Riduttore di velocità della presa di forza (PTO) - Overdrive per attrezzi ad alto numero di giri

Che cos'è un riduttore di velocità per la presa di forza (PTO)?

UN riduttore di velocità della presa di forza — chiamato anche riduttore di velocità, cambio overdrive o cambio step-up — è un gruppo di ingranaggi montato tra l'uscita della presa di forza del trattore e l'albero di trasmissione dell'attrezzo che aumenta la velocità di rotazione riducendo proporzionalmente la coppia. L'applicazione più comune è la conversione di una presa di forza standard da 540 giri/minuto a 1.000 giri/minuto per alimentare attrezzi progettati per lo standard di velocità più elevato della presa di forza, consentendo a trattori più vecchi o più piccoli con una presa di forza in grado di raggiungere solo 540 giri/minuto di utilizzare attrezzature moderne da 1.000 giri/minuto senza modifiche al motore o alla trasmissione.

Oltre alla conversione da 540 a 1.000, riduttore di velocità della presa di forza le unità servono una vasta gamma di applicazioni agricole di aumento della velocità: aziona pompe centrifughe a spruzzo a 3.000-4.000 giri/minuto, alimenta generatori della presa di forza alla velocità precisa necessaria per un'uscita elettrica a 50 o 60 Hz, fa ruotare dischi spandiconcime a 700-1.000 giri/minuto e fa funzionare le lame delle falciatrici di finitura all'elevata velocità della punta necessaria per un taglio netto. In ogni caso, il cambio converte la velocità fissa della presa di forza del trattore nella velocità più elevata specifica richiesta dall'attrezzo, aggiungendo versatilità di velocità al trattore senza modificare la meccanica del motore o della presa di forza.

Come funziona l'aumento di velocità: il compromesso tra coppia e velocità

Ogni riduttore di velocità della presa di forza opera sul compromesso fondamentale coppia-velocità: quando la velocità aumenta, la coppia diminuisce dello stesso rapporto (meno le perdite di efficienza). Un 1:1,85 riduttore della presa di forza Ricevere 540 giri/min a 795 Nm (60 CV) produce 1.000 giri/min a soli 408 Nm (con un'efficienza del 95%), circa la metà della coppia in ingresso. Questa riduzione di coppia implica che l'attrezzo debba essere progettato per una coppia inferiore a velocità più elevate, il che è intrinsecamente vero per le attrezzature specificate per funzionare a 1.000 giri/min, dove la progettazione presuppone la coppia inferiore che accompagna la velocità più elevata.

IL aumento di velocità della presa di forza rapporto di trasmissione Il rapporto di trasmissione viene scelto per produrre l'esatta velocità di uscita richiesta dall'attrezzo. Per la conversione standard da 540 a 1.000 giri/min, il rapporto è 1:1,85. Per azionare una pompa irroratrice centrifuga a 3.240 giri/min da una presa di forza a 540 giri/min, il rapporto è 1:6. Per un generatore a presa di forza che produce elettricità a 60 Hz (che richiede una velocità sincrona di 1.800 giri/min), il rapporto è 1:3,33. Ogni applicazione richiede un rapporto calcolato con precisione: l'utilizzo di un rapporto errato produce una velocità dell'attrezzo non corretta, con conseguenze che vanno dalla riduzione delle prestazioni (taglio troppo lento del tosaerba) alla distruzione meccanica (velocità eccessiva della pompa o del generatore oltre i limiti di progetto).

Riduttore di velocità della presa di forza (PTO) - rapporto di trasformazione per azionamento di attrezzi ad alto numero di giri

Applicazioni comuni e rapporti richiesti

Aumentatori di velocità in linea vs. ad angolo retto

UN riduttore di velocità della presa di forza è disponibile in due architetture fondamentali. Un moltiplicatore di velocità in linea Si monta direttamente sul perno della presa di forza del trattore e aziona la trasmissione dell'attrezzo lungo lo stesso asse orizzontale, utilizzando coppie di ingranaggi elicoidali o cilindrici per ottenere la moltiplicazione della velocità. Le unità in linea sono compatte e mantengono l'allineamento della trasmissione tra trattore e attrezzo, ma sono limitate a rapporti moderati (tipicamente da 1:1,5 a 1:2) perché rapporti più elevati richiedono più stadi di ingranaggi e producono un'unità più lunga e pesante che sporge dal perno della presa di forza e sollecita i cuscinetti della presa di forza del trattore.

