Versnellingsbak van de spitmachine: aandrijving voor het omkeren van de grond met lage snelheid

Hoe een spitmachine werkt: grondomkering door middel van een krukas

Een heen-en-weer bewegende spitmachine gebruikt sets platte spitbladen die op een krukasmechanisme zijn gemonteerd. Elk blad dringt verticaal de grond in tot een diepte van 200 tot 400 mm, tilt een afzonderlijke kluit van 5 tot 15 kg op, roteert deze 180 graden terwijl de krukas draait en deponeert de omgekeerde kluit terug in de bewerkingssleuf. De bladen zijn in verspringende rijen over de werkbreedte geplaatst (doorgaans 2 tot 4 rijen van 4 tot 8 spitbladen elk, in totaal 8 tot 32 afzonderlijke spitbladen), waarbij elke rij zo is getimed dat deze de grond ingaat in een andere fase van de krukasrotatie. Dit verdeelt de gecombineerde hefkracht over de krukasrotatie en vermindert de variatie in piekkoppel die de spitmachine ondervindt. PTO-versnellingsbak Moet het absorberen.

De krukas draait met 100 tot 250 toeren per minuut – veel langzamer dan een rotor van een grondfrees (200 tot 280 toeren per minuut) en vele malen langzamer dan de snelheid van een versnellingsbak. Bij een aftakas van 540 toeren per minuut vereist dit een snelheidsreductie van 1:2,2 tot 1:5,4. versnellingsbak van een spitmachine Deze reductiekast valt stevig in de categorie van hoogkoppelreductoren, net als diepfrees- en TMR-mengkasten. De gecombineerde hefkracht over een typische werkbreedte van 2 meter varieert van 5.000 tot 20.000 N, afhankelijk van het bodemtype, de bodemvochtigheid en de werkdiepte. Dit is een constante en veeleisende mechanische belasting die zware tandwielen, extra grote asdiameters en robuuste lagerconstructies vereist, geoptimaliseerd voor continue cyclische belasting bij een laag toerental.

Het fundamentele verschil tussen een spitmachine en een rotorkultivator zit hem in de manier waarop de grond wordt verplaatst. Een rotorkultivator gebruikt voorwaarts draaiende messen die de grond snijden, verpulveren en wegslingeren. Dit resulteert in een fijn, los zaaibed, maar vernietigt de bodemaggregaten, biologische kanalen en macroporiënstructuur die essentieel zijn voor een gezonde bodem voor waterinfiltratie en wortelpenetratie. Een spitmachine tilt elke kluit intact op en keert deze om, waardoor de interne aggregaatstructuur behouden blijft en de grondlaag volledig wordt omgekeerd. Deze zorgvuldige instandhouding van de natuurlijke bodemstructuur is de belangrijkste reden waarom spitmachines de voorkeur genieten als primair grondbewerkingswerktuig in gecertificeerde biologische landbouw, regeneratieve landbouw en hoogwaardige tuinbouwbedrijven waar bodemgezondheid een prioriteit is. Voor een vergelijking met de conventionele tandwielkasttechniek van rotorkultivatoren, zie onze gedetailleerde handleiding over versnellingsbak van de rotorkultivator toepassingen en ontwerp.

Ontwerp van een reductiekast voor krukasaandrijving

De tandwielkastarchitectuur voor een spitmachine combineert een haakse kegeltandwiel-ingangstrap (die de horizontale aftakasrotatie omzet in de krukasrichting) met een parallelle spiraal- of rechte reductie-uitgangstrap die de vereiste totale snelheidsreductie realiseert. Voor verhoudingen van 1:2,2 tot 1:3,5 kan een eentraps kegeltandwiel volstaan, maar voor de dieper werkende machines met een lagere krukasrotatie die een reductie van 1:4 tot 1:5,4 vereisen, is een tweetraps ontwerp (kegeltandwiel-ingang bij 1:1,5 tot 1:2, gevolgd door een spiraalreductie bij 1:2 tot 1:2,7) geschikter. Dit verdeelt de totale verhouding over twee tandwieloverbrengingen en zorgt ervoor dat elke trap binnen zijn efficiënte werkingsbereik blijft. Fabrikanten zoals Ever-Power PTO-versnellingsbak We bieden beide configuraties aan, afgestemd op de specifieke toerental- en koppelvereisten van elk model spitmachine.

