Редуктор хлопкоуборочной машины: проектирование привода шпинделя и стриппера.

Сборка с помощью шпинделя против сбора с помощью стриппера: два варианта редуктора.

Сбор хлопка осуществляется с использованием двух принципиально разных механизмов, каждый из которых имеет свои особенности. редуктор ВОМ Требования. Сбор хлопка с помощью веретена — это предпочтительный метод: вращающиеся зазубренные веретена входят в каждую открытую коробочку, наматывают волокна хлопка на вал веретена и извлекают хлопковое волокно, не удаляя нераскрывшиеся коробочки, стебли растений или опавшие листья. Такая избирательная уборка сохраняет качество хлопка (сорт и длину волокна) и позволяет растению продолжать производить коробочки, которые можно собрать за второй или третий проход. Редуктор, приводящий в движение веретенообразователь, должен распределять мощность между 12–18 отдельными веретенами на рядный блок с точно согласованными скоростями от 3000 до 5000 об/мин — любое несоответствие скоростей между соседними веретенами приводит к неравномерному сбору, в результате чего хлопковое волокно остается в одних коробочках, а в других оно пересыхает.

Сбор хлопка с помощью стрипперов — это альтернативный метод, используемый в основном для коротковолокнистых сортов хлопка и в регионах, где затраты на рабочую силу позволяют предпочесть однопроходный механизированный сбор многопроходным селективным сборам. Вальцы или пальцевые механизмы стрипперов вращаются со скоростью от 600 до 1200 об/мин, снимая с растения всю коробочку (открывшуюся и нераскрывшуюся), а также различное количество стеблей и листьев. Собранный материал содержит от 30 до 50 процентов примесей (по сравнению с 5–15 процентами при сборе с помощью веретена), что требует более интенсивной последующей очистки для отделения волокна от растительных остатков. Хлопкоочистительные машины с приводом от ВОМ являются доминирующим методом сбора хлопка в небольших масштабах в Турции, Пакистане, Индии, Узбекистане и некоторых частях южных равнин Америки — представляя собой значительный рынок для поставок редукторов на вторичном рынке, поскольку эти машины работают со стандартным приводом от ВОМ трактора, а не со специальными самоходными платформами, используемыми в крупномасштабном сборе с помощью веретена.

Архитектура шпиндельного привода: точное распределение скорости.

Редуктор привода шпинделя хлопкоуборочной машины преобразует входной сигнал ВОМ в несколько высокоскоростных выходных сигналов посредством каскада пар конических зубчатых передач — каждый шпиндель приводится в движение собственной небольшой конической зубчатой ​​передачей, зацепляющейся с общим приводным валом, проходящим по всей длине уборочного устройства. Центральный коробка передач хлопкоуборщика Приводной вал получает мощность от ВОМ (обычно за счет увеличения скорости вращения с 540 об/мин до 1500–2000 об/мин на главном приводном валу), и этот главный приводной вал распределяет мощность на каждую коническую шестерню шпинделя с требуемой конечной скоростью вращения шпинделя от 3000 до 5000 об/мин посредством второго умножения передаточного отношения 1:2–1:2,5 в каждом положении шпинделя.

Равномерность скорости вращения всех шпинделей является критически важным параметром качества. Если один шпиндель вращается на 5 процентов быстрее, чем соседние, он наматывает больше волокна за один оборот и производит более плотный, туго скрученный пучок волокон, который хлопкоочистительный завод не может обработать при тех же настройках, что и более рыхлые пучки от более медленных шпинделей, что приводит к повреждению волокон во время очистки и снижению качества волокна. Поэтому зубчатая передача от центрального редуктора к каждому шпинделю должна поддерживать равномерность скорости в пределах ±2 процентов во всех положениях шпинделей — это требование, которое предполагает стабильное качество зубчатых передач (минимум AGMA 10 для всех отдельных пар конических зубьев), контролируемое предварительное натяжение подшипников и адекватную смазку в каждой точке зацепления в каскаде. Для более подробного понимания того, как редукторы многовыходных харвестеров распределяют мощность между несколькими механизмами, см. наше инженерное руководство. редуктор зерноуборочного комбайна приводные системы.

Механизм снимания хлопка — вращающиеся в противоположных направлениях резиновые накладки, которые снимают собранный хлопок со шпинделей, — работает со скоростью от 1000 до 2000 об/мин и должен быть точно синхронизирован со скоростью вращения шпинделя. Слишком медленная работа механизма снимания позволяет хлопку накапливаться на шпинделе между циклами снятия, образуя слипшиеся ворсинки, которые заклинивают механизм сбора. Слишком быстрая работа механизма снимания преждевременно снимает хлопок, прежде чем шпиндель полностью извлечет ворсинки из коробочки, что снижает эффективность сбора и оставляет пригодный для повторного использования хлопок в поле. Такие производители, как Ever-Power PTO Gearbox, предлагают комплекты шестерен шпинделя и механизма снимания с заводской синхронизацией скорости, что исключает необходимость проб и ошибок при сборке отдельных пар шестерен из разных производственных партий.

