Versnellingsbak van een suikerrietoogstmachine: aandrijving voor de verwerking van zware gewassen

Aandrijving van de basisfrees: de aftakasversnellingsbak met het hoogste koppel

De basissnijder is het eerste en meest heftige contactpunt tussen de oogstmachine en het gewas. Twee tegengesteld draaiende schijfassemblages – elk met 3 tot 5 zware messen – draaien met 400 tot 800 toeren per minuut op grondniveau en snijden elke suikerrietstengel door binnen de snijbreedte van de oogstmachine (doorgaans 1 tot 2 rijen, met een tussenafstand van 1,2 tot 1,5 meter). Elke messlag snijdt een stengel door, wat een snijkracht van 500 tot 2000 N vereist, afhankelijk van de stengeldiameter, vezeldichtheid en het vochtgehalte. Een enkele omwenteling van de schijf komt 8 tot 15 stengels tegen bij een gemiddelde suikerrietdichtheid. Het cumulatieve snijkoppel plus de centrifugale inertie van de zware mesassemblages creëert een constante koppelvraag die 40 tot 60 procent van het totale vermogen verbruikt. PTO-versnellingsbak opbrengst tijdens continue oogst.

De basisfreesoverbrenging is een haakse kegelwieloverbrenging die de horizontale aftakasrotatie omzet in verticale schijfrotatie op het grondvlak. De overbrengingsverhouding is doorgaans 1:1 bij een aftakastoerental van 540 tpm (wat resulteert in een schijfsnelheid van 540 tpm) of 1:1 tot 1:1,5 bij een aftakastoerental van 1000 tpm (wat resulteert in 500 tot 700 tpm). In tegenstelling tot hogesnelheidstoepassingen, waar de uitdaging bij de overbrenging vooral ligt in thermisch beheer bij hoge toerentallen, is de uitdaging bij de basisfrees puur koppel: de tandwielen moeten de volledige snijbelasting plus de impactpieken van rotsinslagen overbrengen zonder dat de tandwortels vermoeiingsscheuren vertonen. De lagers moeten de gecombineerde radiale belasting van het schijfgewicht en de snijreactiekracht plus de axiale stuwkracht van de spiraalvormige kegelwieloverbrenging aankunnen. Geharde spiraalvormige kegelwielen met een oppervlaktehardheid van 58 tot 62 HRC en een kernhardheid van 32 tot 38 HRC bieden de combinatie van slijtvastheid aan het oppervlak en kernsterkte die nodig is voor dit belastingprofiel.

De opstelling met twee schijven die in tegengestelde richting draaien, vereist ofwel twee aparte versnellingsbakken (één per schijf, die elk via een ketting- of tandwieloverbrenging de aandrijving van de hoofdversnellingsbak ontvangen) of een enkele versnellingsbak met dubbele uitgang en twee verticale assen die in tegengestelde richting draaien. De configuratie met dubbele uitgang zorgt voor gelijke schijfsnelheden (cruciaal voor een schone stengelafsnijding aan de basis zonder trekken of scheuren) en vereenvoudigt het aandrijfsysteem van de oogstmachine. De behuizing van de versnellingsbak moet echter aanzienlijk groter en stijver zijn dan die van een unit met enkele uitgang om de twee lagerconstructies en de reactiekoppels van beide schijven die gelijktijdig werken te kunnen huisvesten. Voor een breder perspectief op hoe multifunctionele aandrijfsystemen voor oogstmachines worden ontworpen voor de verwerking van zware gewassen, zie onze technische handleiding over versnellingsbak van een maaidorser aandrijfarchitectuur.

