Редуктор пневматического опрыскивателя: привод воздуходувки для распыления воды в саду.

Проникновение воздуха в крону деревьев: почему важен воздушный поток при опрыскивании садов.

Взрослая яблоня занимает крону объемом от 200 до 600 кубических метров — плотное трехмерное распределение листьев и плодов по ветвям, расстояние между которыми варьируется от 15 метров (диаметр внешней кроны) до нуля (скопления ветвей внутри кроны). Традиционные штанговые опрыскиватели подают жидкость через независимые форсунки с низкой скоростью (0,5–2 м/с на кончике форсунки), следуя баллистическим траекториям, которые перехватываются листьями внешней кроны на расстоянии 1–2 метров от опрыскивателя. Глубокая внутренняя часть кроны — где находится 60–80 процентов общей площади плодов — вообще не опрыскивается при стандартной штанговой системе. Усовершенствованная система редуктор ВОМ с воздушным обдувом Эта проблема решается с помощью высокоскоростного центробежного вентилятора, который создает поток воздуха со скоростью от 15 до 30 м/с на выходе — достаточно высокой, чтобы переносить частицы распыляемой жидкости по всей глубине кроны и осаждать жидкость на всех поверхностях листьев и плодов независимо от их положения в объеме дерева.

Принцип воздушного потока требует наличия двух отдельных выходов от опрыскивателя: основного воздушного потока, создаваемого высокоскоростным вентилятором, и распыляемой жидкости, подаваемой в этот воздушный поток в точке, где происходит максимальное распыление и перенос тумана. Насосный агрегат опрыскивателя (обычно центробежного типа, идентичный стандартному насосу штангового опрыскивателя, работающий со скоростью от 2500 до 3500 об/мин) впрыскивает жидкость со скоростью от 1 до 3 литров в минуту в основной выходной патрубок вентилятора, где высокоскоростной поток воздуха распыляет жидкость на капли диаметром от 100 до 150 микрометров. Этот целевой размер тумана — гораздо мельче, чем капли диаметром от 200 до 400 микрометров, образующиеся при использовании обычных штанговых опрыскивателей — более эффективно проникает в крону и оседает на внутренних поверхностях листьев, которые меньше и глубже расположены, чем крупные внешние листья, улавливающие распыляемую жидкость.

Высокоскоростной привод вентилятора: от ВОМ до скорости воздушного потока в кабине.

Скорость воздушного потока на выходе вентилятора является прямой функцией скорости вращения вентилятора (без учета потерь в воздуховоде): скорость вращения вентилятора приблизительно равна скорости воздушного потока, деленной на радиус лопастей вентилятора. Центробежный вентилятор с ротором диаметром 200 миллиметров, вращающийся со скоростью 6000 оборотов в минуту, создает скорость воздушного потока приблизительно 20 метров в секунду (расчет: 6000 об/мин × 0,2 м радиус ÷ 60 с/мин = 20 м/с). Более высокая скорость приводит к большей скорости (закон подобия: скорость пропорциональна скорости), что позволяет опытному оператору регулировать глубину проникновения в растительность, активно управляя скоростью вентилятора через регулируемую систему управления скоростью ВОМ трактора или через трансмиссию с переменным передаточным отношением, встроенную в сам редуктор. Для достижения скорости вращения вентилятора 6000 об/мин при ВОМ 540 об/мин требуется передаточное отношение 1:11,1 — что значительно превышает возможности одноступенчатой ​​системы и требует существенных затрат. редуктор пневматического распылителя с двумя или тремя ступенями редуктора для распределения общего передаточного отношения.

Наиболее распространенная конфигурация — двухступенчатая конструкция с входным валом с косозубыми шестернями под прямым углом, обеспечивающим увеличение скорости в 1:3–1:3,5 раза, за которым следует выходной вал с косозубыми шестернями на параллельных валах, обеспечивающий дополнительное увеличение в 1:3–1:3,8 раза — в результате чего суммарные передаточные числа составляют от 1:9 до 1:13,3. Такая конструкция концентрирует зацепление самых высокоскоростных шестерен (выходной вал с косозубыми шестернями) в компактном месте и позволяет обоим ступеням работать в пределах своих эффективных диапазонов скорости и крутящего момента. В качестве альтернативы некоторые производители высококачественного оборудования используют двухступенчатую конструкцию редуктора с косозубыми шестернями на параллельных валах (каскадная конструкция) без косозубых шестерен под прямым углом, что жертвует направленной гибкостью входного вала с косозубыми шестернями (заставляя вал отбора мощности приходить горизонтально), но обеспечивает механическую простоту и немного более высокую эффективность за счет устранения потерь, связанных с зацеплением косозубых шестерен.

При частоте вращения ВОМ 1000 об/мин требуемое передаточное отношение снижается до 1:6–1:8 — всё ещё за пределами возможностей одноступенчатой ​​конической кромки (максимум 1:5–1:6), но достижимо при более простой двухступенчатой ​​конструкции. Такие производители, как... Редуктор отбора мощности Ever-Power Всё большее число производителей предлагают конструкции редукторов с пневматическим впрыском, рассчитанные на 1000 об/мин, для сегмента высококачественной техники, где стандартным является оборудование с более высокой скоростью вращения ВОМ. Незначительное снижение требований к общему передаточному числу напрямую приводит к уменьшению габаритов редуктора, снижению стоимости и повышению эффективности — ценные преимущества в компактных регионах выращивания фруктов, где сосредоточено высокотехнологичное оборудование с пневматическим впрыском.

