Dieptecultivator-aandrijving: Aandrijftechniek voor woelploegen en rippers

Aangedreven diepgrondbewerking: Waar de aftakasversnellingsbak van belang is

Conventionele woelploegen en rippers zijn passieve trekwerktuigen — stijve tanden die door de trekhaak van de tractor door de grond worden getrokken, zonder aftakas of versnellingsbak. Deze werktuigen werken goed in droge, losse grond waar de statische tand de verdichte laag kan breken door pure mechanische kracht. In kleirijke grond, plastische grond of sterk verdichte bodemprofielen, waar de statische breekkracht groter is dan de beschikbare trekkracht van de tractor, wordt passief woelen echter onpraktisch — de wielen van de tractor verliezen grip voordat de tand de harde laag breekt, waardoor de verdichting onaangeroerd blijft. Dit is waar aangedreven diepcultivatoren van pas komen.

Een aangedreven diepwoeler gebruikt een door de aftakas aangedreven oscillerend, roterend of vibrerend mechanisme om de harde bodemlaag dynamisch in plaats van statisch te doorbreken. Het dynamische belastingsmechanisme – of het nu een roterende tandconstructie, een vibrerende schacht of een diepliggende rotor is – oefent cyclische kracht uit op de grond met frequenties van 5 tot 20 Hz, waardoor de gemiddelde benodigde trekkracht met 40 tot 70 procent wordt verminderd in vergelijking met passieve diepwoeling. PTO-versnellingsbak Om dit mechanisme aan te drijven, moet de hoge aftakas-ingang (540 of 1000 tpm) worden omgezet in de lage snelheid en het hoge koppel die het grondbewerkingsmechanisme nodig heeft — doorgaans een snelheidsreductie van 1:3 tot 1:8, afhankelijk van het ontwerp van de cultivator.

De meest voorkomende configuraties voor aangedreven diepcultivatoren zijn diepwoelers (vergelijkbaar met een standaard rotorkultivator, maar met langere tanden die een werkdiepte van 250 tot 400 mm bereiken), oscillerende woelploegen (waarbij de schacht met een lage frequentie heen en weer beweegt onder aftakasaandrijving) en gecombineerde diep-ondiepploegen die een passieve woelploegschacht combineren met een aangedreven roterende egaliseermachine die erachter is gemonteerd. Elke configuratie creëert een eigen belastingprofiel voor de versnellingsbak, maar ze hebben allemaal de fundamentele vereiste van een hoog, constant uitgangskoppel in combinatie met het vermogen om hevige impactpieken van stenen en wortelmassa's op de werkdiepte op te vangen.

Ontwerpprincipes voor versnellingsbakken met laag toerental en hoog koppel

A diepcultivator versnellingsbak Dit vertegenwoordigt het uiterste van het spectrum van landbouwversnellingsbakken met een hoog koppel. Waar een ventilatorversnellingsbak van een zaaimachine een bescheiden koppel overbrengt bij een zeer hoge uitgangssnelheid, brengt een versnellingsbak van een diepcultivator een zeer hoog koppel over bij een bescheiden uitgangssnelheid – en de technische afwegingen zijn fundamenteel anders. Het uitgangskoppel bij 100 tpm met een vermogen van 60 pk is meer dan 4,5 keer hoger dan het ingangskoppel bij 540 tpm met hetzelfde vermogen (het uitgangskoppel is omgekeerd evenredig met de snelheidsreductieverhouding). Deze koppelversterking vereist tandwielen met een aanzienlijke wortelsterkte, grotere modulegroottes en asdiameters die zijn ontworpen voor vermoeiingsweerstand in plaats van alleen stijfheid.

