Caixa de engrenagens da colhedora de cana-de-açúcar: acionamento para processamento de safras pesadas

Acionamento da Cortadora de Base: A Demanda de Caixa de Engrenagens da Tomada de Força com o Maior Torque

A lâmina de corte da base é o primeiro e mais violento ponto de contato entre a colhedora e a plantação. Dois conjuntos de discos contrarrotativos — cada um com 3 a 5 lâminas pesadas — giram a 400 a 800 RPM ao nível do solo, cortando cada colmo de cana dentro da largura de corte da colhedora (tipicamente 1 a 2 fileiras, espaçadas de 1,2 a 1,5 metros). Cada golpe de lâmina corta um colmo que requer de 500 a 2.000 N de força de corte, dependendo do diâmetro do colmo, da densidade da fibra e do teor de umidade — e uma única revolução do disco encontra de 8 a 15 colmos em densidades típicas de cana. O torque de corte cumulativo, somado à inércia centrífuga dos pesados ​​conjuntos de lâminas, cria uma demanda de torque constante que consome de 40 a 60% do torque total. Caixa de engrenagens da tomada de força produção durante a colheita contínua.

A caixa de engrenagens da fresa de base é uma unidade cônica de ângulo reto que converte a rotação horizontal da tomada de força (TDF) em rotação vertical do disco no plano do solo. A relação é tipicamente de 1:1 a partir de uma TDF de 540 RPM (produzindo uma velocidade do disco de 540 RPM) ou de 1:1 a 1:1,5 a partir de uma TDF de 1.000 RPM (produzindo de 500 a 700 RPM). Ao contrário das aplicações de alta velocidade, onde o desafio da caixa de engrenagens é o gerenciamento térmico em rotações elevadas, o desafio da fresa de base é o torque puro — os dentes da engrenagem devem transmitir toda a carga de corte, além dos picos de impacto de colisões com pedras, sem sofrer trincas por fadiga na raiz do dente, e os rolamentos devem suportar a carga radial combinada do peso do disco e da força de reação de corte, além do empuxo axial do engrenamento da engrenagem cônica helicoidal. Engrenagens cônicas helicoidais cementadas com dureza superficial de 58 a 62 HRC e dureza do núcleo de 32 a 38 HRC fornecem a combinação de resistência ao desgaste superficial e tenacidade do núcleo necessária para esse perfil de carga.

O sistema de discos duplos contrarrotativos requer duas caixas de engrenagens separadas (uma por disco, cada uma recebendo acionamento da caixa de engrenagens principal por meio de correntes ou engrenagens) ou uma única caixa de engrenagens de saída dupla com dois eixos verticais girando em direções opostas. A configuração de saída dupla garante velocidades de disco correspondentes (fundamental para o corte limpo do caule na base, sem puxar ou rasgar) e simplifica o sistema de acionamento da colhedora — porém, a carcaça da caixa de engrenagens precisa ser substancialmente maior e mais rígida do que uma unidade de saída única para acomodar os dois conjuntos de rolamentos de saída e os torques de reação de ambos os discos atuando simultaneamente. Para uma perspectiva mais ampla sobre como os sistemas de acionamento de colhedoras multifuncionais são projetados para o processamento de culturas pesadas, consulte nosso guia técnico sobre caixa de engrenagens da colheitadeira arquitetura de acionamento.

Mecanismo de rolo alimentador e picador: Requisitos de acionamento secundário

Após as lâminas de corte da base separarem os talos, o fluxo da colheita entra em uma sequência de rolos alimentadores que agarram, orientam e transportam a cana através do corpo da colhedora até o conjunto picador. Os rolos alimentadores são cilindros de aço com superfície serrilhada agressiva ou garras soldadas que agarram os talos fibrosos, muitas vezes enlameados, e os puxam através da máquina a uma velocidade controlada de 1,5 a 3 m/s. Cada par de rolos contrarrotativos requer um caixa de engrenagens da colhedora de cana-de-açúcar Saída ou partida acionada por corrente a 200 a 400 RPM — uma velocidade relativamente baixa, mas com torque muito alto, porque os roletes devem agarrar e comprimir vários talos densos simultaneamente, contra atrito significativo e contrapressão do picador a jusante.

O conjunto picador de uma colhedora de toras corta o fluxo contínuo de talos em toras (comprimentos curtos de 200 a 350 mm) que são então elevadas para um veículo de transporte. Os tambores picadores — dois cilindros contrarrotativos, cada um com 3 a 6 lâminas — operam a 500 a 800 RPM e geram a carga cíclica mais severa no sistema de acionamento da colhedora. Cada lâmina corta de 6 a 12 diâmetros de talo de fibra densa por revolução, produzindo pulsos de torque que atingem de 3 a 5 vezes o torque médio de operação a cada corte. A caixa de engrenagens do picador deve suportar essa carga pulsante contínua sem desenvolver fadiga nos dentes das engrenagens, o que limitaria sua vida útil a uma fração da safra de cana, que dura de 4 a 6 meses.