UN moltiplicatore di velocità ad angolo retto Utilizza ingranaggi conici a spirale per reindirizzare l'asse di potenza di 90 gradi aumentando contemporaneamente la velocità. Questa architettura viene utilizzata quando l'attrezzo necessita di un'uscita verticale (mandrini delle lame del tosaerba, dischi spandiconcime) o quando sono richiesti rapporti più elevati (da 1:3 a 1:6 per pompe e generatori). Le unità ad angolo retto sono in genere montate sull'attrezzo piuttosto che sul perno della presa di forza del trattore, distribuendo il peso sul telaio dell'attrezzo invece di farlo sbalzo dal cuscinetto della presa di forza. Per gli attrezzi che richiedono sia un cambio di direzione che un aumento di velocità, l'unità ad angolo retto riduttore della presa di forza Svolge entrambe le funzioni in un'unica unità compatta, senza la necessità di un riduttore di direzione separato e di un moltiplicatore di velocità in linea.

IL Aumentatore di velocità della presa di forza da 540 a 1000 La conversione, ovvero il riduttore di velocità più diffuso nel mercato agricolo, è disponibile in entrambe le architetture. La versione in linea è preferibile quando si monta semplicemente tra la presa di forza del trattore e l'albero di trasmissione standard dell'attrezzo (mantenendo la geometria originale della trasmissione). La versione ad angolo retto viene scelta quando l'attrezzo incorpora già un albero di trasmissione ad angolo retto (falciatrici, spandiconcime) e il riduttore di velocità può essere integrato nel cambio esistente anziché essere aggiunto come unità separata.

Per la conversione standard da 540 a 1.000 a livelli di potenza superiori a 50 CV, il Cambio con overdrive per presa di forza Deve essere supportato in modo robusto, sia con una staffa di montaggio separata fissata al timone del trattore o ai bracci inferiori, sia attraverso il telaio dell'attrezzo. Sospendere a sbalzo un riduttore pesante (da 15 a 30 kg) dal perno della presa di forza del trattore a 1.000 giri/minuto genera carichi e vibrazioni sui cuscinetti che possono danneggiare sia il cuscinetto di uscita del riduttore che il cuscinetto del perno della presa di forza del trattore se il supporto non è adeguato.

Riduttore di velocità ad angolo retto per presa di forza - overdrive a ingranaggi conici per attrezzi a uscita verticale

Progettazione di cuscinetti ad alta velocità e gestione termica

L'albero di uscita di un riduttore di velocità della presa di forza funziona a 1.000-3.000+ giri/minuto, significativamente più veloce dei 150-540 giri/minuto di uscita della maggior parte dei riduttori agricoli. Questo funzionamento sostenuto ad alta velocità pone la principale esigenza ingegneristica sul cuscinetto del riduttore di overdrive della presa di forza In posizione di uscita: la durata del cuscinetto L10 è inversamente proporzionale alla velocità, quindi raddoppiando la velocità di uscita si dimezza la durata teorica del cuscinetto a parità di carico. I cuscinetti a sfere a gola profonda con gioco interno C3 (che consente la dilatazione termica alla temperatura di esercizio) e riempimento con grasso sintetico ad alta velocità sono la scelta standard per le posizioni di uscita che operano a velocità superiori a 1.000 giri/min. I cuscinetti a contatto angolare possono essere specificati quando la spinta assiale dell'attrezzo azionato (pompe, lame falcianti) si aggiunge ai carichi radiali di ingranamento.

