サトウキビ収穫機用ギアボックス：重作物処理用駆動装置

ベースカッター駆動：最高トルクのPTOギアボックスの要求

ベースカッターは、収穫機と作物が最初に接触する、最も激しい接触点です。2つの逆回転ディスクアセンブリ（それぞれ3～5枚の重いブレードを装備）が地上で毎分400～800回転し、収穫機の切断幅（通常1～2列、間隔1.2～1.5メートル）内のすべてのサトウキビの茎を切断します。ブレードが茎に当たるたびに、茎の直径、繊維密度、水分含有量に応じて500～2,000ニュートンの切断力が必要となります。一般的なサトウキビ密度では、ディスクが1回転するごとに8～15本の茎が切断されます。累積切断トルクと重いブレードアセンブリの遠心慣性により、持続的なトルク要求が発生し、総電力の40～60パーセントを消費します。 PTOギアボックス 連続収穫時の収穫量。

ベースカッターギアボックスは、水平方向のPTO回転を地面上で垂直方向のディスク回転に変換する直角ベベルユニットです。通常、540 RPMのPTOからは1:1（ディスク回転速度540 RPM）、1,000 RPMのPTOからは1:1から1:1.5（ディスク回転速度500～700 RPM）の比率となります。高速アプリケーションでは、ギアボックスの課題は高回転時の熱管理ですが、ベースカッターの課題は純粋なトルクです。ギアの歯は、歯根疲労亀裂を起こすことなく、切削荷重全体と岩石衝突による衝撃スパイクを伝達する必要があり、ベアリングは、ディスク重量と切削反力によるラジアル荷重と、スパイラルベベルギアのかみ合いによる軸方向推力の合計を処理する必要があります。表面硬度58～62 HRC、芯部硬度32～38 HRCの浸炭処理されたスパイラルベベルギアは、この負荷プロファイルに必要な表面耐摩耗性と芯部靭性の組み合わせを提供します。

逆回転する二重ディスク配置では、2つの独立したギアボックス（ディスクごとに1つ、それぞれがチェーンまたはギア駆動を介してメインギアボックスから駆動を受ける）または、2つの垂直シャフトが反対方向に回転する単一の二重出力ギアボックスが必要です。二重出力構成では、ディスク速度が一致すること（茎の根元を引っ張ったり引き裂いたりせずにきれいに切断するために重要）と、収穫機の駆動システムが簡素化されますが、2つの出力ベアリングアセンブリと両方のディスクからの反力トルクを同時に収容するために、ギアボックスハウジングは単一出力ユニットよりも大幅に大きく、より剛性が高くなければなりません。多機能収穫機の駆動システムが重作物処理用にどのように設計されているかについてのより広い視点については、当社の技術ガイドを参照してください。 コンバインハーベスターのギアボックス 駆動アーキテクチャ。

送りローラーおよびチョッパー機構：二次駆動要件

ベースカッターが茎を切断した後、作物の流れは一連のフィードローラーに入り、そこでサトウキビが掴まれ、向きを変えられ、収穫機本体を通ってチョッパーアセンブリまで搬送されます。フィードローラーは、繊維質で泥だらけの茎を掴み、1.5～3 m/s の制御された速度で機械を通して引き込む、表面に鋭いローレット加工または溶接されたクリートを備えた鋼鉄製の円筒です。各逆回転ローラーのペアには、 サトウキビ収穫機のギアボックス 出力またはチェーン駆動による離陸は200～400RPMで行われる。これは比較的低速だが、非常に高いトルクが発生する。なぜなら、ローラーは下流のチョッパーからの大きな摩擦と背圧に抗して、複数の密度の高い茎を同時に掴んで圧縮する必要があるからである。

ビレット式収穫機のチョッパーアセンブリは、連続的に流れてくる茎をビレット（長さ200～350mmの短いもの）に切断し、それを運搬車両に積み込みます。チョッパードラム（それぞれ3～6枚の刃を備えた2つの逆回転シリンダー）は500～800RPMで動作し、収穫機の駆動システムの中で最も厳しい周期的な負荷を発生させます。各刃は1回転あたり茎径の6～12倍の密度の高い繊維を切断し、切断ごとに平均運転トルクの3～5倍に達するトルクパルスを発生させます。チョッパーギアボックスは、4～6ヶ月のサトウキビ収穫期間のほんの一部しか使用できないほどの歯の疲労を起こすことなく、この連続的な脈動負荷に耐えなければなりません。

