Aandrijfarchitectuur: Conversie van aftakas naar rotorsnelheid

De aandrijving van een strohakselaar is mechanisch gezien eenvoudig: aftakas naar ingang van de versnellingsbak, uitgang van de versnellingsbak naar de rotor. De technische uitdaging is echter aanzienlijk, omdat de versnellingsbak moet... toename snelheid in plaats van vermindering. De meeste landbouw PTO-versnellingsbak Bij deze toepassingen worden snelheidsreductoren gebruikt (uitgang langzamer dan ingang), maar de rotor van een strohakselaar moet 3 tot 5 keer sneller draaien dan de aftakas van de tractor om de benodigde tipsnelheid te genereren voor effectieve hakseling van de gewasresten. Deze snelheidsverhoging keert de koppelvermenigvuldigingsrelatie om: hoewel de uitgangssnelheid hoger is, is het uitgangskoppel proportioneel lager (minus efficiëntieverliezen), en de tandwielen van de versnellingsbak in de hogesnelheidsuitvoerfase ondervinden een hogere cyclische belasting door het verhoogde aantal spanningscycli per bedrijfstijdseenheid.

Om met een aftakas van 540 tpm een ​​rotorsnelheid van 2000 tpm te bereiken, is een snelheidsverhogingsverhouding van 1:3,7 nodig. Met een aftakas van 1000 tpm is voor dezelfde rotorsnelheid een verhouding van 1:2 nodig – aanzienlijk minder belastend voor de versnellingsbak en de reden waarom grotere strohakselaars steeds vaker een aftakas van 1000 tpm voorschrijven voor hun zwaarste modellen. De versnellingsbak is een haakse kegeltandwieloverbrenging (die de horizontale rotatie van de aftakas omzet in de horizontale rotoras, die loodrecht staat op de rijrichting) met een ingaande tandwiel dat groter is dan het uitgaande tandwiel om de snelheidsvermenigvuldiging te realiseren.

De rotor zelf draagt ​​de snij-elementen – ofwel vrij bewegende messen bij een hakselaar met messen, ofwel vastgeschroefde messen bij een hakselaar met vaste messen – en fungeert als een aanzienlijk vliegwiel dat rotatiekinetische energie opslaat. Een rotor van 3 meter met messen weegt doorgaans 120 tot 250 kg en slaat bij bedrijfssnelheid 10 tot 30 kJ kinetische energie op. Deze opgeslagen energie dempt het pulserende koppel dat wordt gegenereerd door de individuele mesinslagen op de gewasstengels, waardoor de cyclische spanning die via de versnellingsbak wordt doorgegeven, wordt verminderd – hetzelfde vliegwielprincipe dat de versnellingsbakken van de maaikoppen van voederhakselaars beschermt, maar dan met een lager totaal energieniveau omdat de rotor van de strohakselaar kleiner en lichter is dan de trommel van een voederhakselaar.

Hevelmaaiers versus rotormaaiers met vaste messen: de invloed van de snijmethode op de versnellingsbak.

De keuze tussen een rotor met klepelmes en een rotor met vast mes bepaalt direct het belastingspatroon van de versnellingsbak, het benodigde vermogen per meter werkbreedte en het overbelastingsgedrag wanneer de rotor vreemde voorwerpen tegenkomt.

Hevelrotoren gebruiken individueel scharnierende messen – meestal Y-vormige, hamervormige of rechte messen die op draaipennen langs de rotoras zijn gemonteerd. Elke mes beweegt vrij door de centrifugale kracht tijdens de rotatie en kan naar achteren afbuigen bij een botsing met een onbeweegbaar object (een grote steen, een boomwortel). Hierdoor wordt de impactenergie geabsorbeerd door de vertraging van de individuele mesmassa, in plaats van de volledige schok via de rotor naar de versnellingsbak over te brengen. Deze inherente schokabsorptie maakt hevelrotoren minder gevoelig voor rotsachtige veldomstandigheden en vermindert de piekkoppelpieken die de versnellingsbak moet weerstaan. Het nadeel is dat hevelhakselaars een minder uniforme deeltjesgrootte produceren dan ontwerpen met vaste messen – de vrij bewegende messen versnipperen in plaats van snijden, wat resulteert in een bredere spreiding van de deeltjeslengtes. Hevelhakselaars vereisen 1,5 tot 3 pk per meter werkbreedte voor typische graanstroresten, waarbij de lagere waarde geldt voor licht, droog tarwestro en de hogere waarde voor zwaarder gerst- of haverstro met een aanzienlijk stengelvolume.