Aanvoerrol- en hakselmechanisme: vereisten voor de secundaire aandrijving

Nadat de basissnijders de stengels hebben afgesneden, komt het gewas in een reeks invoerrollen terecht die het suikerriet vastgrijpen, oriënteren en door de machine naar de hakselaar transporteren. De invoerrollen zijn stalen cilinders met een agressief geribbeld oppervlak of gelaste nokken die de vezelige, vaak modderige stengels vastgrijpen en met een gecontroleerde snelheid van 1,5 tot 3 m/s door de machine trekken. Elk paar tegengesteld draaiende rollen vereist een versnellingsbak van een suikerrietoogstmachine Uitgang of kettingaangedreven afzet bij 200 tot 400 toeren per minuut — een relatief lage snelheid maar met een zeer hoog koppel, omdat de rollen meerdere dichte stengels tegelijkertijd moeten vastgrijpen en comprimeren tegen aanzienlijke wrijving en tegendruk van de stroomafwaartse hakselaar.

De hakselaar van een suikerrietmaaier snijdt de continue aanvoer van stengels in stukken (korte stukken van 200 tot 350 mm) die vervolgens in een transportvoertuig worden geladen. De hakseltrommels – twee tegengesteld draaiende cilinders, elk met 3 tot 6 messen – draaien met een toerental van 500 tot 800 omwentelingen per minuut en genereren de zwaarste cyclische belasting in het aandrijfsysteem van de maaier. Elk mes snijdt per omwenteling door 6 tot 12 stengeldiameters aan dichte vezels, waardoor koppelpulsen ontstaan ​​die 3 tot 5 keer zo hoog zijn als het gemiddelde bedrijfskoppel bij elke snede. De versnellingsbak van de hakselaar moet deze continue pulserende belasting kunnen weerstaan ​​zonder dat de tandwielen vermoeien, wat de levensduur zou beperken tot een fractie van het suikerrietoogstseizoen van 4 tot 6 maanden.

De vermogensverdeling over deze secundaire functies vereist een zorgvuldige dimensionering van de versnellingsbak. Een aftakas-aangedreven suikerrietoogstmachine met een totaalvermogen van 80 pk kan dat vermogen ongeveer als volgt verdelen: basissnijders 35 tot 45 pk (40 tot 55 procent), invoerrollen 15 tot 20 pk (18 tot 25 procent), hakselaar 15 tot 20 pk (18 tot 25 procent) en elevator 5 tot 8 pk (6 tot 10 procent). De hoofdversnellingsbak moet geschikt zijn voor de som van alle gelijktijdige belastingen plus een marge van 25 tot 30 procent voor de koppelpieken als gevolg van het onvoorspelbaar aanvoeren van stengels en het raken van stenen gedurende elk bedrijfsuur.

Tropische bedrijfsomgeving: hitte, sap en vezelverpakking.

Suikerriet wordt uitsluitend verbouwd in tropische en subtropische gebieden waar de omgevingstemperaturen overdag tijdens het oogstseizoen variëren van 28 tot 42 graden Celsius – aanzienlijk hoger dan de 15 tot 25 graden die typisch zijn voor het oogstseizoen in gematigde graanbouwgebieden. Deze verhoogde omgevingstemperatuur vermindert het temperatuurverschil dat beschikbaar is voor warmteafvoer uit de versnellingsbak (warmteoverdracht is evenredig met het temperatuurverschil tussen het oppervlak van de behuizing en de omringende lucht). Dit betekent dat een versnellingsbak die in een gematigd klimaat comfortabel draait bij 80 graden, in een tropisch suikerrietveld temperaturen van 100 tot 110 graden kan bereiken – ruim boven de veilige bedrijfstemperatuur voor standaard minerale versnellingsbakolie en zelfs dicht bij de thermische degradatiedrempel voor synthetische smeermiddelen.

Suikerrietsap is een corrosieve organische zuuroplossing (pH 5,0 tot 5,5) die van elke afgesneden stengel spat en de hele oogstmachine bedekt, inclusief de PTO-versnellingsbak Behuizing, asafdichtingen en externe bevestigingsmiddelen — in een kleverige, zure film die stof aantrekt, microbiële groei bevordert en corrosie veroorzaakt op elk onbeschermd oppervlak. Het sap bevat ook opgeloste suikers die karameliseren op hete versnellingsbakbehuizingen (die werken bij temperaturen van 70 tot meer dan 100 graden), waardoor een harde, isolerende korst ontstaat die vocht tegen het metalen oppervlak vasthoudt en de convectieve warmteoverdracht blokkeert waarop de behuizing voor koeling is gebaseerd. Fabrikanten zoals Ever-Power PTO-versnellingsbak Specificeer een epoxy poedercoating met een minimale dikte van 80 tot 120 micrometer voor tandwielkasten van suikerrietkwaliteit — dikker dan de standaard coating van 40 tot 60 micrometer die wordt gebruikt voor landbouwtandwielkasten in gematigde klimaten — om de gecombineerde chemische en thermische aantasting van suikersap op de buitenkant van de behuizing te weerstaan.