Регулировка скорости: согласование воздушного потока с условиями в кроне деревьев.

Проникновение и осаждение аэрозоля, распыляемого воздушным потоком, критически зависят от баланса между скоростью воздуха и расходом жидкости. При очень высокой скорости воздуха (вентилятор более 8000 об/мин, скорость воздушного потока более 25 метров в секунду) и низком расходе жидкости туман распыляется очень мелко, но может уноситься ветром, прежде чем осесть на обрабатываемых поверхностях — это особенно проблематично в ветреные дни или в открытых садах с плохой ветрозащитой. Напротив, при более низкой скорости воздуха (вентилятор 4000 об/мин, скорость воздушного потока 12 метров в секунду) и более высоком расходе жидкости капли получаются крупнее и оседают легче, но воздушный поток не обладает достаточной проникающей способностью, чтобы донести туман глубоко в густую крону деревьев. Оптимальная рабочая точка варьируется в зависимости от типа культуры (густая или разреженная крона), размера дерева (карликовое или полноразмерное) и погодных условий (скорость ветра, влажность, температура).

Поэтому в современных пневматических опрыскивателях используются трансмиссии с регулируемой скоростью или муфты, позволяющие оператору плавно регулировать скорость вращения вентилятора в диапазоне от 4000 до 8000 об/мин без изменения скорости основного насоса опрыскивателя. В современном пневматическом оборудовании это достигается либо с помощью сложной вторичной трансмиссии с регулируемой скоростью, установленной между выходным валом основного редуктора и приводом вентилятора, либо с помощью многоступенчатой ​​коробки передач с выбираемыми положениями передач, обеспечивающими фиксированные дискретные скорости (обычно от трех до пяти ступеней скорости от минимальной до максимальной). Самый простой и практичный подход — и наиболее часто используемый на оборудовании, применяемом мелкими фермерами, — это регулировка скорости ВОМ с помощью регулятора двигателя трактора, что позволяет точно настроить скорость вращения вентилятора в соответствии с полевыми условиями, в то время как основной насос опрыскивателя получает питание через отдельную независимую цепь привода.

Он редуктор пневматического распылителя Сама по себе она должна быть спроектирована таким образом, чтобы работать в любой точке своего диапазона скоростей без термических или механических повреждений. Это более жесткое требование, чем для редуктора насоса с фиксированной скоростью, поскольку конструкция подшипников и шестерен должна учитывать как работу на полной мощности при максимальной скорости, так и работу при частичной нагрузке при минимальной скорости, не допуская чрезмерного снижения предварительного натяжения подшипников или выхода температурного режима за пределы допустимых значений. Высокоскоростные косозубые шестерни приводят к большим потерям эффективности (и, следовательно, к большему выделению тепла) при частичных скоростях, чем при полной скорости, если конструкция редуктора не компенсирует эту особенность.

Аэродинамическая конструкция вентилятора и шумоподавление

Сам вентилятор не является частью редуктора (редуктор подает на вентилятор только вращательное усилие), но характеристики выходной скорости и крутящего момента редуктора существенно влияют на рабочую точку вентилятора на его аэродинамической кривой. У центробежного вентилятора существует сложная аэродинамическая взаимосвязь между скоростью, расходом и давлением — отклонение от расчетной точки вентилятора (скорости и противодавления, при которых он был оптимизирован) приводит к нестабильности воздушного потока, пульсации на выходе, шуму и ухудшению качества распыления.

Высококачественный редуктор, обеспечивающий плавную и стабильную выходную скорость при любых условиях эксплуатации и нагрузках, позволяет вентилятору оставаться в пределах расчетной рабочей точки. Напротив, конструкция редуктора со значительными колебаниями скорости (более ±3% при изменении нагрузки) приводит к колебаниям вентилятора вокруг расчетной точки, вызывая слышимую пульсацию (гудение, похожее на звук вертолета), указывающую на то, что вентилятор пытается найти стабильную работу. Эта характерная пульсирующая работа активно снижает качество распыления, увеличивает шумовое загрязнение для близлежащих жителей (значительная проблема в районах интенсивного плодоводства, где сады примыкают к жилым зонам) и может ускорить износ подшипников и лопастей вентилятора из-за циклических нагрузок, связанных с работой вне расчетной рабочей точки.

Уровень звукового давления, измеренный на расстоянии 1 метра от правильно настроенного пневматического опрыскивателя, обычно составляет от 85 до 92 децибел (взвешенный по шкале А) — это громко, но в пределах диапазона, который операторы могут выдерживать с использованием средств защиты слуха в течение 2–4 часов в день, в течение которых это оборудование обычно работает в короткий сезон обработки фруктов. Колебания скорости в редукторе могут увеличить этот уровень шума на 3–5 дБ(А) — субъективное удвоение воспринимаемой громкости, что делает работу неприятной и потенциально опасной. Синтетическое трансмиссионное масло (на основе полиальфаолефинов ISO VG 220) и косозубые шестерни с высоким коэффициентом зацепления и малым люфтом являются конструктивными особенностями редуктора, которые минимизируют пульсации скорости и шум в высокоскоростных пневматических приводах.

