Čo je to prevodovka so stredovým otočným zavlažovaním?
A prevodovka so stredovým otočným zavlažovaním je utesnená závitovková prevodovka namontovaná na každej nohe veže zavlažovacieho systému s centrálnym otočným alebo lineárnym pohybom. Každá veža má dve hnacie kolesá a každé koleso je poháňané malým elektromotorom (0,37 až 1,5 kW) prostredníctvom prevodovka pohonu zavlažovacieho kolesa ktorý poskytuje extrémne zníženie rýchlosti – zvyčajne 40:1 až 60:1 – premieňajúc rýchlosť motora (1 450 až 1 750 ot./min.) na veľmi pomalé otáčanie kolesa (0,5 až 2 ot./min.) potrebné na pohyb veže po jej kruhovej alebo lineárnej dráhe rýchlosťou iba 1 až 5 metrov za minútu.
Systém s jedným stredovým otočným čapom môže mať dĺžku 400 až 800 metrov od centrálneho bodu k poslednej veži a zavlažovať 50 až 200 hektárov v jednom okruhu. Systém pozostáva z 5 až 12 rozpätí veží, pričom každé rozpätie vyžaduje dve prevodovka so stredovým otočným zavlažovaním jednotky – čo znamená, že jedna otočná inštalácia obsahuje 10 až 24 prevodoviek, z ktorých všetky musia spoľahlivo fungovať 10 až 25 rokov pri nepretržitom vonkajšom vystavení slnku, dažďu, mrazu, blatu a prachu. Táto extrémna požiadavka na odolnosť voči prostrediu – v kombinácii s požiadavkami na samosvornosť, nenáročnosť na údržbu a vysokú spoľahlivosť – robí z zavlažovacia prevodovka jedna z najšpecializovanejších aplikácií prevodoviek v poľnohospodárstve.
Ako funguje systém pohonu veže
Najvzdialenejšia veža centrálneho otočného čapu musí prejsť najdlhšiu oblúkovú vzdialenosť, aby dokončila každú otáčku – a to definuje rýchlosť otáčania systému. Každá vnútorná veža musí prejsť úmerne kratšiu vzdialenosť, pohybujúc sa v prerušovaných dávkach načasovaných systémom zarovnávania, ktorý udržiava všetky rozpätia v priamke. Posledná veža sa pohybuje takmer nepretržite, zatiaľ čo vnútorné veže sa pohybujú a zastavujú v striedavých cykloch. prevodovka s otočným pohonom na každom kolese prijíma príkazy na štart/stop z riadenia geometrie – zapína elektromotor na posun veže a odpája ho po obnovení geometrie.
Systém zarovnávania využíva mikrospínače alebo senzory resolvera namontované na každej veži na detekciu uhlovej polohy vzhľadom na susedné rozpätie. Keď vonkajšia veža (ktorá sa pohybuje nepretržite alebo takmer nepretržite) predbehne vnútornú vežu o viac ako je tolerancia zarovnania (zvyčajne 1 až 3 stupne oblúka), motor vnútornej veže sa zapne, aby posunul toto rozpätie dopredu, kým sa neobnoví zarovnanie. V systéme s 10 vežami tento kaskádový proces zarovnávania znamená, že najvnútornejšie veže sa môžu zapínať a vypínať stovkykrát za otáčku – každý cyklus vyvolá udalosť krútiaceho momentu spustenia a zastavenia na veži. prevodovka so stredovým otočným zavlažovaním na tej veži.
Táto prerušovaná prevádzka so štartom a zastavením vytvára najnáročnejší vzorec zaťaženia pre zavlažovacia prevodovka: každý štart vyžaduje, aby motor zrýchlil hmotnosť veže (1 000 až 3 000 kg na rozpätie veže plus zaťaženie vodou v potrubí) z pokoja – špička štartovacieho krútiaceho momentu 2 až 4-násobku prevádzkového krútiaceho momentu, ktorá sa opakuje stokrát za zavlažovací cyklus. Počas 10 až 25 rokov životnosti, jeden prevodovka so stredovým otočným zavlažovaním nahromadí milióny cyklov štart-stop – vzorec únavového zaťaženia, ktorý musí závitovka a ozubené koleso vydržať bez poškodenia povrchu zubov alebo nadmerného opotrebenia.