De uitgaande tandwielmodule voor een versnellingsbak van een spitmachine De steek is doorgaans 5 tot 8 mm — hetzelfde zware bereik dat wordt gebruikt in tandwielkasten van diepcultivatoren, wat de vergelijkbare koppelwaarden weerspiegelt die bij vergelijkbaar lage uitgangssnelheden worden overgebracht. De diameter van de uitgaande as bij de krukasaansluiting is 70 tot 120 mm, gedimensioneerd om de gecombineerde torsie-, schuif- en buigbelastingen van de meervoudige krukas op te vangen. Kegellagers aan de uitgang zorgen voor de gecombineerde radiale en axiale draagkracht die nodig is voor het cyclische belastingspatroon — elke krukasomwenteling produceert een wisselende stuwkrachtrichting wanneer de spadebladen de grond in en uit gaan, waardoor een wisselende axiale belasting ontstaat die diepgroefkogellagers bij de betrokken koppelwaarden niet efficiënt aankunnen.

De krukas zelf maakt geen deel uit van de versnellingsbak (het is een apart gesmeed of gegoten onderdeel dat is verbonden met de uitgangsflens van de versnellingsbak), maar de interface tussen de uitgang van de versnellingsbak en de krukas is een cruciaal ontwerpkenmerk. De verbinding moet het volledige uitgangskoppel overbrengen zonder relatieve beweging (geen wrijvingscorrosie op de verbindingsvlakken) en tegelijkertijd praktische loskoppeling in het veld mogelijk maken voor vervanging van de krukas of onderhoud aan de schoepen. Vertande koppelingen met perspassingnaven (hydraulisch uitzetbaar voor montage en demontage) bieden de meest robuuste verbinding, terwijl spieflenzen eenvoudiger onderhoud in het veld bieden, maar ten koste van een lager koppelvermogen en een potentieel risico op wrijvingscorrosie bij het contact tussen de spie en de spiebaan.

Vermogensbehoefte per meter: Waarom spitten zware tractoren vereist

Spademachines verbruiken 30 tot 60 pk per meter werkbreedte – het hoogste vermogen van alle primaire grondbewerkingsmachines en aanzienlijk meer dan een rotorkultivator (15 tot 30 pk/m), een rotorkopeg (12 tot 25 pk/m) of een wentelploeg (10 tot 20 pk/m bij een gelijke diepte). Het hoge vermogen is een direct gevolg van de fundamentele mechanica van het optillen in plaats van snijden: elk spadeblad moet het gewicht van de grondkluit overwinnen, plus de kleef- en wrijvingskrachten die de verticale extractie uit het bodemprofiel tegenwerken. Een spademachine van 2 meter breed vereist daarom 60 tot 120 pk aftakasvermogen – wat een middelgrote tot grote tractor (100 tot 180 pk motorvermogen) vereist om voldoende aftakasvermogen te leveren met reserve voor de koppelpieken die optreden wanneer de spades verdichte grondlagen, wortelkluiten of stenen op de werkdiepte tegenkomen.

De haalbare voorwaartse snelheid van een spitmachine wordt inherent beperkt door het toerental van de krukas en het aantal spitbladen. Bij een krukastoerental van 150 tpm met 8 bladen per rij verwerkt de machine 8 × 150 = 1200 spitslagen per minuut. Elke slag bewerkt een laag grond van ongeveer 100 tot 150 mm breed (de breedte van het blad), waardoor de machine 1200 × 0,1 = 120 meter per minuut vooruitgaat bij minimale bladafstand — ongeveer 7,2 km/u, wat ruim boven de praktische maximale voorwaartse snelheid van 2 tot 3 km/u ligt die door overwegingen met betrekking tot de bodemkwaliteit wordt vereist. In de praktijk wordt de voorwaartse snelheid niet beperkt door de capaciteit van de krukas, maar door de noodzaak om overlappende spitslagen te produceren die geen onbewerkte stroken tussen aangrenzende bladposities achterlaten — een voorwaartse snelheid van 1,5 tot 3 km/u bij een krukastoerental van 100 tot 200 tpm bereikt deze continue dekking over de volledige werkbreedte.