Rotors met vaste messen gebruiken stijve messen die direct aan de rotortrommel zijn vastgeschroefd of op flenzen zijn gemonteerd zonder scharnier of draaipunt. Elk mes snijdt door het gewasrestmateriaal met een scherende werking tegen een tegenmes of tegen het grondoppervlak, waardoor een gelijkmatigere en over het algemeen kleinere deeltjesgrootte ontstaat dan bij rotors met klepelbladen. Rotors met vaste messen brengen echter de volledige impactkracht van elke slag direct over via de mesbevestiging, de rotoras en de lagers van de versnellingsbak – zonder energieabsorberend deflectiemechanisme. Een steeninslag op een rotor met vaste messen genereert een koppelpiek die 3 tot 8 keer zo groot is als het draaikoppel, vergeleken met 1,5 tot 3 keer zo groot voor een rotor met klepelbladen die hetzelfde obstakel tegenkomt. Deze hogere piekbelasting vereist een sterkere rotor. versnellingsbak van de strohakselaar Specificaties: zwaardere tandwielmodule, grotere lagers en robuustere overbelastingsbeveiliging. Hakselaars met vaste messen vereisen 3 tot 6 pk per meter werkbreedte en zijn de standaardkeuze voor zware gewasresten: maïsstengels (die dikwandig zijn en moeilijk te versnipperen), zonnebloemstengels (die houtachtig en vezelig zijn) en sorghumstoppels (die 200 tot 400 mm boven het bodemoppervlak uitsteken en sterk verhout zijn).

Vermogen per meter: Afstemming van de versnellingsbak op de werkbreedte

Het benodigde vermogen van een strohakselaar is lineair evenredig met de werkbreedte: een verdubbeling van de breedte vereist ongeveer twee keer zoveel aftakasvermogen, omdat er per voorwaartse bewegingseenheid twee keer zoveel gewasresten verwerkt moeten worden. Deze lineaire schaling maakt het vermogen per meter de fundamentele parameter voor de dimensionering van zowel het werktuig als de versnellingsbak. Het door de fabrikant opgegeven vermogen is gebaseerd op een specifiek gewastype, gewasrestdichtheid en rijsnelheid; bij zwaardere gewasresten of hogere rijsnelheden neemt het werkelijke vermogen evenredig toe.

De versnellingsbak moet geschikt zijn voor het totale aftakasvermogen van het breedste model in het assortiment, met dien verstande dat de fabrikant dezelfde versnellingsbak voor verschillende werkbreedtes kan aanbieden door de rotorlengte aan te passen, terwijl de centrale aandrijfeenheid ongewijzigd blijft. Fabrikanten zoals Ever-Power PTO-versnellingsbak Beoordeel hun versnellingskasten op basis van het continue ingangsvermogen bij de gespecificeerde verhouding. Zo wordt ervoor gezorgd dat de opgegeven capaciteit de werking in de praktijk weerspiegelt, en niet een kortdurende laboratoriumtest die geen rekening houdt met thermisch evenwicht onder realistische gebruiksomstandigheden.

Breedromp choppers: versnellingsbakconfiguraties met centrale montage en dubbele uitgang

Smalle strohakselaars (werkbreedte van 1,5 tot 3 meter) gebruiken een enkele versnellingsbak die aan één uiteinde van de rotor is gemonteerd. De aftakas van de tractor verbindt de rotor met de ingang van de versnellingsbak, terwijl de uitgang van de versnellingsbak de rotor rechtstreeks aandrijft via een flenskoppeling. Deze eindaandrijving is eenvoudig en effectief voor smalle machines, maar creëert een asymmetrische belasting op de rotorlagers: het lager aan de aandrijfzijde draagt ​​de gecombineerde radiale belasting van het rotorgewicht plus het reactiekoppel van de versnellingsbak, terwijl het lager aan de niet-aandrijfzijde alleen de radiale gewichtsbelasting draagt. Voor smalle machines met een matige totale rotormassa is deze asymmetrie acceptabel.

Breedbandhakselaars (4 tot 6 meter of meer) kampen met een ander technisch probleem. Een lange, zware rotor, aangedreven vanaf één uiteinde, buigt door zijn eigen gewicht en de snijkrachten. De torsie (hoekverdraaiing) langs de rotorlengte kan ervoor zorgen dat het uiteinde van de rotor enkele graden achterloopt op het aandrijfeinde, wat resulteert in een ongelijke hakintensiteit over de werkbreedte. De oplossing is een centraal gemonteerde versnellingsbak met dubbele uitgangen: de versnellingsbak is in het midden van de rotor geplaatst en de twee uitgaande assen drijven de linker- en rechterrotorhelft gelijktijdig aan. Deze constructie halveert de onondersteunde rotorspanwijdte, elimineert het probleem van de torsie en verdeelt de aandrijfreactiekracht symmetrisch over beide rotorlagerposities.