Prevodovka so stredovým otočným zavlažovaním – pohon kolesa veže so závitovkovým prevodom a krytom odolným voči poveternostným vplyvom
Prečo závitovkový prevod: Samosvorný a extrémny prevodový pomer v jednom stupni
Závitovkový prevod je štandardnou architektúrou pre prevodovka so stredovým otočným zavlažovaním aplikácie z dvoch základných dôvodov. Po prvé, jeden stupeň závitovkového prevodu dosahuje prevodové pomery 40:1 až 60:1 – extrémne zníženie potrebné na premenu otáčok motora nad 1 450 ot./min. na otáčky kolesa pod 2 ot./min. Dosiahnutie tohto pomeru s kužeľovými alebo špirálovými ozubenými kolesami by si vyžadovalo tri alebo štyri prevodové stupne (čo by zvyšovalo náklady, zložitosť a počet bodov poruchy). Po druhé, závitovkový prevod poskytuje inherentné samosvorné mechanizmy: pri pomeroch nad približne 30:1 so štandardnými koeficientmi trenia nemôže výstup (koleso) poháňať vstup (motor) dozadu – čo znamená, že veža si drží svoju polohu, keď je motor bez napájania, bez potreby samostatného brzdového mechanizmu.
Bez samosvorného mechanizmu, a prevodovka so stredovým otočným zavlažovaním Vyžadovalo by si to externú brzdu na každej veži, aby sa zabránilo tomu, aby vietor, gravitácia (na svahovitom teréne) alebo tlak vody vytlačili vežu z vyrovnania, keď je motor vypnutý. Porucha brzdy čo i len na jednej veži by spôsobila posun tohto rozpätia – potenciálne by to viedlo k zrúteniu celej otočnej konštrukcie. Samosvorný mechanizmus závitovkového prevodu úplne eliminuje toto riziko jednobodovej poruchy a poskytuje pasívne, bezúdržbové udržiavanie polohy na každej veži bez ohľadu na vonkajšie sily.
Nevýhodou samosvorného systému závitovkových prevodov je nižšia mechanická účinnosť. samosvorná zavlažovacia prevodovka pri pomere 50:1 typicky pracuje s účinnosťou 35 až 50 percent – čo znamená, že 50 až 65 percent vstupného výkonu motora sa premieňa na teplo, a nie na výstupný krútiaci moment. Hoci by to bolo neprijateľné vo vysokovýkonných aplikáciách, je to tolerovateľné pre pohony zavlažovania, pretože absolútna úroveň výkonu je nízka (0,37 až 1,5 kW) a prerušovaný pracovný cyklus umožňuje chladenie medzi prevádzkovými intervalmi. Teplo generované počas každého pohybu veže (zvyčajne 30 až 120 sekúnd zapnutia motora, po ktorých nasleduje pauza) sa rozptýli cez kryt pred začiatkom ďalšieho cyklu.
Stredový čap vs. lineárny pohyb: Požiadavky na prevodovku
Materiály závitovkových a kolesových závitoviek pre životnosť dlhú desaťročia
Závitovkový hriadeľ v prevodovka so stredovým otočným zavlažovaním je opracované z kalenej legovanej ocele (typicky 20CrMnTi alebo ekvivalentnej) s povrchovou tvrdosťou 58 až 62 HRC. Závitovkové koleso (veľké ozubené koleso poháňané závitovkou) je odlievané z odstredivo liateho fosforového bronzu (CuSn10P alebo CuSn12) – materiálu zvoleného špeciálne pre jeho kompatibilitu s kalenou oceľovou závitovkou. Bronzové koleso poskytuje nižšie trenie voči kalenej závitovke ako pár oceľ-oceľ, lepšiu prispôsobivosť počas zábehu (mäkký bronz sa mikroskopicky deformuje, aby sa prispôsobil profilu závitu závitovky) a vynikajúcu odolnosť voči zadieraniu za podmienok medzného mazania.