Inwerking van organisch materiaal en beheer van dekgewassen

Het unieke vermogen van de spitmachine om oppervlaktemateriaal tot de volledige werkdiepte te begraven zonder het te versnipperen, maakt het de ideale machine voor het inwerken van dekgewassen, groenbemesting, gewasresten en compost in het bodemprofiel. Een rotorkultivator versnippert en mengt oppervlaktemateriaal in de ondiepe bewerkingslaag (150 tot 200 mm), waar het snel afbreekt in de aerobe oppervlaktezone en weinig bijdraagt ​​aan de duurzame organische stof in de bodem. Een spitmachine begraaft hetzelfde materiaal op een diepte van 200 tot 400 mm – onder de zone van snelle aerobe afbraak – waar het langzaam afbreekt onder anaerobe omstandigheden, wat bijdraagt ​​aan stabiele humusvorming en langdurige opslag van koolstof in de bodem.

De landbouwversnellingsbak Het aandrijven van de spitmachine tijdens het inwerken van dekgewassen brengt een hoger koppel met zich mee dan bij het spitten op een kaal veld. Dit komt doordat de begroeiing aan de oppervlakte weerstand biedt aan de spitdiepte. Langstelige dekgewassen (rogge, wikke, karmozijnklaver van 0,5 tot 1,5 meter hoog) wikkelen zich om de spitbladen en verhogen de hefkracht met 20 tot 40 procent ten opzichte van het spitten op een kaal veld. De versnellingsbak moet geschikt zijn voor dit koppel onder begroeiing, niet alleen voor het koppel bij kaal veld. Bovendien moet de slipkoppeling op de aftakas voldoende hoog afgesteld zijn om de machine in staat te stellen zware dekgewasresten te verwerken zonder onbedoeld te ontkoppelen, maar wel te ontkoppelen voordat een daadwerkelijke obstructie (grote steen, ingegraven metaal) de krukas of versnellingsbak beschadigt.

Steenhantering en overbelastingsbeveiliging

Spademachines gaan voorzichtiger om met stenen en ingegraven obstakels dan grondfrezen, omdat het spadeblad de steen optilt in plaats van er met een hoge snelheid tegenaan te botsen. Een blad van een grondfrees, dat met een tipsnelheid van 5 tot 7 m/s beweegt, raakt een steen met een kinetische energie die evenredig is met het kwadraat van de snelheid. Dit veroorzaakt heftige botsingen die de steen doen barsten, het blad beschadigen en schokbelastingen doorgeven aan de versnellingsbak. Een spadeblad dat met een verticale snelheid van slechts 1 tot 3 m/s de grond in gaat, raakt de steen met een veel lagere energie. Het krukasmechanisme tilt de steen vervolgens eenvoudigweg op met de omringende kluit, in plaats van te proberen deze te verbrijzelen. Deze inherent voorzichtigere behandeling van stenen resulteert in minder slijtage van het blad, minder schokbelasting van de versnellingsbak en minder steenfragmentatie (een voordeel wanneer het doel is om hele stenen uit het veld te verwijderen in plaats van ze in kleinere stukken te breken die in de grondlaag achterblijven).

Onverplaatsbare obstakels (rotsformaties, ingegraven beton, grote boomwortels) veroorzaken echter nog steeds overbelastingen die bescherming vereisen. De primaire bescherming is een PTO-as De slipkoppeling is gekalibreerd om te ontkoppelen bij 1,5 tot 2,0 keer het nominale continue koppel. Dit beschermt de versnellingsbak tegen het vastlopen van de krukas, wat zou gebeuren als een schopblad een obstakel tegenkomt dat het niet kan optillen. De individuele schopbladen van hoogwaardige schopmachines zijn bovendien gemonteerd op veerbelaste afbreekmechanismen. Hierdoor kan elk blad naar achteren afbuigen wanneer het een onbeweegbaar obstakel tegenkomt en vervolgens terugveren naar de werkpositie zodra het obstakel is gepasseerd. Dit beschermt zowel het blad als de krukaslagers tegen de geconcentreerde schokbelasting die een starre bladbevestiging zou overbrengen.