Vezelophoping is een mechanisch gevaar dat specifiek is voor de oogst van vezelgewassen. Losse suikerrietvezels en bladresten migreren langs roterende assen richting de versnellingsbakbehuizing en hopen zich op bij de asafdichting totdat de opgehoopte massa voldoende wrijving genereert om de afdichtingslip te oververhitten en te beschadigen – of in ernstige gevallen de as volledig te blokkeren. Asdeflectoren (conische of schijfvormige beschermkappen die direct buiten de afdichting op de as zijn gemonteerd) onderscheppen migrerende vezels voordat ze de afdichting bereiken en slingeren ze door middel van centrifugale kracht van de as af. Elke blootgestelde roterende as van een suikerrietoogstmachine moet een vezeldeflector hebben die binnen 20 mm van het afdichtingsvlak is geïnstalleerd – een goedkope toevoeging die de meest voorkomende oorzaak van afdichtingsfalen bij suikerrietoogstmachines voorkomt.

Topper- en ontbladeringsaandrijvingen: Gewasvoorbereiding stroomopwaarts

Voordat de basissnijders de stengel doorsnijden, bereiden twee mechanismen het gewas voor op een schone oogst. De topsnijder – een roterende schijf of messenset die aan de voorkant van de machine is gemonteerd op de hoogte van de suikerrietstengel (2 tot 4 meter boven de grond) – snijdt het bladrijke groeipunt van elke stengel door. De verwijderde top bevat onrijpe internodiën met een laag suikergehalte, die de sapkwaliteit zouden verminderen als ze samen met de rijpe stengel geoogst zouden worden. De topsnijder draait met een toerental van 600 tot 1000 tpm en wordt aangedreven door de hoofdversnellingsbak via een lange verticale as of een speciale riemaandrijving. Het benodigde vermogen is bescheiden (5 tot 10 pk) omdat de top zacht en sappig is, maar de aandrijfas van de topsnijder is de langste onondersteunde roterende as van de machine – tot wel 3 tot 4 meter – en moet dynamisch gebalanceerd zijn om slingeren en trillingen bij bedrijfssnelheid te voorkomen.

De ontblader (ook wel bladverwijderaar of afvalstripper genoemd) verwijdert droog bladafval van de staande stengels voordat het de invoerrollen bereikt. Ontbladersystemen maken gebruik van roterende rubberen vingers, draaiende draadlussen of oscillerende rubberen pads die de droge bladeren door wrijving verwijderen, terwijl de stengel intact blijft. De aandrijfsnelheid van de ontblader ligt doorgaans tussen de 300 en 600 toeren per minuut – vergelijkbaar met de snelheid van de invoerrollen – en de benodigde koppelkracht is matig, maar zeer variabel afhankelijk van de gewasconditie: droog, los afval laat zich gemakkelijk verwijderen, terwijl groene of door regen natte bladeren aan de stengel blijven kleven en aanzienlijk meer kracht vereisen. Deze variabiliteit zorgt voor schommelingen in de belasting bij de versnellingsbak van een suikerrietoogstmachine De output versterkt de cyclische belasting van de basisfrezen en de hakselaar, waardoor een extra dimensie wordt toegevoegd aan het toch al complexe koppelprofiel dat de versnellingsbak moet verwerken zonder lagerschade of tandvermoeidheid.