De tandwielmodule (de parameter voor de tandgrootte die zowel het draagvermogen als de rotatiesnelheid bij een bepaalde steeksnelheid bepaalt) voor een typische uitgaande tandwielkast van een diepcultivator is 5 tot 8 mm – aanzienlijk groter dan de 3 tot 4 mm module die wordt gebruikt in een tandwielkast van een roterende maaier met een vergelijkbaar vermogen, waar de uitgaande snelheid hoger ligt. Grotere modules produceren grotere tandwielen met diepere wortels, waardoor de snijbelasting over meer materiaal wordt verdeeld en de buigsterkte wordt geboden die nodig is om scheuren in de tandwortels te voorkomen bij langdurig gebruik met een hoog koppel. De diameter van de uitgaande as bij de lagers is doorgaans 60 tot 100 mm – ook aanzienlijk groter dan de 35 tot 50 mm die gebruikelijk is in hogesnelheidslandbouwtandwielkasten – wat het benodigde dwarsdoorsnedeoppervlak biedt om de hoge torsieschuifspanning op te vangen zonder de vermoeiingsgrens van het asmateriaal te overschrijden.

Voor de lagers in de uitgaande positie met hoog koppel zijn kegelrollagers nodig in plaats van de diepgroefkogellagers die doorgaans de voorkeur genieten bij hogesnelheidstoepassingen. Kegelrollagers kunnen de gecombineerde radiale en axiale belastingen opvangen die worden gegenereerd door spiraalvormige of kegelvormige tandwieloverbrengingen bij een hoog koppel. Hun aanzienlijk hogere draagvermogen per afmeting maakt ze de enige praktische keuze voor de lagerposities naast het uitgaande tandwiel met hoog koppel. Fabrikanten zoals Ever-Power PTO-versnellingsbak Specificeer bijpassende kegellagersets met gecontroleerde voorspanning voor de uitgangsposities van de diepfreesversnellingsbak — de voorspanningsinstelling (doorgaans 0,05 tot 0,15 mm axiale compressie) zorgt voor een gelijkmatige lastverdeling over de lagerrollen onder de hoge cyclische belasting die kenmerkend is voor grondbewerkingswerktuigen.

Diepfreesmachines en aangedreven woelploegen: aandrijfarchitectuur

Een diepfrees vergroot de werkdiepte van een standaardfrees van de gebruikelijke 150 tot 200 mm bij conventionele grondbewerking tot 250 tot 400 mm bij bodemverbetering. De freesarm heeft langere messen op een zwaardere rotoras en de aandrijving van de rotor moet 30 tot 50 procent meer vermogen leveren dan bij een ondiepfrees. landbouwversnellingsbak met dezelfde werkbreedte omdat de diepere ingrijping van de tanden per eenheid voorwaartse verplaatsing proportioneel meer energie verbruikt. Van een aftakas met 540 tpm reduceert de versnellingsbak het toerental van de rotoras tot 200 tot 280 tpm – een reductieverhouding van 1:1,9 tot 1:2,7 die de benodigde snelheid van de rotortanden (5 tot 7 m/s) genereert voor effectieve grondverpulvering en laterale fragmentatie op de grotere werkdiepte, waar de bodemdichtheid en cohesie aanzienlijk hoger zijn dan in de bovenste grondlaag. Voor een vergelijking met ondiepere grondbewerkingsmachines die een vergelijkbare aandrijfarchitectuur gebruiken, maar met een lager koppel, zie onze technische handleiding over aandrijfas versnellingsbak ontwerp en toepassing.

Aangedreven woelploegen gebruiken een ander mechanisme: in plaats van een roterende tandenconstructie maken ze gebruik van verticale tanden (doorgaans 4 tot 8 tanden over een werkbreedte van 3 tot 5 meter) met aftakas-aangedreven oscillatie die elke tand heen en weer laat trillen met een frequentie van 5 tot 15 Hz en een slagamplitude van 30 tot 80 mm. Het oscillatiemechanisme maakt gebruik van een excentrische krukas die wordt aangedreven door de uitgang van de aftakas-versnellingsbak. Deze zet de roterende beweging om in een heen-en-weergaande beweging via een krukas- en drijfstangmechanisme, vergelijkbaar met het mechanisme dat wordt gebruikt in maaiers met heen-en-weergaande messen, maar met een veel hoger koppel. De krukas moet draaien met de gewenste oscillatiefrequentie – 300 tot 900 tpm als de oscillatie 5 tot 15 Hz is (aangezien één oscillatiecyclus gelijk is aan één krukasomwenteling) – wat een overbrengingsverhouding van 1:1,8 tot 1:0,6 vereist bij een aftakas met 540 tpm, afhankelijk van de gewenste frequentie.

