耕うん機用ギアボックス：低速土壌反転駆動

耕うん機の仕組み：クランクシャフト駆動による土壌反転

往復式耕うん機は、クランクシャフト機構に取り付けられた平らな鋤刃のセットを使用します。各刃は土壌に垂直に200～400mmの深さまで入り、5～15kgの土塊を持ち上げ、クランクシャフトの回転に合わせて180度回転させ、反転した土塊を耕うん溝に戻します。刃は作業幅全体にわたって千鳥状に配置され（通常、4～8枚の鋤刃からなる2～4列、合計8～32枚の鋤刃）、各列はクランクシャフトの回転の異なる段階で土壌に入るようにタイミングが調整されています。これにより、持ち上げる荷重がクランクシャフトの回転全体に分散され、ピークトルクの変動が低減されます。 PTOギアボックス 吸収しなければならない。

クランクシャフトは100～250 RPMで動作します。これは、ロータリー耕うん機のローター（200～280 RPM）よりもはるかに遅く、速度を上げるギアボックスの出力よりも桁違いに遅いです。540 RPMのPTOから、1:2.2～1:5.4の減速が必要になります。 耕うん機用ギアボックス 深耕機用ギアボックスやTMRミキサー用ギアボックスと並び、高トルク減速機のカテゴリーにしっかりと位置づけられます。一般的な2メートル作業幅における総揚力は、土壌の種類、土壌水分、作業深度によって5,000～20,000Nの範囲に及びます。これは、低回転速度での連続的な周期的負荷に最適化された、頑丈なギア、特大のシャフト径、堅牢なベアリング配置を必要とする、持続的かつ厳しい機械的要求です。

耕うん機とロータリー耕うん機の根本的な違いは、土壌の移動方法にあります。ロータリー耕うん機は、前方に回転する刃で土壌を切り裂き、砕き、投げ飛ばします。これにより、きめ細かく緩い種床が作られますが、健全な土壌が水の浸透と根の伸長に必要とする土壌団粒、生物学的チャネル、マクロポア構造が破壊されます。耕うん機は、土塊を一つ一つ持ち上げて反転させ、内部の団粒構造を維持しながら、耕うん層を完全に反転させます。このように自然な土壌構造を注意深く維持することが、土壌の健康が管理上の優先事項である有機認証農業、再生型農業、高付加価値園芸事業において、耕うん機が主要な耕うん機として好まれる主な理由です。従来のロータリー耕うん機のギアボックスのエンジニアリングとの比較については、詳細ガイドをご覧ください。 ロータリーティラー用ギアボックス アプリケーションとデザイン。

クランクシャフト駆動用減速ギアボックスの設計

耕うん機のギアボックス構造は、直角ベベル入力段（水平PTO回転をクランクシャフト方向に変換）と、必要な総減速比を実現する平行軸ヘリカルまたは平歯車減速出力段を組み合わせたものです。1:2.2～1:3.5の減速比であれば、単段ベベルで十分かもしれませんが、1:4～1:5.4の減速比を必要とする、より深く耕す低速クランキングの機械では、2段設計（1:1.5～1:2のベベル入力、続いて1:2～1:2.7のヘリカル減速）により、総減速比が2つのギアメッシュに分散され、各段が効率的な動作範囲内に収まります。 Ever-Power PTOギアボックス 各耕うん機モデルのクランクシャフト回転速度とトルク要件に合わせて、両方の構成を提供します。

出力ギアモジュール 耕うん機用ギアボックス 出力軸径は通常 5 ～ 8 mm で、深耕機のギアボックスで使用される高耐久性範囲と同じであり、同様に低い出力速度で伝達されるトルクレベルが同等であることを反映しています。クランクシャフト接続部の出力軸径は 70 ～ 120 mm で、多段クランクシャフトによって課されるねじりせん断荷重と曲げ荷重の組み合わせに対応できるサイズです。出力位置のテーパーローラーベアリングは、周期的な負荷パターンに必要なラジアル荷重とスラスト荷重の組み合わせ容量を提供します。クランクシャフトが 1 回転するごとに、スペードブレードが土壌に出入りする際にスラスト方向が交互に変化し、逆方向の軸方向荷重が発生します。このトルクレベルでは、深溝玉軸受では効率的に処理できません。