これらの補助機能への動力配分には、ギアボックスの適切なサイズ選定が不可欠です。総出力80HPのPTO駆動式サトウキビ収穫機の場合、動力配分は概ね以下のようになります。ベースカッター：35～45HP（40～55％）、フィードローラー：15～20HP（18～25％）、チョッパー：15～20HP（18～25％）、エレベーター：5～8HP（6～10％）。メインギアボックスは、同時負荷の合計に加え、運転中に毎時間発生する茎の突進送りや岩石衝突によるトルクピークに対する25～30％の余裕を持たせた定格でなければなりません。

熱帯の運転環境：熱、ジュース、そして繊維の包装

サトウキビは熱帯および亜熱帯地域でのみ栽培され、収穫期の日中の気温は摂氏28度から42度に達します。これは、温帯の穀物栽培地域で収穫期に通常見られる摂氏15度から25度を大幅に上回ります。この高い気温は、ギアボックスの放熱に利用できる温度差を減少させます（熱伝達は、ハウジング表面と周囲の空気との温度差に比例します）。つまり、温帯気候で​​は80度で快適に動作するギアボックスでも、熱帯のサトウキビ畑では100度から110度に達する可能性があり、これは標準的な鉱物系ギアオイルの安全な動作限界をはるかに超え、合成潤滑油であっても熱劣化の閾値に近づいています。

サトウキビジュースは腐食性の有機酸溶液（pH 5.0～5.5）で、切断された茎から噴出し、収穫機全体を覆います。 PTOギアボックス ハウジング、シャフトシール、外部ファスナーには、粘着性のある酸性の膜が付着し、埃を引き寄せ、微生物の増殖を促進し、保護されていない表面の腐食を引き起こします。この液体には溶解した糖も含まれており、高温のギアボックスハウジング（70～100度以上で動作）上でキャラメル化し、金属表面に水分を閉じ込め、ハウジングの冷却に必要な対流熱伝達を遮断する硬い断熱層を形成します。 Ever-Power PTOギアボックス サトウキビ用ギアボックスには、最低厚さ80～120マイクロメートルのエポキシ粉体塗装を指定してください。これは、温帯気候の農業用ギアボックスに使用される標準的な40～60マイクロメートルの塗装よりも厚く、ハウジングの外側に対するサトウキビ汁の化学的および熱的複合攻撃に耐えるためです。

繊維の巻き込みは、繊維質の作物の収穫に特有の機械的危険です。緩んだサトウキビの繊維や葉の破片は、回転するシャフトに沿ってギアボックスハウジングに向かって移動し、シャフトシールの位置に蓄積します。巻き込まれた塊が十分な摩擦を生み出し、シールリップを過熱して損傷させるか、最悪の場合はシャフトが完全に停止してしまうこともあります。シャフト偏向板（シールのすぐ外側のシャフトに取り付けられた円錐形または円盤形のガード）は、移動する繊維がシールに到達する前にそれを遮断し、遠心力によってシャフトから遠ざけます。サトウキビ収穫機の露出した回転シャフトにはすべて、シール面から20mm以内に繊維偏向板を取り付ける必要があります。これは、サトウキビ収穫機で最も一般的なシール故障モードを防ぐための安価な追加措置です。

トッパーおよびデフォリエータードライブ：上流作物準備

ベースカッターが茎を切断する前に、上流の2つの機構が作物をきれいに収穫できるように準備します。トッパー（機械の前部、サトウキビの頂部の高さ（地上2～4メートル）に取り付けられた回転ディスクまたはブレードアセンブリ）は、各茎の葉のついた成長点を切断します。切り取られた頂部には、糖分含有量の低い未熟な節間が含まれており、成熟した茎と一緒に収穫するとジュースの品質が薄まります。トッパーディスクは、メインギアボックスから長い垂直シャフトまたは専用のベルトドライブを介して駆動され、毎分600～1,000回転で動作します。頂部は柔らかくジューシーなので、動力要求は控えめ（5～10馬力）ですが、トッパー駆動シャフトは機械上で最も長い支持されていない回転シャフト（最大3～4メートル）であり、動作速度での鞭打ちや振動を避けるために動的にバランスを取る必要があります。