Bescherming tegen rotsinslagen: overleven in de ondergrondse omgeving

Bij een werkdiepte van 300 tot 600 mm stuiten diepploegmachines op geologische kenmerken die oppervlakteploegmachines nooit tegenkomen: grote veldstenen (rotsblokken van meer dan 200 mm die onder de grondlaag zijn gezakt), rotsformaties, begraven wortels en stronken van eerdere ontginningen, en metalen voorwerpen (afgebroken ploegpunten, fragmenten van irrigatiebuizen, hekpalen) die door decennia van conventionele grondbewerking zijn ondergeploegd. Elk van deze obstakels genereert impactkrachten op de tand of steel die binnen milliseconden 5 tot 15 keer de normale rijkracht kunnen overschrijden.

Overbelastingsbeveiliging op diepcultivatoren maakt gebruik van een gelaagde aanpak. De primaire beveiliging is een slipkoppeling of breekbout in de aftakas-aandrijflijn die is afgesteld om los te laten bij 1,5 tot 2,0 keer het nominale continue koppel, waardoor de machine wordt beschermd. PTO-versnellingsbak van koppelpieken die anders tandwielen zouden beschadigen of assen zouden breken. Individuele schachtbescherming is de secundaire verdediging: elke tand of schacht is gemonteerd op een hydraulisch of veer-terugstelmechanisme waardoor de schacht naar achteren kan afbuigen wanneer deze een onbeweegbaar obstakel tegenkomt, en vervolgens terugkeert naar zijn werkpositie zodra het obstakel is gepasseerd. Hydraulische terugstelsystemen (die een hydraulische accumulator gebruiken om de terugbreekkracht te leveren) bieden de hoogste terugstelnauwkeurigheid en weerstand tegen valse activering bij kleine obstakels, terwijl veer-terugstelsystemen mechanisch eenvoudiger en goedkoper zijn, maar periodieke aanpassing van de veerspanning vereisen om een ​​constante terugbreekkracht te behouden.

De materiaalspecificatie van de versnellingsbakbehuizing is bij diepfreesmachines belangrijker dan bij de meeste andere landbouwmachines vanwege de zwaardere impactbelastingen. Nodulair gietijzer (SG-ijzer, EN-GJS-400-15 of hogere kwaliteit) is het minimaal acceptabele behuizingsmateriaal. Standaard grijs gietijzer breekt onder de schokbelastingen die typisch zijn voor impacts op gesteente in de ondergrond, terwijl nodulair gietijzer plaatselijk vervormt zonder scheuren in de wanden of catastrofale breuk van de behuizing. Voor de meest veeleisende toepassingen (vulkanische grond met een aanzienlijk gehalte aan rotsblokken, herwonnen land met begraven bouwafval) bieden gelaste stalen behuizingen een 3 tot 5 keer hogere slagvastheid dan nodulair gietijzer, ten koste van een iets lagere thermische geleidbaarheid. Dit is een acceptabele afweging om de versnellingsbak te beschermen tegen catastrofale schade door impact.

Vermogen per meter: afstemming van tractor en versnellingsbak op de werkbreedte

Diepe grondbewerking is de meest energie-intensieve aftakasbewerking in de reguliere landbouw, met een verbruik van 30 tot 60 pk per meter werkbreedte, afhankelijk van het grondtype, de werkdiepte en de rijsnelheid. Ter vergelijking: een ondiepe rotorkultivator verbruikt 15 tot 30 pk per meter, een rotorkopeg 12 tot 25 pk per meter en een zaaibedcultivator 8 tot 15 pk per meter. De aanzienlijk hogere energiebehoefte van diepe grondbewerking weerspiegelt de geometrische realiteit dat een verdubbeling van de werkdiepte de hoeveelheid bewerkte grond meer dan verdubbelt (omdat de tand of het mes over de volledige lengte in de grond snijdt), en de diepere grond is doorgaans dichter en samenhangender dan de bovengrondse laag.