Een centraal gemonteerde dubbele uitgang versnellingsbak van de strohakselaar Een dubbele uitgang is een complexere constructie dan een unit met één uitgang. De kegeltandwieloverbrenging zet de aftakasinput om van horizontaal naar de dwarsrichting van de rotoras, en een secundaire tandwieloverbrenging met rechte of schuine vertanding splitst de output in twee tegengesteld draaiende assen (of twee meedraaiende assen, afhankelijk van het rotorontwerp). De configuratie met dubbele uitgang moet zorgen voor een gelijke koppelverdeling tussen de twee helften. Een onbalans zorgt ervoor dat de ene rotorhelft meer dan zijn deel van de snijbelasting absorbeert, waardoor de lagers en tandwieloverbrenging overbelast raken, terwijl de andere helft onderbelast blijft. Op elkaar afgestemde tandwieloverbrengingen met gecontroleerde speling en contactpatroon zijn essentieel voor een gelijke vermogensverdeling in tandwielkasten met dubbele uitgang.

Bescherming tegen stootbelasting, vreemde voorwerpen en overbelasting.

Strohakselaars werken op grondniveau in velden die net geoogst zijn – een terrein bezaaid met stenen die tijdens het oogsten aan de oppervlakte zijn gekomen, kapotte onderdelen van werktuigen, stukjes afrasteringsdraad en soms grotere metalen voorwerpen. De rotor, die met 1500 tot 2500 toeren per minuut draait en waarvan de messen een omtreksnelheid van 40 tot 65 m/s bereiken, raakt deze objecten met een enorme, momentane kracht. De resulterende koppelpiek plant zich in milliseconden voort via de rotoras, de tandwieloverbrenging van de versnellingsbak en de aftakas – veel sneller dan welk elektronisch besturingssysteem dan ook kan reageren.

De primaire overbelastingsbeveiliging voor de versnellingsbak is een slipkoppeling of breekbout op de aftakas tussen de tractor en de ingang van de versnellingsbak. De slipkoppeling moet zo worden afgesteld dat deze loslaat bij een koppel dat de versnellingsbak beschermt tegen schade, terwijl deze ingeschakeld blijft tijdens het normale werkingskoppelbereik – inclusief de gematigde koppelpieken bij het hakselen van gewassen. Het afstelbereik ligt doorgaans tussen 1,5 en 2,0 keer het nominale continue koppel: ingesteld onder 1,5 keer het nominale koppel, slipt de koppeling tijdens normale werkzaamheden met zware gewassen, waardoor energie als warmte verloren gaat; ingesteld boven 2,0 keer het nominale koppel, laat de koppeling schadelijke koppelwaarden toe in de versnellingsbak voordat deze in werking treedt. Voor gedetailleerde informatie over de gedeelde technische principes tussen strohakselaars en vegetatiebeheer met klepels, zie onze technische handleiding. versnellingsbak van de klepelmaaier ontwerp en specificatie.

Hakselaars met klepels bieden inherente secundaire bescherming door het vrij bewegende klepelmechanisme: elke klepel buigt individueel af bij impact en absorbeert kinetische energie door de klepelmassa af te remmen tegen de draaiweerstand. Hakselaars met vaste messen missen dit mechanisme — elke impact wordt direct en zonder demping overgebracht op de rotor en de versnellingsbak. Daarom moeten hakselaars met vaste messen voor stenige velden een versnellingsbak specificeren met een vermogen dat minstens 30 procent hoger ligt dan het berekende continue vermogen, met een slipkoppeling ingesteld op 1,5× in plaats van 2,0× — de lagere koppelingsdrempel gaat ten koste van een kleine hoeveelheid piekcapaciteit, maar biedt aanzienlijk betere bescherming voor de interne onderdelen van de versnellingsbak tegen de hogere piekbelastingen die inherent zijn aan het hakken met vaste messen.

Bedrijfsomgeving: Bescherming tegen stof, vuil en de versnellingsbak

Het hakselen van stro genereert een van de hoogste stofconcentraties van alle veldwerkzaamheden. De rotor verpulvert droge gewasresten met hoge snelheid, waardoor een dichte wolk ontstaat van fijn organisch stof, silicadeeltjes afkomstig van bodemverstoring en zwevend kaf die de hele machine tijdens het gebruik omhult. Deze stofwolk tast elk blootgesteld onderdeel aan — en de PTO-versnellingsbak, die doorgaans bovenop of naast de rotorbehuizing is gemonteerd, bevindt zich in het midden van de stofwolk.