Overbelastingsbeveiliging voor grondfrezen

De basisfrezen werken aan het bodemoppervlak – de positie met de grootste impact op elke oogstmachine. Stenen, verharde grondkluiten, ingegraven irrigatieleidingen en wortelkluiten bevinden zich allemaal in het snijpad en genereren momentane koppelpieken die de nominale capaciteit van de versnellingsbak binnen milliseconden met een factor 5 tot 10 kunnen overschrijden. De slipkoppeling van de aftakas is het primaire beveiligingsmechanisme, maar dit moet worden aangevuld met afzonderlijke breekbouten of veerbelaste koppelingen op elke basisfreesschijf om te voorkomen dat een enkele impact zich door het hele aandrijfsysteem verspreidt.

Nodulair gietijzer (SG-ijzer, kwaliteit EN-GJS-400-15 of equivalent) is de minimale materiaalspecificatie voor de behuizing van tandwielkasten van suikerrietsnijders. Standaard grijs gietijzer (EN-GJL-250), dat geschikt is voor toepassingen in schone velden waar de schokbelasting matig is, bezwijkt onder de zware schokbelastingen die kenmerkend zijn voor het gebruik van suikerrietsnijders. Een scheur door de behuizing leidt tot volledig olieverlies, lagerfalen en een reparatie die meerdere dagen duurt en veel meer kost dan het prijsverschil tussen een behuizing van grijs gietijzer en nodulair gietijzer. Sommige fabrikanten specificeren gelaste stalen behuizingen voor de meest extreme toepassingen (rotsachtige vulkanische grond in Hawaï, Indonesië en de Filipijnen), waarbij ze het voordeel van de thermische geleidbaarheid van gietijzer opofferen voor de superieure slagvastheid van constructiestaal.

Onderhoud tijdens het oogstseizoen in tropische omstandigheden

Het suikerrietoogstseizoen duurt in de meeste producerende regio's 4 tot 6 maanden – een van de langste aaneengesloten gebruiksperioden voor welk gewas dan ook. landbouwversnellingsbak Bij een gebruik van 10 tot 14 uur per dag, maakt de versnellingsbak in één seizoen 1200 tot 2500 bedrijfsuren – wat dezelfde mate van onderhoudsplanning vereist als een industriële versnellingsbak die het hele jaar door in bedrijf is.

De olieverversingsintervallen moeten 200 tot 300 uur bedragen voor synthetische tandwielolie en 100 tot 150 uur voor minerale olie. Het daadwerkelijke interval kan verder worden verkort als de olie zichtbare tekenen van thermische degradatie (verkleuring) of waterverontreiniging (melkachtige verkleuring door condensatie in de tropische luchtvochtigheid) vertoont. Tap de warme olie af aan het einde van elke werkdag wanneer een olieverversing nodig is. Warme olie voert zwevende deeltjes effectiever uit de behuizing dan koude olie, waarin deeltjes zich op de interne oppervlakken hebben kunnen afzetten. Synthetische PAO-gebaseerde ISO VG 320 (één viscositeitsklasse zwaarder dan de VG 220 die in gematigde klimaten wordt gebruikt) biedt de verhoogde viscositeit die nodig is om een ​​adequate oliefilmdikte te behouden bij de hogere bedrijfstemperaturen van de suikerrietoogst in tropische gebieden.

PTO-as Onderhoud aan suikerrietoogstmachines vereist dagelijks smeren van de kruiskoppelingen en spiebanen. De suikersap- en vezelomgeving versnelt corrosie en vastlopen van aandrijfcomponenten aanzienlijk sneller dan bij gebruik op een schoon veld. Controleer wekelijks de kalibratie van de slipkoppeling (tropische hitte kan ervoor zorgen dat het frictiemateriaal van de koppeling verglaast, waardoor het activeringskoppel boven de beoogde beschermingsdrempel uitkomt) en de vezelafleiders op alle blootgestelde roterende assen op opgehoopt materiaal. Verwijder eventuele vezelophoping onmiddellijk; een afleider die al vol zit met opgerold materiaal kan geen extra vezels meer tegenhouden die de afdichting bereiken.

Veelgestelde vragen

Redacteur: Cxm