クランクシャフト自体はギアボックスの一部ではなく（ギアボックスの出力フランジに接続する、鍛造または鋳造の別部品です）、ギアボックスの出力とクランクシャフト間の接続部は重要な設計要素です。接続部は、相対的な動き（接合面でのフレッティング腐食）なしに全出力トルクを伝達しつつ、クランクシャフトの交換やスペードブレードの整備のために現場で簡単に取り外せるようにする必要があります。圧入ハブ（組み立てと取り外しのために油圧で拡張）を備えたスプラインカップリングは最も堅牢な接続を提供しますが、キー付きフランジは、トルク容量が低く、キーとキー溝の接触部にフレッティングが発生する可能性があるという欠点はあるものの、現場での整備が容易です。

メートル当たりの動力需要：なぜ耕起作業には大型トラクターが必要なのか

耕うん機は、作業幅1メートルあたり30～60馬力を消費します。これは、あらゆる主要な耕うん機の中で最も高い動力要求であり、ロータリー耕うん機（15～30馬力/メートル）、パワーハロー（12～25馬力/メートル）、またはプラウ（同等の深さで10～20馬力/メートル）を大幅に上回ります。この高い動力要求は、切断ではなく持ち上げるという基本的なメカニズムを直接反映しています。各スペードブレードは、土塊の重量に加えて、土壌断面から垂直に引き抜く際に抵抗する付着力と摩擦力に打ち勝たなければなりません。したがって、2メートル幅の耕うん機には60～120馬力のPTO出力が必要となり、作業深度で固まった土壌層、根塊、または石に遭遇したときに発生するトルクの急上昇に対応できる十分なPTO出力と余裕のある中型から大型のトラクター（100～180馬力のエンジン出力）が求められます。

耕うん機の前進速度は、クランクシャフトの回転速度と鋤の刃の数によって本質的に制限されます。1列あたり8枚の刃でクランクシャフトの回転速度が150 RPMの場合、機械は毎分8 × 150 = 1,200回の鋤ストロークを実行します。各ストロークは、幅約100～150 mm（刃の幅）の土壌スライスを処理するため、最小刃間隔では、機械は毎分1,200 × 0.1 = 120メートル（約7.2 km/h）前進します。これは、土壌品質の考慮事項によって課される実用的な最大前進速度2～3 km/hをはるかに上回ります。実際には、前進速度はクランクシャフトの容量によって制限されるのではなく、隣接する刃の位置の間に耕されていない部分を残さないように、鋤ストロークが重なり合うようにする必要があることによって制限されます。100～200 RPMのクランクシャフトの回転速度で1.5～3 km/hの前進速度で、作業幅全体にわたってこの連続的なカバーが実現されます。

有機物の土壌への混入と被覆作物の管理

耕うん機は、表面の材料を細かく刻むことなく作業深度まで埋め込むことができるという独自の能力を備えているため、被覆作物、緑肥、作物残渣、施用堆肥を土壌断面に混入させるのに最適な機械です。ロータリー耕うん機は、浅い耕うん層（150～200 mm）全体で表面の材料を細かく刻んで混ぜ込みますが、この層では好気性の表面ゾーンで材料が急速に分解され、土壌有機物の長期的な蓄積にはほとんど寄与しません。一方、耕うん機は同じ材料を200～400 mmの深さ（好気性分解が急速に起こるゾーンより下）に埋め込むため、嫌気性条件下でゆっくりと分解され、安定した腐植の形成と長期的な土壌炭素の貯蔵に貢献します。

の 農業用ギアボックス 被覆作物を土壌に混入させる際に耕うん機を駆動すると、地表の植生が耕うん機の進入抵抗となるため、裸地での耕うん時よりもトルクが高くなります。茎の長い被覆作物（ライ麦、レンゲ、クリムソンクローバーなど、高さ0.5～1.5メートル）は耕うん機の刃に巻き付き、裸地での作業に比べて持ち上げる力が20～40パーセント増加します。ギアボックスは、裸地でのトルク値だけでなく、この植生負荷時のトルク値にも対応できる定格でなければなりません。また、PTO駆動系のスリップクラッチは、大量の被覆作物残渣を誤って作動させることなく処理できる十分な高さに調整する必要があり、同時に、大きな石や埋まった金属などの障害物がクランクシャフトやギアボックスを損傷する前に確実に解除されるようにする必要があります。