Een aangedreven diepfrees van 3 meter vereist daarom 90 tot 180 pk aan de aftakas – een vermogensbereik dat deze apparatuur beperkt tot middelgrote tot grote landbouwtrekkers (130 tot 250 pk motorvermogen, met ten minste 100 pk beschikbaar aan de aftakas na aftrek van aandrijfverliezen). landbouwversnellingsbak De versnellingsbak moet geschikt zijn voor het volledige continue vermogen plus een marge van 30 tot 40 procent voor de koppelpieken als gevolg van impact met rotsen en wortels, die meerdere keren per uur voorkomen tijdens normaal gebruik. Het onderdimensioneren van de versnellingsbak door deze piekmarge te negeren, leidt tot voorspelbare gevolgen: scheuren in de tandwortels binnen één tot twee seizoenen, slijtage van de uitgaande lagers die leidt tot schade aan de behuizing, en uiteindelijk een complete vervanging van de versnellingsbak die 3 tot 5 keer de prijs van de correct gedimensioneerde en de ondergedimensioneerde versnellingsbak bij de oorspronkelijke aanschaf kost.

Onderhoud voor krachtige grondbewerkingsversnellingsbakken

De tandwielkasten van diepcultivatoren werken seizoensgebonden – doorgaans 50 tot 150 uur per jaar intensief, tijdens de voorbereiding van de grond vóór het zaaien of na de oogst. De korte jaarlijkse gebruiksduur zou kunnen suggereren dat de olieverversingsintervallen langer moeten zijn, maar de zware bedrijfsomstandigheden pleiten juist voor het tegenovergestelde. Het wordt aanbevolen om de olie aan het einde van elk werkseizoen te verversen (ongeacht het aantal draaiuren). De tandwieloverbrenging met hoog koppel veroorzaakt thermische degradatie die niet volledig wordt hersteld tijdens de lange opslagperiode buiten het seizoen. Bovendien condenseert er water in de olie tijdens de opslag, wat de tandwielen en lageroppervlakken kan vervuilen als dit niet wordt verwijderd voordat het volgende seizoen begint.

Controleer de speling in de tandwielen bij elke olieverversing. Draai de ingaande as rond terwijl de uitgaande as vergrendeld is en voel naar het dode punt van vrije rotatie voordat het uitgaande tandwiel aangrijpt. De typische speling in een nieuwe versnellingsbak bedraagt ​​0,10 tot 0,25 mm bij de tandsteekradius (gemeten aan de tandflank van de uitgaande as). Een speling van 0,50 mm of meer duidt op aanzienlijke slijtage van de tandwielen, wat een inspectie van de lagers en mogelijk vervanging van de tandwielen vóór het volgende bedrijfsseizoen rechtvaardigt. Gebruik synthetische PAO-gebaseerde EP-tandwielolie ISO VG 320 (één klasse zwaarder dan de VG 220 die wordt gebruikt in middelzware landbouwversnellingsbakken). De hogere viscositeit zorgt voor een adequate oliefilmdikte bij de hoge contactspanning tussen de tanden die kenmerkend is voor bedrijf met lage snelheden en een hoog koppel.

PTO-as De keuze voor een aftakas voor diepcultivatoren moet aansluiten op de hoge koppelvereisten van de transmissie. Ondergedimensioneerde aandrijflijnen die voldoende presteren bij ondiepe grondbewerking kunnen catastrofaal falen bij toepassing op een diepcultivator. Controleer of de serieclassificatie van de aftakas (serie 6 voor een hoger koppel, serie 8 voor de hoogste koppeltoepassingen) geschikt is voor het vermogen van de diepcultivator. Een aftakas met constante snelheid (CV-aandrijflijn) wordt aanbevolen voor diepcultivatoren die onder een hoek van meer dan 25 graden ten opzichte van de tractor werken – wat vaak voorkomt bij het bewerken van veldgrenzen of op glooiend terrein. De CV-aandrijflijn elimineert de cyclische koppelpulsatie die standaard aandrijflijnen met Hooke-koppelingen genereren bij grote werkhoeken, waardoor de ingaande lagers van de versnellingsbak worden beschermd tegen de versnelde slijtage die deze pulsatie anders zou veroorzaken.

Veelgestelde vragen

Redacteur: Cxm