Редуктор землеройной машины: низкоскоростной привод для переворачивания грунта.

Принцип работы вспашки: переворачивание грунта с помощью коленчатого вала

В поршневой землеройной машине используются комплекты плоских лопаточных лезвий, установленных на коленчатом валу. Каждое лезвие вертикально входит в почву на глубину от 200 до 400 мм, поднимает отдельный ком земли весом от 5 до 15 кг, поворачивает его на 180 градусов при вращении коленчатого вала и возвращает перевернутый ком земли обратно в зону обработки почвы. Лезвия расположены в шахматном порядке по всей рабочей ширине (обычно от 2 до 4 рядов по 4–8 лезвий в каждом, всего от 8 до 32 отдельных лезвий), при этом каждый ряд синхронизирован с фазой вращения коленчатого вала, что распределяет суммарную подъемную нагрузку по всему вращению коленчатого вала и уменьшает колебания пикового крутящего момента. редуктор ВОМ необходимо усвоить.

Коленчатый вал вращается со скоростью от 100 до 250 об/мин — это намного медленнее, чем ротор роторного культиватора (от 200 до 280 об/мин), и на порядки медленнее, чем выходной вал редуктора с повышающей передачей. Для работы от ВОМ с частотой вращения 540 об/мин требуется редуктор с передаточным отношением от 1:2,2 до 1:5,4, что создает дополнительную нагрузку на систему. редуктор лопаточной машины Этот редуктор прочно занимает место в категории высокомоментных редукторов наряду с редукторами для культиваторов глубокой обработки почвы и редукторами для смесителей TMR. Суммарная подъемная сила на типичной рабочей ширине 2 метра составляет от 5000 до 20000 Н в зависимости от типа почвы, ее влажности и рабочей глубины — это постоянное и сложное механическое требование, которое предполагает использование высокопрочных редукторов, валов увеличенного диаметра и надежных подшипниковых узлов, оптимизированных для непрерывной циклической нагрузки при низкой частоте вращения.

Основное различие между культиватором и роторным культиватором заключается в способе обработки почвы. Роторный культиватор использует вращающиеся вперед лезвия, которые разрезают, разрыхляют и отбрасывают почву, создавая рыхлое, мелкозернистое посевное ложе, но разрушая почвенные агрегаты, биологические каналы и макропористую структуру, от которых зависит здоровая почва для проникновения воды и корней. Культиватор поднимает и переворачивает каждый комок почвы целиком, сохраняя внутреннюю агрегатную структуру и обеспечивая полное переворачивание обработанного слоя. Это бережное сохранение естественной структуры почвы является основной причиной того, что культиваторы являются предпочтительным основным орудием обработки почвы в сертифицированном органическом земледелии, регенеративном сельском хозяйстве и высокодоходных садоводческих хозяйствах, где здоровье почвы является приоритетом управления. Для сравнения с конструкцией редуктора традиционного роторного культиватора см. наше подробное руководство по редуктор роторного культиватора приложения и дизайн.

Конструкция редуктора для коленчатого вала

Архитектура редуктора для экскаваторной машины сочетает в себе прямоугольную коническую входную ступень (преобразующую горизонтальное вращение ВОМ в ориентацию коленчатого вала) с параллельно расположенными косозубыми или прямозубыми редукторными выходными ступенями, обеспечивающими требуемое общее снижение скорости. Для передаточных чисел от 1:2,2 до 1:3,5 может быть достаточно одноступенчатой ​​конической передачи, но для машин, работающих на больших глубинах и вращающихся медленнее, которым требуется передаточное число от 1:4 до 1:5,4, двухступенчатая конструкция (коническая входная передача с передаточным числом от 1:1,5 до 1:2, за которой следует косозубая передача с передаточным числом от 1:2 до 1:2,7) распределяет общее передаточное число между двумя зубчатыми зацеплениями и поддерживает каждую ступень в пределах ее эффективного рабочего диапазона. Такие производители, как... Редуктор отбора мощности Ever-Power Предлагаются обе конфигурации, подобранные в соответствии с конкретными требованиями к скорости вращения коленчатого вала и крутящему моменту каждой модели экскаватора.

Модуль выходной шестерни для редуктор лопаточной машины Обычно это 5–8 мм — тот же диапазон, что и в редукторах для глубоководных культиваторов, что отражает сопоставимые уровни крутящего момента, передаваемые при аналогично низких скоростях вращения. Диаметр выходного вала в месте соединения с коленчатым валом составляет 70–120 мм, что соответствует суммарным крутящим, сдвиговым и изгибающим нагрузкам, создаваемым многооборотным коленчатым валом. Конические роликовые подшипники в выходном положении обеспечивают суммарную радиальную и осевую нагрузку, необходимую для циклического режима работы — каждый оборот коленчатого вала создает переменное направление осевой нагрузки при входе и выходе лопаток из почвы, создавая реверсивную осевую нагрузку, с которой шариковые подшипники с глубоким пазом не могут эффективно справляться при таких уровнях крутящего момента.