Противопожарная безопасность: непреложное требование к конструкции коробки передач.

Хлопковое волокно воспламеняется при температуре приблизительно 210 градусов Цельсия — температуре, которой может достичь вышедший из строя подшипник, проскальзывающая муфта или сухое уплотнение вала за считанные минуты, если неисправность останется незамеченной. Пожар в редукторе хлопкоуборочной машины не просто уничтожает редуктор: он воспламеняет механизм сбора хлопка, заполненный волокном, распространяется на корзину с 1–3 тоннами собранного хлопкового волокна и может распространиться на окружающие посевы хлопка за считанные секунды. Один пожар в хлопкоуборочной машине может уничтожить от 20 до 100 гектаров посевов и саму уборочную машину — общий ущерб исчисляется сотнями тысяч долларов. Противопожарная защита в конструкции редуктора хлопкоуборочной машины — это не дополнительная опция, а важнейшее инженерное требование.

Основные меры противопожарной безопасности в коробка передач хлопкоуборщика Инженерные решения включают в себя устранение внешних горячих поверхностей (температура любой открытой поверхности корпуса не должна превышать 150 градусов Цельсия при любых условиях эксплуатации, обеспечивая запас прочности в 60 градусов ниже температуры воспламенения ворса), устранение источников воспламенения, возникающих из-за трения (уплотнения валов, которые не могут создать достаточного трения для достижения температуры воспламенения даже в условиях сухого хода), а также устранение мест скопления ворса, где спрессованный ворс может достичь температуры самовоспламенения из-за накопления тепла, вызванного изоляцией. Гладкие, закругленные поверхности корпуса без щелей, углублений или плоских выступов предотвращают скопление ворса у корпуса. Дефлекторы валов (аналогичные тем, которые используются на оборудовании для выращивания сахарного тростника) отбрасывают рыхлый ворс от вращающихся валов до того, как он сможет намотаться и вызвать тепловое трение на поверхности уплотнения.

Контроль температуры подшипников все чаще становится стандартной функцией в редукторах хлопкоуборочных машин премиум-класса. Простые биметаллические индикаторы температуры (метки, меняющие цвет при достижении пороговой температуры), установленные на поверхности корпуса над каждым подшипником, обеспечивают визуальное предупреждение о перегреве подшипника, позволяя оператору остановить работу и провести проверку до того, как температура подшипника достигнет порога воспламенения ворса. Более сложные системы используют термопарные датчики с дисплеями, установленными на приборной панели, которые обеспечивают непрерывное отображение температуры подшипников в режиме реального времени во время работы.

Пневматический привод конвейерной ленты: перемещение хлопка внутри машины.

После того, как веретена или стрипперы извлекают хлопковые семена из растения, собранный материал необходимо транспортировать от механизма сбора в корзину для хранения в задней части машины. Пневматическая транспортировка — использование высокоскоростного центробежного вентилятора для создания воздушного потока, который перемещает хлопок по закрытым воздуховодам, — является стандартным методом транспортировки, поскольку она позволяет обрабатывать рыхлую, неправильной формы массу хлопка без засорения и образования мостиков, которые возникли бы при использовании механического конвейера. Пневматический вентилятор работает со скоростью от 2000 до 4000 об/мин, требуя передаточного отношения 1:3,7–1:7,4 при частоте вращения ВОМ 540 об/мин — диапазон передаточных отношений аналогичен приводу вентилятора сеялки, обсуждавшемуся в наших предыдущих статьях, но с дополнительной инженерной проблемой работы в среде, насыщенной ворсом, где любое трение подшипников или нагрев уплотнений представляют опасность возгорания.

Пневматический редуктор ВОМ Привод вентилятора хлопкоуборочной машины должен соответствовать тем же стандартам пожарной безопасности, что и привод шпинделя: отсутствие внешних поверхностей, нагретых более чем на 150 градусов Цельсия, лабиринтные предварительные уплотнения во всех точках выхода вала и гладкие поверхности корпуса, предотвращающие скопление хлопкового волокна. Скорость воздушного потока в транспортировочном канале (обычно от 15 до 25 м/с) должна быть достаточной для удержания и транспортировки хлопкового волокна без его оседания в канале — осевшая масса хлопка в теплом канале представляет собой пожарную опасность, которая может тлеть незамеченной в течение нескольких минут, прежде чем появится видимое пламя. Таким образом, стабильность скорости вращения вентилятора напрямую влияет на пожарную безопасность, а также на эффективность уборки урожая: вентилятор, скорость вращения которого падает ниже минимальной, позволяет хлопку накапливаться в канале, в то время как вентилятор, скорость вращения которого превышает расчетную, создает чрезмерную турбулентность, которая ухудшает качество хлопкового волокна, запутывая его.