De standaard afdichting van landbouwversnellingsbakken is niet toereikend voor strohakselaars. De combinatie van fijne stofdeeltjes (10 tot 50 micrometer), de hoogfrequente trillingen van de rotor en de verhoogde temperatuur van de behuizing door de toenemende snelheid van de tandwieloverbrenging creëert omstandigheden die de slijtage van de afdichtingslippen 2 tot 3 keer sneller laten verlopen dan in een schone-luchtomgeving. Dubbellips asafdichtingen met een met vet gevulde tussenkamer zijn de minimale vereiste: de buitenste lip houdt het grootste deel van het stof tegen, terwijl de vetlaag deeltjes opvangt die de buitenste afdichting binnendringen voordat ze de binnenste lip kunnen bereiken en de olie vervuilen. Afgedichte ontluchtingskleppen (droogmiddeltype of overdrukventielen) vervangen de standaard open ontluchtingskleppen om te voorkomen dat stof wordt aangezogen tijdens de thermische ontluchtingscyclus van de versnellingsbak.

Reinigen na gebruik is eveneens belangrijk. Stof en resten die zich ophopen op de behuizing van de versnellingsbak houden vocht vast tegen het gietoppervlak, wat corrosie bevordert en de koelribben verstopt waarop de behuizing vertrouwt voor warmteafvoer. Door de buitenkant van de versnellingsbak na elke werkdag met perslucht schoon te blazen – een klusje van 2 minuten – wordt de isolerende stoflaag verwijderd en worden de thermische prestaties van de behuizing voor de volgende dag hersteld. landbouwversnellingsbak Bij modellen die worden gebruikt in strohakselaars, biedt de specificatie van gepoedercoate behuizingen een extra corrosiebarrière die bestand is tegen de ge gecombineerde effecten van organisch zuur in gewasstof, vocht en de schurende reinigingswerking van perslucht en hogedrukreiniging gedurende de levensduur van het werktuig.

Onderhoud: Olie, lagers en PTO-as Inspectie

De olieverversingsinterval voor een tandwielkast met snelheidsverhoging van een strohakselaar moet korter zijn dan voor een conventionele landbouwtandwielkast die in schonere omstandigheden werkt. De hoge snelheid van de tandwieloverbrenging genereert meer warmte per liter olie (waardoor thermische degradatie wordt versneld) en de stoffige omgeving vergroot de kans op het binnendringen van verontreinigingen langs de asafdichtingen. Een praktisch schema is 200 uur voor synthetische tandwielolie of 100 uur voor minerale olie – ongeveer één olieverversing per seizoen voor gebruikers met gemiddeld gebruik en twee per seizoen voor commerciële aannemers die meer dan 400 uur per jaar werken. Controleer bij elke onderhoudsbeurt de kleur van de olie op een schone witte doek: helder amberkleurig duidt op schone olie, donkerbruin op thermische degradatie, zwart met een korrelige textuur op verontreiniging door deeltjes en melkachtig van uiterlijk op waterindringing – elke situatie vereist een andere corrigerende maatregel.

De lagers moeten bij elke olieverversing worden gecontroleerd. Met de aftakas losgekoppeld en de rotor vrij draaiend, draai je de uitgaande as van de versnellingsbak met de hand rond en voel je of er ruwheid, gekraak of een klikkend geluid is dat wijst op beschadiging van het lageroppervlak. Pak de uitgaande as vast en controleer op radiale en axiale speling. Elke waarneembare beweging duidt op lagerslijtage of verlies van voorspanning, wat vóór het volgende werkseizoen moet worden verholpen. Een lager dat merkbare speling vertoont tijdens een stationaire test, zal snel verslechteren onder de hoge snelheden en trillingen die optreden bij het gebruik van een strohakselaar.

Het onderhoud van de aftakas-aandrijflijn – het smeren van de kruiskoppelingen, het smeren van de spiebanen van de telescopische buis, het controleren van de speling in de kruiskoppelinglagers en het controleren van de kalibratie van de slipkoppeling – is essentieel onderhoud vóór het seizoen dat de levensduur van de versnellingsbak direct beïnvloedt. Een versleten kruiskoppeling genereert cyclische snelheidsvariaties met een frequentie die tweemaal zo hoog is als de rotatiefrequentie van de aftakas (het Hooke-effect), waardoor een pulserend koppel naar de versnellingsbak wordt gestuurd dat de slijtage van de tandwielen versnelt. Een droge telescopische buis verzet zich tegen soepel uitschuiven en inkrimpen, waardoor geometrische belastingen van de aandrijflijn worden overgebracht naar de ingaande lagers van de versnellingsbak, terwijl de aandrijflijn deze intern zou moeten opvangen. Tien minuten onderhoud aan de aandrijflijn vóór het seizoen voorkomt schade aan de versnellingsbak die uren reparatietijd kost.

Veelgestelde vragen

Redacteur: Cxm