La generazione di calore aumenta con il quadrato della velocità nelle posizioni di ingranamento e cuscinetti. Un moltiplicatore di velocità 1:1,85 che funziona a 60 CV in modo continuo produce circa 1,8-3,0 kW di calore di scarto (con un'efficienza del 95-97%) – una quantità modesta, ma concentrata in un alloggiamento compatto che può avere solo 0,2-0,5 metri quadrati di superficie esterna per la dissipazione del calore. Se l'alloggiamento raggiunge temperature sostenute superiori a 90 gradi Celsius, il degrado dell'olio accelera e la durata del grasso dei cuscinetti si riduce drasticamente. L'olio per ingranaggi EP sintetico a base di PAO (ISO VG 220) offre una stabilità termica e una resistenza all'ossidazione superiori rispetto all'olio minerale a queste temperature elevate, mantenendo le sue proprietà protettive per 300-500 ore a temperature che degraderebbero l'olio minerale in 100-150 ore.

Specifiche tecniche in sintesi

Integrazione e sicurezza della trasmissione della presa di forza (PTO).

Un in linea riduttore di velocità della presa di forza si monta direttamente sul perno della presa di forza del trattore, aggiungendo da 150 a 300 mm di lunghezza e da 8 a 30 kg di peso allo sbalzo della presa di forza. albero di trasmissione della presa di forza Il collegamento dell'uscita del riduttore all'attrezzo deve essere dimensionato per la velocità di uscita più elevata e la coppia ridotta, non per la velocità e la coppia in ingresso. Una trasmissione dimensionata per 540 giri/min a 795 Nm (60 CV) potrebbe non essere dimensionata per 1.000 giri/min a 408 Nm, anche se la potenza è la stessa: i valori di velocità dei cuscinetti del giunto cardanico sono indipendenti dalla coppia e il superamento del limite di velocità del cuscinetto provoca un'usura prematura del giunto, indipendentemente dal livello di coppia.

La protezione è particolarmente importante per gli impianti di moltiplicazione di velocità, poiché i componenti rotanti esposti tra la presa di forza del trattore e l'albero di ingresso del cambio, e tra l'albero di uscita del cambio e la trasmissione dell'attrezzo, ruotano a velocità diverse. La protezione del perno della presa di forza deve coprire l'albero di ingresso a 540 giri/minuto, e la protezione dell'albero di uscita deve essere dimensionata per la velocità di uscita più elevata. Il rischio di impigliamento è maggiore nel punto di cambio di velocità, dove l'operatore potrebbe non rendersi conto che l'albero esposto su un lato del cambio ruota quasi al doppio della velocità dell'albero sull'altro lato.

Aumento della velocità della presa di forza Olio e lubrificazione del riduttore

Il corretto aumento di velocità della presa di forza olio del riduttore è sintetico PAO EP ISO VG 220 per tutte le applicazioni superiori a 30 CV o superiori a 1.500 giri/min. La maggiore velocità di innesto degli ingranaggi genera temperature di contatto elevate che degradano l'olio minerale più rapidamente rispetto a un riduttore di velocità equivalente distributore agricolo Applicazioni. Per applicazioni leggere (inferiori a 30 CV, inferiori a 1.500 giri/min), l'olio minerale SAE 80W-90 (equivalente a ISO VG 220) è accettabile, ma non offre alcun vantaggio in termini di costi, dato il piccolo volume di olio (da 0,5 a 2,0 litri) e l'intervallo di cambio più lungo garantito dall'olio sintetico.

Gli intervalli di cambio olio vanno dalle 200 alle 500 ore, a seconda del livello di potenza e della temperatura di esercizio. Il primo rabbocco deve essere effettuato dopo 50 ore per rimuovere le particelle di rodaggio dall'ingranaggio ad alta velocità. Ispezionare il tappo di scarico magnetico ad ogni cambio olio: la presenza di particelle metalliche indica un'usura in atto degli ingranaggi o un affaticamento dei cuscinetti. Per applicazioni ad alta potenza prolungata (oltre 75 CV, velocità di rotazione superiore a 1.000 giri/min), si raccomanda il monitoraggio della temperatura dell'olio: se la temperatura della superficie dell'alloggiamento supera i 90 gradi Celsius (troppo calda per essere toccata per più di un secondo), indagarne la causa: i possibili problemi includono un livello dell'olio insufficiente, una viscosità errata, un carico eccessivo rispetto alla portata del riduttore o il deterioramento dei cuscinetti che genera un calore anomalo dovuto all'attrito.

