사탕수수 수확기 기어박스: 중량 작물 처리 구동 장치

베이스 커터 구동: 최고 토크 PTO 기어박스 요구 사항

수확기의 하단 절단기는 수확기와 작물 사이의 최초이자 가장 강력한 접촉 지점입니다. 각각 3~5개의 무거운 날이 장착된 두 개의 역회전 디스크 어셈블리가 지면에서 분당 400~800회전(RPM)으로 회전하며 수확기의 절단 폭(일반적으로 1~2열, 1.2~1.5미터 간격) 내의 모든 사탕수수 줄기를 절단합니다. 날이 줄기를 한 번 절단할 때마다 줄기 직경, 섬유 밀도 및 수분 함량에 따라 500~2,000N의 절단력이 필요하며, 일반적인 사탕수수 밀도에서 디스크가 한 바퀴 회전하는 동안 8~15개의 줄기가 절단됩니다. 누적된 절단 토크와 무거운 날 어셈블리의 원심 관성이 합쳐져 지속적인 토크 요구량이 발생하며, 이는 전체 동력의 40~60%를 소모합니다. PTO 기어박스 연속 수확 중 생산량.

베이스 커터 기어박스는 수평 PTO 회전을 지면면에서의 수직 디스크 회전으로 변환하는 직각 베벨 기어 장치입니다. 기어비는 일반적으로 540RPM PTO에서 1:1(디스크 회전 속도 540RPM 생성)이거나, 1,000RPM PTO에서 1:1~1:1.5(디스크 회전 속도 500~700RPM 생성)입니다. 고속 회전 시 열 관리가 중요한 고속 작업과 달리, 베이스 커터의 핵심 과제는 순수한 토크입니다. 기어 톱니는 절삭 하중 전체와 암석 충돌로 인한 충격력을 치근 피로 균열 없이 전달해야 하며, 베어링은 디스크 무게와 절삭 반력으로 인한 반경 방향 하중과 스파이럴 베벨 기어 맞물림으로 인한 축 방향 추력을 모두 견뎌야 합니다. 표면 경도 58~62 HRC, 심부 경도 32~38 HRC의 침탄 처리된 스파이럴 베벨 기어는 이러한 하중 조건에 필요한 표면 내마모성과 심부 인성을 제공합니다.

역회전 이중 디스크 방식은 두 개의 별도 기어박스(디스크당 하나씩, 체인 또는 기어 드라이브를 통해 메인 기어박스에서 구동력을 받음) 또는 두 개의 수직축이 반대 방향으로 회전하는 단일 이중 출력 기어박스를 필요로 합니다. 이중 출력 구성은 디스크 회전 속도를 일치시켜(줄기 밑동을 당기거나 찢지 않고 깔끔하게 절단하는 데 중요) 수확기 구동 시스템을 단순화하지만, 두 개의 출력 베어링 어셈블리와 두 디스크가 동시에 작용하는 반력 토크를 수용하기 위해 기어박스 하우징이 단일 출력 장치보다 훨씬 크고 견고해야 합니다. 무거운 작물 처리를 위한 다기능 수확기 구동 시스템의 설계에 대한 더 자세한 내용은 기술 가이드를 참조하십시오. 콤바인 수확기 기어박스 드라이브 아키텍처.

공급 롤러 및 분쇄기 메커니즘: 2차 구동 요구 사항

밑부분 절단기가 줄기를 자른 후, 수확된 작물은 일련의 공급 롤러를 통과하며, 이 롤러들은 사탕수수를 잡고 방향을 잡아 수확기 본체를 통해 분쇄기로 운반합니다. 공급 롤러는 표면에 거친 널링 또는 용접된 클리트가 있는 강철 원통으로, 섬유질이 많고 종종 진흙이 묻어 있는 줄기를 단단히 잡아 1.5~3m/s의 제어된 속도로 기계를 통해 끌어당깁니다. 각 쌍의 역회전 롤러에는 각각 사탕수수 수확기 기어박스 출력 또는 체인 구동식 이송은 200~400RPM으로 이루어지는데, 이는 비교적 낮은 속도이지만 매우 높은 토크를 발생시킵니다. 이는 롤러가 하류의 절단기에서 발생하는 상당한 마찰과 배압에 맞서 여러 개의 빽빽한 줄기를 동시에 잡고 압축해야 하기 때문입니다.