除葉機（除葉機または残葉除去機とも呼ばれる）は、茎がフィードローラーに到達する前に、茎から乾燥した葉の残骸を取り除きます。除葉機アセンブリは、回転するゴムフィンガー、回転するワイヤーループ、または振動するゴムパッドを使用して、摩擦によって乾燥した葉を剥がし、茎はそのまま残します。除葉機の駆動速度は通常300～600 RPMで、フィードローラーの速度と同程度です。トルク要求は中程度ですが、作物の状態によって大きく変動します。乾燥した緩い残骸は簡単に剥がせますが、緑色の葉や雨で濡れた葉は茎に付着し、剥がすのに相当な力が必要になります。この変動により、負荷の変動が生じます。 サトウキビ収穫機のギアボックス ベースカッターとチョッパーからの周期的な負荷を増幅させる出力により、ギアボックスがベアリングの損傷や歯車の疲労を起こすことなく対応しなければならない、すでに複雑なトルクプロファイルに新たな次元が加わります。

地上設置型ベースカッターの過負荷保護機能

ベースカッターは土壌表面で動作するため、あらゆる収穫機の中で最も衝撃を受けやすい位置にあります。岩、固まった土塊、埋まった灌漑設備、根塊などが切断経路にあり、瞬時にトルクスパイクが発生し、ギアボックスの定格容量を5～10倍も超えることがあります。PTO駆動系のスリップクラッチが主要な保護機構ですが、単一の衝撃が駆動システム全体に伝わるのを防ぐため、各ベースカッターディスクに個別のせん断ボルトまたはスプリング式カップリング装置を追加する必要があります。

サトウキビ収穫機のギアボックスのハウジング材質の最低仕様は、ダクタイル鋳鉄（SG鋳鉄、グレードEN-GJS-400-15または同等品）です。衝撃荷重が中程度のクリーンフィールド用途には適した標準的なねずみ鋳鉄（EN-GJL-250）ですが、サトウキビ収穫機の運転で発生するような激しい衝撃荷重によって破損します。ハウジング壁に亀裂が入ると、オイルが完全に漏れ、ベアリングが故障し、数日かかる修理費用はねずみ鋳鉄とダクタイル鋳鉄のハウジングの価格差をはるかに上回ります。一部のメーカーは、最も過酷な用途（ハワイ、インドネシア、フィリピンの岩だらけの火山性土壌）向けに溶接鋼製ハウジングを指定しており、鋳鉄の熱伝導性の利点を犠牲にして、構造用鋼の優れた衝撃靭性を採用しています。

熱帯地域における収穫期の維持管理

サトウキビの収穫期は、ほとんどの生産地域で4～6ヶ月に及ぶ。これは、あらゆる作物の中で最も長い連続使用期間の1つである。 農業用ギアボックス 用途。1日10～14時間稼働する場合、ギアボックスは1シーズンで1,200～2,500時間の稼働時間を蓄積するため、年間を通して稼働する産業用ギアボックスと同レベルのメンテナンス計画が求められます。

合成ギアオイルのオイル交換間隔は 200 ～ 300 時間、鉱物油のオイル交換間隔は 100 ～ 150 時間ですが、オイルに熱劣化 (黒ずみ) や水分混入 (熱帯の湿度による結露で乳白色になる) の目視できる兆候が見られる場合は、実際の間隔をさらに短縮してください。オイル交換の時期が来たら、各作業日の終わりに温かいオイルを抜いてください。温かいオイルは、粒子が内部表面に沈殿した冷たいオイルよりも、浮遊汚染物質をハウジングから効果的に運び出します。合成 PAO ベースの ISO VG 320 (温帯気候で​​使用される VG 220 より 1 グレード重い) は、熱帯のサトウキビ収穫の高い運転温度で適切な油膜厚さを維持するために必要な高い粘度を提供します。

PTOシャフト サトウキビ収穫機のメンテナンスでは、ユニバーサルジョイントとスプラインチューブに毎日グリースを塗布する必要があります。サトウキビジュースと繊維が混ざった環境は、クリーンな畑での作業よりもはるかに速く、駆動系部品の腐食と固着を促進します。スリップクラッチのキャリブレーションを毎週点検してください（熱帯の暑さでクラッチの摩擦材が光沢を帯び、作動トルクが想定される保護閾値を超えることがあります）。また、露出しているすべての回転軸の繊維偏向板に堆積物がないか確認してください。繊維の堆積物はすぐに取り除いてください。すでに繊維が巻き付いている偏向板は、シールに到達する繊維をさらに偏向させることができません。

よくある質問

編集者: Cxm