A distribuição de potência entre essas funções secundárias exige um dimensionamento cuidadoso da caixa de engrenagens. Uma colhedora de cana-de-açúcar acionada por tomada de força (TDF) com potência total de 80 HP pode distribuir essa potência aproximadamente da seguinte forma: cortadores de base de 35 a 45 HP (40 a 55%), rolos alimentadores de 15 a 20 HP (18 a 25%), picador de 15 a 20 HP (18 a 25%) e elevador de 5 a 8 HP (6 a 10%). A caixa de engrenagens principal deve ser dimensionada para a soma de todas as cargas simultâneas, mais uma margem de 25 a 30% para os picos de torque provenientes da alimentação intermitente de colmos e impactos de pedras que ocorrem de forma imprevisível durante cada hora de operação.

Ambiente operacional tropical: calor, suco e embalagem de fibra.

A cana-de-açúcar é cultivada exclusivamente em regiões tropicais e subtropicais, onde as temperaturas ambientes diurnas durante a época da colheita variam de 28 a 42 graus Celsius — substancialmente mais altas do que os 15 a 25 graus típicos durante a época da colheita em regiões temperadas produtoras de cereais. Essa temperatura ambiente elevada reduz o diferencial de temperatura disponível para a dissipação de calor da caixa de engrenagens (a transferência de calor é proporcional à diferença de temperatura entre a superfície da carcaça e o ar circundante), o que significa que uma caixa de engrenagens que opera confortavelmente a 80 graus em um clima temperado pode atingir de 100 a 110 graus em um canavial tropical — bem acima do limite operacional seguro para óleo mineral de engrenagens padrão e aproximando-se do limite de degradação térmica até mesmo para lubrificantes sintéticos.

O caldo de cana é uma solução corrosiva de ácido orgânico (pH 5,0 a 5,5) que espirra de cada talo cortado e reveste toda a colhedora — incluindo o Caixa de engrenagens da tomada de força carcaça, vedações do eixo e fixadores externos — em uma película pegajosa e ácida que atrai poeira, promove o crescimento microbiano e inicia a corrosão em qualquer superfície desprotegida. O líquido também contém açúcares dissolvidos que caramelizam nas carcaças quentes da caixa de engrenagens (operando a temperaturas de 70 a mais de 100 graus), formando uma crosta dura e isolante que retém a umidade contra a superfície metálica e bloqueia a transferência de calor por convecção da qual a carcaça depende para o resfriamento. Fabricantes como Caixa de engrenagens da tomada de força Ever-Power Especificar revestimento em pó epóxi com uma espessura mínima de 80 a 120 micrômetros para caixas de engrenagens próprias para usinas de cana-de-açúcar — mais espessa do que o revestimento padrão de 40 a 60 micrômetros usado em caixas de engrenagens agrícolas de clima temperado — para resistir ao ataque químico e térmico combinado do caldo de cana na parte externa da carcaça.

O enrolamento de fibras é um risco mecânico específico da colheita de culturas fibrosas. Fibras soltas de cana e resíduos de folhas migram ao longo dos eixos rotativos em direção à caixa de engrenagens, acumulando-se na vedação do eixo até que a massa enrolada gere atrito suficiente para superaquecer e danificar o lábio da vedação — ou, em casos graves, paralisar completamente o eixo. Defletores de eixo (proteções cônicas ou em forma de disco montadas no eixo imediatamente após a vedação) interceptam as fibras migratórias antes que elas atinjam a vedação e as lançam para longe do eixo por ação centrífuga. Todo eixo rotativo exposto em uma colhedora de cana-de-açúcar deve ter um defletor de fibras instalado a no máximo 20 mm da face da vedação — um acessório de baixo custo que previne a falha mais comum das vedações em equipamentos de colheita de cana.

Acionamentos de roçadeiras e desfolhadoras: Preparo da cultura a montante

Antes que as lâminas de corte da base separem o caule, dois mecanismos a montante preparam a colheita para uma colheita limpa. O debulhador — um disco rotativo ou conjunto de lâminas montado na frente da máquina, à altura da ponta da cana (de 2 a 4 metros do solo) — corta o ponto de crescimento folhoso de cada caule. A ponta removida contém entrenós imaturos com baixo teor de açúcar, que diluiriam a qualidade do caldo se colhidos junto com o caule maduro. O disco de debulhador opera a 600 a 1.000 RPM, acionado pela caixa de engrenagens principal através de um longo eixo vertical ou uma correia de transmissão dedicada. A demanda de potência é moderada (de 5 a 10 HP) porque a ponta é macia e suculenta, mas o eixo de acionamento do debulhador é o eixo rotativo sem suporte mais longo da máquina — até 3 a 4 metros — e deve ser balanceado dinamicamente para evitar vibrações e oscilações na velocidade de operação.