빌릿형 수확기의 절단 장치는 연속적으로 흐르는 사탕수수 줄기를 빌릿(200~350mm 길이의 짧은 조각)으로 절단한 후 운반 차량으로 들어 올립니다. 절단 드럼은 각각 3~6개의 날이 장착된 두 개의 반대 방향으로 회전하는 원통으로 구성되어 있으며, 500~800RPM으로 회전하면서 수확기 구동 시스템에 가장 심한 주기적 부하를 발생시킵니다. 각 날은 회전당 6~12배 직경의 조밀한 섬유질을 절단하며, 절단 시마다 평균 작동 토크의 3~5배에 달하는 토크 펄스를 발생시킵니다. 절단기 기어박스는 이러한 지속적인 맥동 부하를 견뎌야 하며, 기어 톱니 피로가 발생하여 4~6개월의 사탕수수 수확 기간 중 일부만으로 수명이 단축되는 일이 없도록 해야 합니다.

이러한 보조 기능에 동력을 분배하려면 기어박스 크기를 신중하게 설계해야 합니다. 총 80마력으로 정격 출력되는 PTO 구동식 사탕수수 수확기는 대략 다음과 같이 동력을 분배할 수 있습니다: 베이스 커터 35~45마력(40~55%), 피드 롤러 15~20마력(18~25%), 파쇄기 15~20마력(18~25%), 엘리베이터 5~8마력(6~10%). 메인 기어박스는 모든 동시 부하의 합계에 더하여, 작동 시간 내내 예측할 수 없이 발생하는 줄기 돌기 급류 공급 및 암석 충돌로 인한 토크 피크를 고려하여 25~30%의 여유 용량을 확보해야 합니다.

열대 환경 작업: 열, 주스 및 섬유 포장

사탕수수는 열대 및 아열대 지역에서만 재배되는데, 수확기 동안 낮 기온은 섭씨 28도에서 42도에 이릅니다. 이는 온대 곡물 재배 지역의 수확기 평균 기온인 섭씨 15도에서 25도보다 훨씬 높은 수치입니다. 이처럼 높은 주변 온도는 기어박스의 열 방출에 필요한 온도 차이를 감소시킵니다(열 전달은 하우징 표면과 주변 공기 사이의 온도 차이에 비례함). 따라서 온대 기후에서 섭씨 27도(화씨 80도)에서 안정적으로 작동하는 기어박스가 열대 사탕수수밭에서는 섭씨 38도(화씨 100도)에서 43도(화씨 110도)까지 올라갈 수 있습니다. 이는 일반 광물성 기어 오일의 안전 작동 한계를 훨씬 넘어서는 온도이며, 합성 윤활유조차도 열분해 한계에 근접하는 수준입니다.

사탕수수 즙은 부식성이 강한 유기산 용액(pH 5.0~5.5)으로, 잘린 줄기마다 튀어나와 수확기 전체를 ​​뒤덮습니다. PTO 기어박스 기어박스 하우징, 샤프트 씰, 외부 패스너 등에 끈적하고 산성인 막이 형성되어 먼지를 끌어들이고 미생물 번식을 촉진하며 보호되지 않은 표면의 부식을 유발합니다. 또한, 기어박스 하우징(70~100도 이상에서 작동)에 녹아 있는 당분이 캐러멜화되어 단단하고 단열성이 있는 껍질을 형성합니다. 이 껍질은 금속 표면에 수분을 가두고 하우징 냉각에 필수적인 대류 열 전달을 차단합니다. 제조업체들은 이러한 문제를 해결하기 위해 노력하고 있습니다. 에버파워 PTO 기어박스 사탕수수용 기어박스에는 최소 80~120마이크로미터 두께의 에폭시 분말 코팅을 적용하도록 지정해야 합니다. 이는 온대 기후 농업용 기어박스에 사용되는 표준 40~60마이크로미터 코팅보다 두꺼운 것으로, 하우징 외부에 대한 설탕즙의 화학적 및 열적 공격을 견딜 수 있도록 하기 위함입니다.

