti agli impatti con rocce e radici che si verificano più volte all'ora durante il normale funzionamento. Sottodimensionare il riduttore ignorando questo margine di picco produce conseguenze prevedibili: rottura della base dei denti degli ingranaggi entro una o due stagioni, usura del cuscinetto di uscita che si evolve in danni all'alloggiamento e, infine, la sostituzione completa del riduttore che costa da 3 a 5 volte la differenza di prezzo tra il riduttore dimensionato correttamente e quello sottodimensionato al momento dell'acquisto originale.

Manutenzione per riduttori di coppia elevata per l'aggancio al terreno

I riduttori delle fresatrici funzionano stagionalmente, in genere dalle 50 alle 150 ore all'anno di utilizzo intensivo durante la fase di preparazione del terreno prima della semina o dopo il raccolto. Le ore di funzionamento annuali ridotte potrebbero suggerire intervalli di cambio olio più lunghi, ma la severità delle condizioni operative suggerisce l'approccio opposto. Il cambio dell'olio al termine di ogni stagione lavorativa (indipendentemente dalle ore accumulate) è la procedura raccomandata: l'ingranamento ad alta coppia genera un degrado termico che non viene completamente annullato durante il lungo periodo di inattività, e la condensa che si accumula nell'olio durante lo stoccaggio contamina gli ingranaggi e le superfici dei cuscinetti se non viene rimossa prima dell'inizio della stagione successiva.

Controllare il gioco degli ingranaggi ad ogni cambio d'olio stagionale. Ruotare l'albero di ingresso con l'uscita bloccata e verificare la presenza di una zona morta di rotazione libera prima dell'innesto dell'ingranaggio di uscita: il gioco tipico di un riduttore nuovo è compreso tra 0,10 e 0,25 mm al raggio primitivo dell'ingranaggio (misurato sul fianco del dente dell'albero di uscita). Un gioco che aumenta a 0,50 mm o più indica un'usura significativa degli ingranaggi che richiede un'ispezione dei cuscinetti e possibilmente la sostituzione degli ingranaggi prima della successiva stagione operativa. Utilizzare olio per ingranaggi sintetico a base di PAO EP ISO VG 320 (un grado superiore al VG 220 utilizzato nei riduttori agricoli a carico medio): l'elevata viscosità mantiene uno spessore adeguato del film d'olio alle elevate sollecitazioni di contatto dei denti tipiche del funzionamento a bassa velocità e coppia elevata.

Albero cardanico La scelta della trasmissione per i coltivatori profondi deve essere adeguata al fabbisogno di coppia elevata: le trasmissioni sottodimensionate che funzionano correttamente su attrezzature per la lavorazione superficiale potrebbero rompersi in modo catastrofico se utilizzate con un coltivatore profondo. Verificare che la serie dell'albero della presa di forza (Serie 6 per coppie più elevate, Serie 8 per applicazioni con la coppia più elevata) sia appropriata per la potenza assorbita dal coltivatore profondo. Per i coltivatori profondi che operano con angolazioni superiori a 25 gradi rispetto al trattore, come spesso accade quando si lavora lungo i bordi del campo o su terreni ondulati, si raccomanda una trasmissione a velocità costante (CV). La trasmissione CV elimina le pulsazioni cicliche di coppia generate dalle trasmissioni standard con giunto Hooke ad angoli di lavoro elevati, proteggendo i cuscinetti di ingresso del cambio dall'affaticamento accelerato che tali pulsazioni causerebbero altrimenti.

Domande frequenti

Redattore: Cxm