Ten/Tá/To ložisko prevodovky otočného pohonu Usporiadanie musí zvládnuť kombinované radiálne a axiálne zaťaženia od síl záberu závitovky a vonkajšie zaťaženie kolies (hmotnosť veže, reakcia zeme, sily vetra). Závitovkový hriadeľ je podopretý kuželíkovými ložiskami (ktoré zvládajú radiálne zaťaženie aj axiálny axiálny tlak od uhla skrutkovice závitovky), zatiaľ čo hriadeľ kolesa používa guľôčkové alebo kuželíkové ložiská s hlbokou drážkou, ktoré sú dimenzované na nízke otáčky a vysoký krútiaci moment. Utesnené ložiskové usporiadania so syntetickou mazivovou náplňou (dimenzionované na -30 až +120 stupňov Celzia) sú určené tak, aby zodpovedali extrémnemu teplotnému rozsahu celoročného vonkajšieho vystavenia.
Prevodovka pohonu zavlažovacieho kolesa — závitovka a bronzové koleso pre extrémne zníženie otáčok a samosvor
Utesnenie proti poveternostným vplyvom: Celoročné vonkajšie vystavenie
Na rozdiel od väčšiny poľnohospodárske prevodovky ktoré sú mimosezóny uskladnené pod strechou, prevodovka so stredovým otočným zavlažovaním zostáva trvalo namontovaný na nohách veže – vystavený slnku, dažďu, snehu, mrazu, vetrom naviatej pôde a stojatej vode (koleso a spodná časť skrine prevodovky sú počas zavlažovania v nízko položených oblastiach alebo ťažkých pôdach často ponorené). Toto trvalé vonkajšie vystavenie vyžaduje tesnenie IP65 alebo ekvivalent IP67 na každom spoji skrine, výstupe hriadeľa a mieste odvzdušňovania.
Dvojbrusové tesnenia hriadeľa na všetkých výstupoch. O-krúžky s deleným tesnením a chemicky odolným elastomérom. Utesnený odvzdušňovací ventil (bez vysúšadla – musí odolávať ponoreniu). Epoxidový práškový náter s hrúbkou viac ako 100 mikrometrov. Vonkajšie upevňovacie prvky z nehrdzavejúcej ocele. Vypúšťacia zátka umiestnená pre jednoduché sezónne vypúšťanie vody.
Prevádzkový rozsah: okolitá teplota od -30 do +50 stupňov Celzia. Syntetický olej si udržiava tekutosť pri -30 (minerálny olej tuhne). Náter krytu odolný voči UV žiareniu (štandardný náter sa degraduje po 2 až 3 rokoch priameho vystavenia slnku). Tolerancia teplotných cyklov: denné výkyvy od 30 do 40 stupňov bez stvrdnutia tesnenia alebo praskania krytu.
Stručný prehľad technických špecifikácií
Olej a mazanie prevodovky so stredovým otočným čepom
Správne olej v prevodovke so stredovým otočným čapom je syntetický PAO EP ISO VG 320 – ťažšia trieda, ktorá poskytuje hrubý olejový film, ktorý je potrebný pre klzný kontakt závitovkového kolesa pri nízkych rýchlostiach a vysokých kontaktných tlakoch pri zavlažovaní. Syntetický základový olej je povinný (nie voliteľný ako v niektorých iných poľnohospodárska prevodovka aplikácie), pretože prevodovka pracuje v extrémnom teplotnom rozsahu: musí sa spúšťať a fungovať pri teplote mínus 30 stupňov Celzia v oblastiach zimného skladovania a prežiť trvalé teploty okolia nad 40 stupňov Celzia počas letného zavlažovania v suchom podnebí. Minerál VG 320 sa pod teplotou mínus 5 stupňov Celzia stáva polotuhým – čo ho robí nevhodným na inštaláciu v podnebí s teplotami pod bodom mrazu.