Потребление энергии пневматической конвейерной системой увеличивает общую потребность в мощности ВОМ на 10–20 л.с. — это значительная часть общей нагрузки на редуктор у небольших стрипперов с приводом от ВОМ, где общая доступная мощность ВОМ может составлять всего 40–60 л.с. Эффективность сельскохозяйственная коробка передач Конструкция на этапе привода вентилятора напрямую снижает паразитное энергопотребление конвейерной системы, оставляя больше энергии для основного механизма захвата или снятия материала. Двухступенчатые редукторы (коническая передача на входе плюс винтовая передача на выходе) обеспечивают общую эффективность от 91 до 95 процентов, что означает, что только 5–9 процентов мощности привода вентилятора теряется в виде тепла в редукторе — тепла, которое должно рассеиваться без создания внешних температур, приближающихся к порогу воспламенения ворса.

Герметизация, предотвращающая образование ворса, и устойчивость к хлопковому маслу.

Волокна хлопка имеют диаметр от 15 до 40 микрометров — достаточно тонкие, чтобы проникнуть в любой зазор уплотнения шире 0,05 мм, включая рабочий зазор большинства стандартных сельскохозяйственных валовых уплотнений. Попав в зазор, ворс обволакивает поверхность вала между уплотнительной кромкой и валом, создавая точку трения, которая генерирует тепло и истирает как уплотнительную кромку, так и поверхность вала. Постепенное повреждение расширяет зазор уплотнения, пропуская все больше ворса в самоускоряющемся цикле отказа, который может перейти от незаметного к катастрофическому (потеря масла плюс потенциальное возгорание) в течение 50–100 часов работы.

В герметичных уплотнениях вала используется лабиринтная предварительная герметизация — ряд плотно прилегающих друг к другу колец перед основной уплотнительной кромкой, которые физически препятствуют попаданию волокон ворса на основную уплотнительную поверхность. Зазоры лабиринта имеют такой размер, чтобы исключить попадание хлопкового ворса (зазор менее 0,03 мм), при этом обеспечивая свободное прохождение воздуха, чтобы лабиринт не создавал вакуум, который мог бы затягивать ворс внутрь. За лабиринтом основное уплотнение вала работает в чистой среде, свободной от загрязнения ворсом, достигая полного расчетного срока службы без ускоренного износа, который вызвал бы контакт с ворсом.

Хлопковое масло, выделяющееся из измельченных семян в процессе сбора и очистки, представляет собой слабую органическую кислоту, которая со временем разрушает стандартные нитриловые (NBR) уплотнения вала. Уплотнения из фторэластомера (FKM) устойчивы к воздействию хлопкового масла в концентрациях, встречающихся во время уборки урожая, а их более высокая термостойкость (до 200 градусов Цельсия против 120 градусов для NBR) обеспечивает дополнительный запас пожарной безопасности. сельскохозяйственная коробка передач Таким образом, технические условия для хлопкоуборочных машин должны включать первичные уплотнения из фолиевой кислоты (FKM) за лабиринтным предварительным уплотнением, сочетающим в себе защиту от ворса и химическую стойкость в единой интегрированной системе уплотнения.

Техническое обслуживание в течение сезона и управление рисками пожара

Ежедневное удаление ворса — это важнейшая задача технического обслуживания хлопкоуборочной машины, важнее, чем проверка уровня масла, график смазки или любой другой плановый осмотр. В конце каждого рабочего дня необходимо продувать сжатым воздухом все открытые поверхности корпуса редуктора, дефлекторов вала, лабиринтных уплотнений и компонентов приводного механизма. Ворс, накопившийся за ночь, сжимается под собственным весом и влагой, становясь все труднее удаляемым и все более эффективным в качестве теплоизоляции, удерживающей тепло подшипников у поверхности корпуса. Редуктор, который начинает следующий рабочий день с накопившимся за предыдущий день ворсом, представляет большую пожарную опасность, чем тот, который был очищен.

Интервалы замены масла в редукторах хлопкоуборочных машин должны составлять от 150 до 250 часов работы — загрязнение хлопковым маслом и попадание пыли (даже через должным образом обслуживаемые уплотнения) ускоряют износ масла сверх скорости, наблюдаемой в условиях чистых полей. Вал отбора мощности Смазка карданного шарнира требуется каждые 8–10 часов работы — чаще, чем в большинстве других сельскохозяйственных применений, поскольку высокоскоростной привод и пыльная среда ускоряют износ подшипников, а последствия отказа карданного шарнира (внезапное заклинивание трансмиссии, потенциальное возгорание от трения) особенно опасны в среде, покрытой хлопковым волокном. Рекомендуется использовать синтетическое трансмиссионное масло на основе полиальфаолефинов (PAO) ISO VG 220 из-за его превосходной термической стабильности и стойкости к окислению — в условиях жаркого климата (температура окружающей среды от 30 до 45 градусов Цельсия) температура масла в редукторе достигает 80–100 градусов Цельсия во время длительной уборки урожая, при этом синтетическое масло лучше сохраняет свою защитную пленку, чем минеральное масло того же класса.

Часто задаваемые вопросы

Редактор: Cxm