O desfolhador (também chamado de desfolhador ou removedor de resíduos) remove as folhas secas dos talos antes que cheguem aos rolos de alimentação. Os conjuntos de desfolhadores utilizam dedos de borracha rotativos, anéis de arame giratórios ou almofadas de borracha oscilantes que removem as folhas secas por fricção, deixando o talo intacto. A velocidade de acionamento do desfolhador é normalmente de 300 a 600 RPM — semelhante à velocidade dos rolos de alimentação — e a demanda de torque é moderada, mas altamente variável dependendo da condição da cultura: resíduos secos e soltos são removidos facilmente, enquanto folhas verdes ou molhadas pela chuva aderem ao talo e exigem uma força de remoção substancialmente maior. Essa variabilidade cria flutuações de carga no desfolhador. caixa de engrenagens da colhedora de cana-de-açúcar A produção, que se soma à carga cíclica das lâminas de corte da base e do picador, adiciona outra dimensão ao perfil de torque já complexo que a caixa de engrenagens deve suportar sem danos aos rolamentos ou fadiga dos dentes da engrenagem.

Proteção contra sobrecarga para cortadores de base ao nível do solo

As lâminas de corte da base operam na superfície do solo — a posição de maior impacto em qualquer máquina de colheita. Pedras, torrões de solo endurecido, conexões de irrigação enterradas e massas de raízes se encontram no caminho de corte e geram picos de torque instantâneos que podem exceder a capacidade nominal da caixa de engrenagens em 5 a 10 vezes em milissegundos. A embreagem deslizante da transmissão da tomada de força (TDF) é o principal mecanismo de proteção, mas deve ser complementada por parafusos de cisalhamento individuais ou dispositivos de acoplamento com mola em cada disco da lâmina de corte da base para evitar que um único impacto se propague por todo o sistema de transmissão.

O ferro fundido nodular (ferro fundido nodular, grau EN-GJS-400-15 ou equivalente) é a especificação mínima para o material da carcaça das caixas de engrenagens das colhedoras de cana-de-açúcar. O ferro fundido cinzento padrão (EN-GJL-250), adequado para aplicações em campos limpos com cargas de impacto moderadas, fratura sob as severas cargas de choque típicas da operação de colhedoras de cana-de-açúcar — uma trinca na parede da carcaça resulta em perda total de óleo, falha dos rolamentos e um reparo que leva vários dias e custa muito mais do que a diferença de preço entre as carcaças de ferro fundido cinzento e ferro fundido nodular. Alguns fabricantes especificam carcaças de aço soldadas para as aplicações mais extremas (solos vulcânicos rochosos no Havaí, Indonésia e Filipinas), sacrificando a vantagem da condutividade térmica do ferro fundido em prol da resistência superior ao impacto do aço estrutural.

Manutenção da época de colheita em condições tropicais

A temporada de colheita da cana-de-açúcar se estende de 4 a 6 meses na maioria das regiões produtoras — um dos períodos de uso contínuo mais longos para qualquer cultura. caixa de engrenagens agrícola Aplicação. Com funcionamento de 10 a 14 horas por dia, a caixa de engrenagens acumula de 1.200 a 2.500 horas de operação em uma única temporada — exigindo o mesmo nível de planejamento de manutenção que uma instalação de caixa de engrenagens industrial que opera o ano todo.

Os intervalos de troca de óleo devem ser de 200 a 300 horas para óleo de engrenagem sintético e de 100 a 150 horas para óleo mineral, podendo o intervalo ser reduzido ainda mais se o óleo apresentar sinais visíveis de degradação térmica (escurecimento) ou contaminação por água (aparência leitosa devido à condensação na umidade tropical). Drene o óleo morno ao final de cada dia de operação, sempre que a troca de óleo for necessária — o óleo morno remove os contaminantes em suspensão da carcaça com mais eficiência do que o óleo frio, que permite que as partículas se depositem nas superfícies internas. O óleo sintético à base de PAO ISO VG 320 (um grau mais viscoso que o VG 220 usado em climas temperados) oferece a viscosidade elevada necessária para manter a espessura adequada da película de óleo nas altas temperaturas de operação da colheita de cana-de-açúcar em climas tropicais.

eixo da tomada de força A manutenção de colhedoras de cana-de-açúcar exige lubrificação diária das juntas universais e dos tubos estriados — o ambiente com caldo de cana e fibras acelera a corrosão e o travamento dos componentes da transmissão muito mais rapidamente do que a operação em campo limpo. Inspecione semanalmente a calibração da embreagem deslizante (o calor tropical pode causar a vitrificação do material de fricção da embreagem, aumentando o torque de ativação acima do limite de proteção previsto) e os defletores de fibras em todos os eixos rotativos expostos para verificar o acúmulo de material. Remova imediatamente qualquer acúmulo de fibras — um defletor já carregado com material enrolado não consegue impedir que mais fibras cheguem à vedação.

Perguntas frequentes

Editor: Cxm