Riduzione della velocità: l'applicazione inversa

Sebbene il mercato principale per i riduttori di velocità della presa di forza sia quello dell'aumento di velocità (da 540 a 1.000 giri/min), esiste un mercato altrettanto importante, ma meno visibile, per la riduzione della velocità: la conversione di una presa di forza da 1.000 giri/min a 540 giri/min per azionare attrezzi più vecchi progettati per lo standard a velocità inferiore. Molti trattori moderni ad alta potenza (oltre 100 CV) sono dotati di serie di una presa di forza da 1.000 giri/min, ma le aziende agricole spesso mantengono attrezzi più vecchi da 540 giri/min (falciatrici rotative, spandifieno, spandiconcime) che rappresentano un investimento di capitale significativo e hanno ancora molti anni di vita utile. Un riduttore di velocità 1,85:1 riduttore di velocità della presa di forza (semplicemente la stessa unità installata in senso inverso) converte la velocità di rotazione del trattore di 1.000 giri/minuto in 540 giri/minuto per questi attrezzi obsoleti, prolungando la vita utile delle attrezzature esistenti anziché richiederne la sostituzione prematura.

Le considerazioni ingegneristiche per la riduzione della velocità sono l'immagine speculare dell'aumento di velocità: l'albero di uscita gira più lentamente (minore usura dei cuscinetti) ma sopporta una coppia maggiore (maggiore sollecitazione sui denti degli ingranaggi). La moltiplicazione della coppia con una riduzione di 1,85:1 significa che l'albero di uscita e i cuscinetti devono sopportare 1,85 volte la coppia in ingresso, un aumento significativo che deve essere verificato rispetto alla coppia nominale continua del riduttore. Non superare mai la coppia nominale continua utilizzando un riduttore di velocità su un trattore con una potenza superiore a quella per cui è progettato il riduttore: la coppia più elevata accelererà l'usura degli ingranaggi e dei cuscinetti, anche se la velocità rientra ampiamente nei limiti.

Programma di manutenzione

Sostituzione del riduttore di velocità della presa di forza (PTO) con kit di ricambio aftermarket

sostituzione del riduttore di velocità della presa di forza Il problema è causato principalmente dall'affaticamento del cuscinetto di uscita dovuto al funzionamento prolungato ad alta velocità. Un riduttore di velocità ben manutenuto ha in genere una durata di 3.000-8.000 ore di funzionamento (da 5 a 15 anni a seconda dell'utilizzo annuo). I parametri di riferimento incrociato includono il profilo della scanalatura di ingresso (6 scanalature o 21 scanalature), la configurazione dell'albero di uscita (dimensioni dell'albero, tipo di scanalatura o di accoppiamento), il rapporto di velocità, la potenza nominale e la disposizione di montaggio (montaggio in linea sul perno della presa di forza rispetto al montaggio sulla staffa dell'attrezzo). Un rapporto errato, anche di poco (ad esempio 1:1,85 anziché 1:2), può causare un eccessivo aumento di velocità dell'attrezzo: verificare sempre il rapporto esatto prima di ordinare un ricambio.

Il nostro team di ingegneri mantiene dati di riferimento incrociato per le principali marche di riduttori di velocità e può fornire ricambi aftermarket con rapporto di trasmissione, potenza e precisione dimensionale verificati. Sono disponibili configurazioni sia in linea che ad angolo retto per l'intera gamma di rapporti (da 1:1,5 a 1:6). Contattate il nostro team fornendoci il codice del vostro riduttore attuale, oppure la velocità della presa di forza del vostro trattore e la velocità di rotazione dell'attrezzo, per una corrispondenza precisa delle specifiche.

Domande frequenti

Redattore: Cxm