De materiaalspecificatie voor de versnellingsbakbehuizing van spitmachines volgt dezelfde logica als voor diepcultivatoren: nodulair gietijzer (EN-GJS-400-15 of hogere kwaliteit) biedt de benodigde slagvastheid om de resterende schokbelasting te weerstaan ​​die via de slipkoppeling en het losbreekmechanisme wordt doorgegeven. Standaard behuizingen van grijs gietijzer zijn onvoldoende bestand tegen de cyclische schokbelasting van grondbewerkingsmachines die op een diepte van 200 tot 400 mm werken. De combinatie van aanhoudend hoog koppel en intermitterende schokbelasting veroorzaakt vermoeiingsscheuren in grijs gietijzeren behuizingen binnen 3 tot 5 seizoenen, terwijl nodulair gietijzeren behuizingen dezelfde belasting gedurende 10 tot 15 seizoenen of langer kunnen weerstaan. Het gewichtsverschil tussen nodulair gietijzer en grijs gietijzer is gering (ongeveer 10 procent zwaarder bij dezelfde geometrie) en wordt ruimschoots gecompenseerd door de langere levensduur en het ontbreken van het catastrofale risico op breuk van de behuizing dat grijs gietijzer in deze toepassing met zich meebrengt.

Seizoensgebonden onderhoud en lagerinspectie

Spademachines werken sterk seizoensgebonden – doorgaans 50 tot 200 uur per jaar, geconcentreerd in de lente of herfst, de periode waarin de grond het meest wordt voorbereid. De intense cyclische belasting gedurende deze periode genereert per uur meer cumulatieve lagerslijtage dan de meeste landbouwversnellingsbakken, omdat elke krukasomwenteling een volledige omkering van de belasting op elke lagerpositie teweegbrengt. Grondig onderhoud vóór het seizoen moet een volledige olieverversing omvatten met verse synthetische PAO-gebaseerde EP-versnellingsbakolie ISO VG 320 (één klasse zwaarder dan de VG 220 die wordt gebruikt bij middelzware belasting, waardoor de verhoogde viscositeit wordt geboden die nodig is voor een adequate filmdikte bij de hoge contactspanningen van langzame, hoge koppelversnellingen), controle van de lagerspeling (draai de krukas voorzichtig met de hand om te controleren op ruwheid of axiale speling die wijst op lagerslijtage) en inspectie van elk spadeblad op slijtage of beschadiging die de hefkracht zou verhogen en de versnellingsbak zou overbelasten.

Na het seizoen dient de versnellingsbak grondig te worden schoongemaakt (achtergebleven vuil op de behuizing houdt vocht vast en versnelt corrosie tijdens de winterstop), het oliepeil tot het maximum te worden bijgevuld (een volledig gevulde behuizing vermindert het interne luchtvolume dat beschikbaar is voor condensatie) en beschermend vet te worden aangebracht op het contactvlak tussen de versnellingsbak en de krukas om wrijvingscorrosie bij de spie- of sleutelverbinding te voorkomen gedurende de langere opslagperiode van 8 tot 10 maanden. Controleer de speling van de tandwielen bij elke onderhoudsbeurt. De hoge cyclische belasting van het spitten veroorzaakt aanzienlijk meer slijtage van de tandwielen per bedrijfsuur dan toepassingen met continue rotatie. Een speling van 0,50 mm of meer bij de uitgaande tandwieloverbrenging duidt op aanzienlijke slijtage die vervanging van de tandwielen en lagers vóór het volgende bedrijfsseizoen noodzakelijk maakt.

Veelgestelde vragen

Redacteur: Cxm