섬유질 얽힘 현상은 섬유질 작물 수확에서만 발생하는 기계적 위험 요소입니다. 느슨한 사탕수수 섬유와 잎 찌꺼기가 회전축을 따라 기어박스 하우징 쪽으로 이동하여 축 밀봉 부위에 쌓입니다. 이렇게 얽힌 섬유 덩어리가 마찰을 일으켜 밀봉 부위가 과열되고 손상되거나, 심한 경우 축이 완전히 멈출 수도 있습니다. 축 편향기(밀봉 부위 바로 바깥쪽 축에 장착되는 원뿔형 또는 원반형 보호 장치)는 이동하는 섬유가 밀봉 부위에 도달하기 전에 차단하여 원심력을 이용해 축에서 멀리 튕겨냅니다. 사탕수수 수확기의 모든 노출된 회전축에는 밀봉면에서 20mm 이내에 섬유 편향기를 설치해야 합니다. 이는 사탕수수 수확 장비에서 가장 흔한 밀봉 고장 원인을 방지하는 저렴한 추가 장치입니다.

톱퍼 및 제엽기 구동 장치: 상류 작물 준비

줄기 절단기가 줄기를 자르기 전에 두 개의 상류 메커니즘이 작물을 깨끗하게 수확할 ​​수 있도록 준비합니다. 토퍼는 기계 앞쪽, 사탕수수 꼭대기 높이(지상 2~4미터)에 장착된 회전 디스크 또는 블레이드 어셈블리로, 각 줄기의 잎이 자라는 부분을 잘라냅니다. 제거된 꼭대기 부분에는 당 함량이 낮은 미성숙 마디가 포함되어 있어, 성숙한 줄기와 함께 수확할 경우 즙의 품질이 저하될 수 있습니다. 토퍼 디스크는 메인 기어박스에서 긴 수직축 또는 전용 벨트 구동 장치를 통해 구동되어 600~1,000RPM으로 작동합니다. 꼭대기 부분이 부드럽고 즙이 많기 때문에 필요한 동력은 많지 않지만(5~10마력), 토퍼 구동축은 기계에서 가장 긴 무지지 회전축(최대 3~4미터)이므로 작동 속도에서 흔들림과 진동을 방지하기 위해 동적 균형을 유지해야 합니다.

탈엽기(또는 잎 제거기, 잔여물 제거기라고도 함)는 작물 줄기가 공급 롤러에 도달하기 전에 마른 잎 찌꺼기를 제거합니다. 탈엽기 장치는 회전하는 고무 손가락, 회전하는 와이어 루프 또는 진동하는 고무 패드를 사용하여 줄기는 그대로 둔 채 마찰력으로 마른 잎을 제거합니다. 탈엽기 구동 속도는 일반적으로 300~600RPM으로 공급 롤러 속도와 유사하며, 필요한 토크는 적당하지만 작물 상태에 따라 크게 달라집니다. 건조하고 느슨한 잔여물은 쉽게 제거되는 반면, 녹색 잎이나 비에 젖은 잎은 줄기에 달라붙어 훨씬 더 큰 제거력이 필요합니다. 이러한 변동성으로 인해 부하 변동이 발생합니다. 사탕수수 수확기 기어박스 베이스 커터와 초퍼에서 발생하는 주기적인 하중을 가중시키는 출력으로 인해 기어박스는 베어링 손상이나 기어 톱니 피로 없이 이미 복잡한 토크 프로파일을 수용해야 하는 또 다른 차원이 추가됩니다.