Терморегулирование при высокой скорости вращения

Электрическая мощность, рассеиваемая в виде отработанного тепла в редукторе, прямо пропорциональна входному крутящему моменту и обратно пропорциональна КПД редуктора. Высокоскоростной редуктор, передающий мощность 30 л.с. при общей эффективности 92%, непрерывно рассеивает 30 × 0,08 ÷ 0,92 = 2,6 кВт тепла. Это тепло должно отводиться через поверхность корпуса редуктора, чтобы предотвратить повышение температуры масла выше максимально допустимой рабочей температуры (обычно от 95 до 110 градусов Цельсия для минерального редукторного масла, от 105 до 120 градусов для синтетического полиальфаолефинового масла). Площадь поверхности, доступная для отвода тепла в компактном высокоскоростном редукторе, ограничена — корпус редуктора, занимающий всего 0,5 кубических метров объема, имеет максимальную площадь поверхности приблизительно 6 квадратных метров. При тропических температурах окружающей среды от 35 до 40 градусов Цельсия разница температур, доступная для конвективной теплопередачи, составляет всего от 55 до 75 градусов Цельсия, а коэффициент конвективной теплопередачи от естественной конвекции равен всего 5–10 Вт/(м²·К). В этих условиях естественного конвективного охлаждения недостаточно для поддержания безопасной температуры масла без дополнительного принудительного охлаждения.

Большинство коммерческих воздушных струй сельскохозяйственная коробка передач Поэтому в состав опрыскивателей входит маслоохладитель — либо алюминиевый пластинчато-ребристый охладитель с вентилятором, либо жидкостно-охлаждаемый агрегат, который обменивается теплом с контуром охлаждения двигателя трактора. Размер охладителя должен быть рассчитан на полную мощность, рассеиваемую редуктором в наихудших условиях жаркого дня. Для 30-сильного пневматического редуктора, работающего при температуре окружающей среды 40 градусов и рассеивающего 2,6 кВт, требуется охладитель мощностью не менее 3 кВт для поддержания безопасной рабочей температуры с запасом на загрязнение и снижение эффективности в течение сезона. Недостаточный или неправильно подобранный размер охладителей является хорошо задокументированной основной причиной тепловых отказов редукторов и катастрофических поломок в коммерческом пневматическом опрыскивателе, приводящих к окислению масла, износу подшипников и преждевременному выходу из строя зубьев шестерен.

Сезонное техническое обслуживание и хранение в межсезонье.

Пневматические опрыскиватели имеют резко выраженный сезонный характер использования — обычно от 30 до 100 часов работы, сосредоточенных в течение 6–12 недель, когда плоды находятся на критической стадии роста, определяющей их конечный размер и рыночную стоимость. Характерные длительные периоды простоя между сезонами активного опрыскивания создают уникальные и сложные проблемы технического обслуживания. Во время хранения редуктор подвергается термическим циклам, которые затягивают влагу в корпус через вентиляционное отверстие, а любое воздействие дождя или высокой влажности может насытить воздух, запертый внутри корпуса. Эта влага накапливается в самой нижней точке корпуса (дно масляного поддона), где она инициирует коррозионное образование точечных повреждений на поверхностях шестерен и подшипников. Коррозионные ямки действуют как точки концентрации напряжений, где усталостные трещины в подшипниках начинают образовываться раньше, чем в неповрежденном материале.

Предсезонная подготовка должна включать замену масла на свежее синтетическое трансмиссионное масло на основе полиальфаолефинов (ПАО), визуальный осмотр всех подшипников на предмет изменения цвета или коррозии, а также полную очистку маслоохладителя от накопившейся пыли и мусора. В течение сезона эксплуатации ежедневно контролируйте поток воздуха в охладителе — листья, пыль от фруктов и частицы, попадающие на него от другого опрыскивателя, накапливаются на ребрах охладителя и постепенно снижают эффективность охлаждения. Если температура масла поднимается выше 100 градусов Цельсия в нормальных условиях эксплуатации, охладитель необходимо очистить перед продолжением работы. Ежедневная проверка Вал отбора мощности Смазка карданных шарниров крайне важна — длительная работа на высоких скоростях генерирует значительно больше тепла трения и износа в подшипниках карданных шарниров, чем это происходит в сельскохозяйственной технике на низких скоростях, что ускоряет износ подшипников, если уровень смазки не поддерживается на должном уровне. Производители оборудования, специализирующиеся на редукторах, указывают в качестве рекомендуемых конструкций карданных шарниров повышенной прочности (серия 6 или с более высоким крутящим моментом) для работы с пневматическим приводом, чтобы продлить срок службы трансмиссии в условиях высоких скоростей.

Часто задаваемые вопросы

Редактор: Cxm