Сам коленчатый вал не является частью коробки передач (это отдельный кованый или литой компонент, который соединяется с выходным фланцем коробки передач), но взаимодействие между выходным валом коробки передач и коленчатым валом является критически важной конструктивной особенностью. Соединение должно передавать весь выходной крутящий момент без относительного перемещения (без фрикционной коррозии на поверхностях соединения), при этом обеспечивая возможность практичного отсоединения в полевых условиях для замены коленчатого вала или обслуживания лопатки. Шлицевые муфты с натягными ступицами (гидравлически расширяемые для сборки и снятия) обеспечивают наиболее надежное соединение, в то время как шпоночные фланцы упрощают обслуживание в полевых условиях за счет меньшей крутящей способности и потенциального места фрикционного износа в месте контакта шпонки со шпонкой.

Потребляемая мощность на метр: почему для рыхления почвы требуются тяжелые тракторы

Вспашка потребляет от 30 до 60 л.с. на метр рабочей ширины — это самый высокий показатель мощности среди всех основных почвообрабатывающих орудий и значительно больше, чем у роторного культиватора (15–30 л.с./м), бороны (12–25 л.с./м) или отвального плуга (10–20 л.с./м на эквивалентной глубине). Повышенная потребность в мощности напрямую отражает фундаментальную механику подъема, а не срезания: каждый отвал должен преодолевать вес кома почвы плюс силы сцепления и трения, препятствующие вертикальному извлечению из почвенного профиля. Таким образом, для вспашки шириной 2 метра требуется от 60 до 120 л.с. на валу отбора мощности — для обеспечения достаточной мощности вала отбора мощности с запасом на пики крутящего момента, возникающие при столкновении отвалов с уплотненными слоями почвы, корневыми массами или камнями на рабочей глубине, необходим трактор среднего или большого размера (100–180 л.с. двигателя).

Достижимая скорость движения лопаты в прямом направлении по своей природе ограничена скоростью вращения коленчатого вала и количеством лопат. При скорости вращения коленчатого вала 150 об/мин и 8 лопатах в ряду машина совершает 8 × 150 = 1200 ходов лопаты в минуту. Каждый ход обрабатывает слой почвы шириной примерно 100–150 мм (ширина лопаты), поэтому машина продвигается со скоростью 1200 × 0,1 = 120 метров в минуту при минимальном расстоянии между лопатами — примерно 7,2 км/ч, что значительно превышает практически допустимую максимальную скорость движения в 2–3 км/ч, обусловленную качеством почвы. На практике скорость движения вперед ограничивается не мощностью коленчатого вала, а необходимостью обеспечения перекрывающихся ходов лопатки, не оставляющих необработанных участков между соседними лезвиями — скорость движения вперед от 1,5 до 3 км/ч при частоте вращения коленчатого вала от 100 до 200 об/мин обеспечивает такое непрерывное покрытие по всей рабочей ширине.

Внесение органических веществ и управление покровными культурами

Уникальная способность рыхлителя заделывать поверхностный материал на всю рабочую глубину, не измельчая его, делает его предпочтительным орудием для внесения покровных культур, зеленых удобрений, растительных остатков и компоста в почвенный профиль. Роторный культиватор измельчает и перемешивает поверхностный материал по всему неглубокому слою обработки почвы (150–200 мм), где он быстро разлагается в аэробной поверхностной зоне и мало способствует образованию долговременного органического вещества в почве. Рыхлитель заделывает тот же материал на глубину 200–400 мм — ниже зоны быстрого аэробного разложения — где он медленно разлагается в анаэробных условиях, способствуя образованию стабильного гумуса и долговременному хранению углерода в почве.

Он сельскохозяйственная коробка передач При работе экскаватора во время заделки покровных культур крутящий момент выше, чем при работе на чистом поле, поскольку поверхностная растительность создает сопротивление вхождению лопаты — длинностебельные покровные культуры (рожь, вика, красный клевер высотой от 0,5 до 1,5 метров) обвивают лезвия лопаты и увеличивают подъемную силу на 20–40 процентов по сравнению с работой на голой почве. Коробка передач должна быть рассчитана на этот крутящий момент с учетом растительности, а не только на значение для чистой почвы, — и муфта скольжения на валу отбора мощности должна быть откалибрована достаточно высоко, чтобы машина могла обрабатывать большие остатки покровных культур без ложных срабатываний, при этом срабатывая до того, как реальное препятствие (крупный камень, закопанный металл) повредит коленчатый вал или коробку передач.