지면 높이 베이스 커터용 과부하 보호 장치

베이스 커터는 수확 기계에서 가장 충격이 심한 부분인 지표면에서 작동합니다. 돌, 굳어진 흙덩이, 묻혀 있는 관개 설비, 뿌리 덩어리 등이 절단 경로에 놓여 있어 순간적으로 기어박스의 정격 용량을 5~10배 초과하는 토크 스파이크를 발생시킬 수 있습니다. PTO 구동축 슬립 클러치가 주요 보호 장치이지만, 단일 충격이 전체 구동 시스템에 전달되는 것을 방지하기 위해 각 베이스 커터 디스크에 개별 전단 볼트 또는 스프링식 연결 장치가 추가로 설치되어야 합니다.

연성 주철(SG 주철, EN-GJS-400-15 등급 또는 동등품)은 사탕수수 밑동 절단기 기어박스의 최소 하우징 재질 사양입니다. 표준 회주철(EN-GJL-250)은 충격 하중이 중간 정도인 청정 지대 작업에는 적합하지만, 사탕수수 밑동 절단기 작동 시 발생하는 심한 충격 하중에서는 파손됩니다. 하우징 벽에 균열이 생기면 오일이 완전히 누출되고 베어링이 고장 나며, 수리에 며칠이 소요되는데, 그 비용은 회주철 하우징과 연성 주철 하우징의 가격 차이보다 훨씬 더 많이 듭니다. 일부 제조업체는 가장 극한의 환경(하와이, 인도네시아, 필리핀의 암석이 많은 화산 토양)에서는 용접 강철 하우징을 지정하여 주철의 열전도율이라는 장점을 포기하는 대신 구조용 강철의 우수한 충격 강도를 활용합니다.

열대 기후에서의 수확기 관리

사탕수수 수확철은 대부분의 생산 지역에서 4~6개월 동안 지속되는데, 이는 어떤 작물보다도 가장 긴 연속 재배 기간 중 하나입니다. 농업용 기어박스 이 장비는 하루 10~14시간씩 가동될 경우 한 시즌 동안 1,200~2,500시간의 작동 시간을 기록하게 되므로, 연중 가동되는 산업용 기어박스 설비와 동일한 수준의 유지보수 계획이 필요합니다.

합성 기어 오일의 경우 오일 교환 주기는 200~300시간, 광물유는 100~150시간입니다. 오일이 열화(색이 어두워짐) 또는 수분 오염(열대 습도로 인한 응결로 인해 뿌옇게 변함)의 징후를 보일 경우 교환 주기를 더 단축해야 합니다. 오일 교환 시에는 매일 작업이 끝날 때마다 따뜻한 오일을 배출하십시오. 따뜻한 오일은 차가운 오일보다 하우징 내부의 부유 오염 물질을 더 효과적으로 제거합니다. 합성 PAO 기반 ISO VG 320(온대 기후에서 사용되는 VG 220보다 한 단계 높은 등급)은 열대 사탕수수 수확과 같은 고온 작업 환경에서 적절한 오일막 두께를 유지하는 데 필요한 높은 점도를 제공합니다.

PTO 샤프트 사탕수수 수확기의 유지 보수에는 유니버설 조인트와 스플라인 튜브에 매일 윤활유를 바르는 작업이 필수적입니다. 사탕수수 즙과 섬유질로 뒤덮인 환경은 깨끗한 밭에서 작업할 때보다 구동계 부품의 부식과 고착을 훨씬 빠르게 가속화합니다. 슬립 클러치 교정 상태는 매주 점검해야 합니다(열대 지방의 고온에서는 클러치 마찰재가 경화되어 작동 토크가 의도된 보호 임계값을 초과할 수 있습니다). 또한 노출된 모든 회전축의 섬유질 차단기에 섬유질이 쌓여 있는지 확인해야 합니다. 섬유질이 쌓이면 즉시 제거하십시오. 섬유질이 이미 쌓인 차단기는 추가적인 섬유질이 밀봉부에 도달하는 것을 막을 수 없습니다.

자주 묻는 질문

편집자: Cxm