石材の取り扱いと過負荷保護

耕うん機は、石や埋まった障害物をロータリー耕うん機よりも穏やかに処理します。これは、耕うん機の刃が石を高速で叩くのではなく、持ち上げるからです。ロータリー耕うん機の刃は先端速度が5～7m/sで石に衝突し、速度の2乗に比例する運動エネルギーで石に当たります。この激しい衝撃により、石が割れ、刃が損傷し、ギアボックスに衝撃荷重が伝わります。一方、耕うん機の刃は垂直速度がわずか1～3m/sで土壌に進入するため、石に接触するエネルギーははるかに低く、クランクシャフト機構は石を砕こうとするのではなく、周囲の土塊とともに持ち上げます。このように石の処理が穏やかなため、刃の摩耗、ギアボックスへの衝撃荷重、石の破片化が少なくなります（これは、耕うん層に残る小さな破片に砕くのではなく、畑から石をそのまま取り除く場合に有利です）。

しかし、動かせない障害物（岩盤の露頭、埋設されたコンクリート、大きな木の根）は依然として過負荷状態を引き起こし、保護が必要です。主な保護は PTOシャフト スリップクラッチは、定格連続トルクの1.5～2.0倍で解除するように調整されており、スペードブレードが持ち上げられない障害物に遭遇した場合に発生するクランクシャフトの停止状態からギアボックスを保護します。また、高級スペードマシンの個々のスペードブレードは、バネ仕掛けのブレークアウェイアセンブリに取り付けられており、ブレードが動かせない障害物に遭遇すると後方にたわみ、障害物が通過すると元の位置に戻るようになっています。これにより、ブレードとクランクシャフトベアリングの両方が、剛性のブレードマウントによって伝達される集中衝撃荷重から保護されます。

耕うん機のギアボックスハウジングの材質仕様は、深耕機と同じ考え方に基づいています。ダクタイル鋳鉄（EN-GJS-400-15 以上のグレード）は、スリップクラッチとブレークアウェイ機構を通過する残留衝撃荷重に耐えるために必要な耐衝撃性を備えています。標準的なねずみ鋳鉄製のハウジングは、200～400 mm の深さで動作する土壌耕うん機の周期的な衝撃環境には不十分です。持続的な高トルクと断続的な衝撃過負荷の組み合わせにより、ねずみ鋳鉄製のハウジングでは 3～5 シーズン以内に疲労亀裂が発生しますが、ダクタイル鋳鉄製のハウジングは同じ荷重に 10～15 シーズン以上耐えることができます。ダクタイル鋳鉄はねずみ鋳鉄に比べて重量が増加しますが（同じ形状で約 10% 重い）、この重量増は、この用途でねずみ鋳鉄がもたらすハウジングの壊滅的な破損リスクの排除と、耐用年数の延長によって十分に相殺されます。

季節ごとのメンテナンスとベアリングの点検

耕うん機は季節によって稼働時間が大きく変動し、通常は春または秋の主要な土壌準備期間に年間50～200時間集中して稼働します。この期間の激しい周期的な負荷により、クランクシャフトが1回転するごとにすべてのベアリング位置で負荷が完全に反転するため、ほとんどの農業用ギアボックスよりも1時間あたりの累積ベアリング疲労が大きくなります。徹底したシーズン前のメンテナンスには、新しい合成PAOベースのEPギアオイルISO VG 320（中負荷用途で使用されるVG 220よりも1グレード重く、低速高トルクのギアメッシュの高い接触応力で適切な油膜厚さを確保するために必要な高い粘度を提供）へのオイル交換、ベアリングの遊びの確認（クランクシャフトを手で慎重に回転させて、ベアリングの摩耗を示す粗さや軸方向の遊びがないか確認）、および持ち上げ力が増加してギアボックスに過負荷がかかるような摩耗や損傷がないか個々の耕うん刃を検査することが含まれます。

シーズン終了後の保管には、ギアボックスの外側を徹底的に清掃すること（ハウジングに残った土は湿気を閉じ込め、オフシーズン中に腐食を加速させる）、オイルレベルを最大まで補充すること（ハウジングが完全に満たされると、結露に利用できる内部空気量が減少する）、およびギアボックスとクランクシャフトのカップリングのインターフェースに保護グリースを塗布して、8〜10 か月の長期保管期間中にスプラインまたはキー付きジョイントでのフレッティング腐食を防ぐことが含まれます。各シーズンのサービスでギアのバックラッシュを点検してください。スペード作業の高い周期的な負荷は、連続回転アプリケーションよりも運転時間あたりのギア歯の摩耗を大幅に増加させ、出力ギアのかみ合いでバックラッシュが 0.50 mm 以上になると、次の運転シーズン前にギアとベアリングを交換する必要があるほどの大きな摩耗を示します。

よくある質問

編集者: Cxm