Обработка камня и защита от перегрузок

Роторные культиваторы обрабатывают камни и заглубленные препятствия более бережно, чем роторные культиваторы, поскольку лопата поднимает камень, а не ударяет по нему с высокой скоростью. Лопасть роторного культиватора, вращающаяся со скоростью 5-7 м/с, ударяет по камню с кинетической энергией, пропорциональной квадрату скорости, — вызывая сильные удары, которые раскалывают камень, повреждают лопасть и передают ударные нагрузки через редуктор. Лопасть рторной культиватора, входящая в почву со скоростью всего 1-3 м/с по вертикали, контактирует с камнем с гораздо меньшей энергией, и коленчатый вал просто поднимает его вместе с окружающим комком почвы, а не пытается раздробить. Такая более бережная обработка камней приводит к меньшему износу лопастей, меньшей ударной нагрузке на редуктор и меньшему разрушению камней (преимущество, когда цель состоит в удалении целых камней с поля, а не в разбивании их на более мелкие куски, которые остаются в почвенном слое).

Однако неподвижные препятствия (выходы коренных пород, заглубленный бетон, крупные корни деревьев) по-прежнему создают условия перегрузки, требующие защиты. Первичной защитой является Вал отбора мощности Сцепление скольжения откалибровано таким образом, чтобы срабатывать при крутящем моменте, в 1,5–2 раза превышающем номинальный, — это защищает редуктор от заклинивания коленчатого вала, которое могло бы произойти, если бы лопата столкнулась с препятствием, которое она не может поднять. Отдельные лопаты на высококачественных экскаваторах также установлены на подпружиненных механизмах отсоединения, которые позволяют каждой лопате отклоняться назад при столкновении с неподвижным препятствием, а затем возвращаться в рабочее положение после преодоления препятствия — это защищает как лопату, так и подшипники коленчатого вала от концентрированной ударной нагрузки, которую передавала бы жесткая опора лопаты.

Спецификация материала корпуса редуктора для землеройных машин следует той же логике, что и для глубоководных культиваторов: высокопрочный чугун (марка EN-GJS-400-15 или выше) обеспечивает ударную вязкость, необходимую для того, чтобы выдерживать остаточные ударные нагрузки, проходящие через муфту скольжения и механизмы аварийного отключения. Стандартные корпуса из серого чугуна не подходят для циклических ударных нагрузок, характерных для почвообрабатывающих орудий, работающих на глубине от 200 до 400 мм — сочетание длительного высокого крутящего момента и периодических ударных перегрузок приводит к усталостному растрескиванию в корпусах из серого чугуна в течение 3–5 сезонов, в то время как корпуса из высокопрочного чугуна выдерживают ту же нагрузку в течение 10–15 и более сезонов. Разница в весе высокопрочного чугуна по сравнению с серым чугуном невелика (примерно на 10 процентов тяжелее при той же геометрии) и с лихвой компенсируется увеличенным сроком службы и устранением риска катастрофического разрушения корпуса, который представляет собой серый чугун в данном применении.

Сезонное техническое обслуживание и осмотр подшипников.

Вспашки работают в строго сезонном режиме — обычно от 50 до 200 часов в год, в основном весной или осенью, в период первичной подготовки почвы. Интенсивная циклическая нагрузка в этот период приводит к большей суммарной усталости подшипников за час работы, чем у большинства сельскохозяйственных редукторов, поскольку каждый оборот коленчатого вала вызывает полное изменение направления нагрузки в каждом положении подшипника. Тщательное предсезонное техническое обслуживание должно включать полную замену масла на свежее синтетическое трансмиссионное масло на основе полиальфаолефинов (PAO) класса ISO VG 320 (на одну ступень тяжелее, чем VG 220, используемое в условиях средней нагрузки, обеспечивающее повышенную вязкость, необходимую для достаточной толщины пленки при высоких контактных напряжениях в зацеплении шестерен на низких скоростях и высоком крутящем моменте), проверку люфта подшипников (осторожно проверните коленчатый вал вручную, чтобы проверить наличие шероховатости или осевого свободного хода, указывающего на износ подшипников), а также осмотр каждой лопаты на предмет износа или повреждений, которые могут увеличить подъемную силу и перегрузить редуктор.

После окончания сезона хранения необходимо тщательно очистить внешнюю поверхность редуктора (оставленные на корпусе загрязнения задерживают влагу и ускоряют коррозию в межсезонье), долить масло до максимального уровня (полностью заполненный корпус уменьшает внутренний объем воздуха, доступный для конденсации) и нанести защитную смазку на место соединения редуктора и коленчатого вала, чтобы предотвратить фрикционную коррозию в шлицевом или шпоночном соединении в течение длительного периода хранения (8-10 месяцев). При каждом сезонном обслуживании проверяйте люфт в шестернях — высокая циклическая нагрузка на ковш приводит к значительно большему износу зубьев шестерен за час работы, чем при непрерывном вращении, а увеличение люфта до 0,50 мм или более в зацеплении выходной шестерни указывает на значительный износ, требующий замены шестерен и подшипников до начала следующего сезона эксплуатации.

Часто задаваемые вопросы

Редактор: Cxm