Intervaly výmeny oleja pre prevodovka so stredovým otočným zavlažovaním Jednotky majú zvyčajne 2 000 až 4 000 prevádzkových hodín alebo každé 2 až 5 rokov – čo je výrazne dlhšie ako väčšina poľnohospodárskych prevodoviek, pretože prerušovaný pracovný cyklus a nízka úroveň výkonu spôsobujú minimálnu degradáciu oleja na prevádzkovú hodinu. Hlavným problémom je však skôr kontaminácia vodou než tepelná degradácia. Ak tesnenia krytu umožňujú vniknutie dažďovej alebo zavlažovacej vody, olej emulguje a stráca svoju nosnosť, čo vedie k rýchlemu opotrebovaniu bronzových kolies a ryhovaniu závitovky. Stav oleja kontrolujte každoročne (mliečny vzhľad naznačuje kontamináciu vodou, ktorá si vyžaduje okamžitú výmenu) a na začiatku každej zavlažovacej sezóny overte neporušenosť tesnenia krytu.
Terénne výzvy a zaťaženie prevodovky na svahoch
Stredové otočné prevodovky často pracujú na zvlnenom teréne, kde sa niektoré veže počas rovnakej rotácie pohybujú do kopca, zatiaľ čo iné do kopca. Na svahovitom teréne (sklon 2 až 8 percent) musia prevodovky veží smerujúcich dole odolávať gravitačnej sile, ktorá sa snaží tlačiť vežu pred zarovnanie – spoliehajúc sa na samosvorné závitovkové koleso, ktoré udrží polohu počas každej prestávky v cykle štart-stop. Prevodovky veží smerujúcich do kopca musia prekonať trenie hmoty veže aj gravitačnú zložku – čím sa zvyšuje požiadavka na krútiaci moment motora o 20 až 40 percent v porovnaní s prevádzkou na rovnom teréne. Prevodovky pre inštalácie v kopcovitom teréne by mali byť špecifikované s minimálne 20-percentnou výkonovou rezervou nad požiadavkou na rovnom teréne, aby sa zohľadnili zvýšenia krútiaceho momentu súvisiace so sklonom bez prekročenia tepelnej kapacity motora.
Mäkké, blatisté pôdne podmienky predstavujú ďalšiu výzvu pri nakladaní. Kedy hnacie kolesá zabúraním sa do nasýtenej pôdy (bežné v zavlažovanej zóne priamo pod rozpätiami otáčacích kolies), valivý odpor sa dramaticky zvyšuje a koleso sa môže musieť pri každom štarte vymaniť z koľaje, čím sa vytvárajú rozbehové krútiace momenty, ktoré sa blížia k zastavovacej kapacite motora. Pneumatiky so širokým priebehom vztlaku (znižujúce tlak na zem), betónové koľaje (eliminujúce vytváranie koľají) a vhodne dimenzované motory a prevodovky prispievajú k spoľahlivému posunu veže v podmienkach mäkkej pôdy. prevodovka koncového pohonu zavlažovania musí byť dimenzovaný na najhorší prípad rozbehového krútiaceho momentu z blatistých podmienok, nie na ustálený prevádzkový krútiaci moment na pevnom povrchu.
Harmonogram údržby
Skontrolujte hladinu a stav oleja v každej prevodovke (mliečny olej znamená vniknutie vody – ihneď vymeňte). Skontrolujte puzdro, či nie je prasknuté alebo korózia. Skontrolujte neporušenosť tesnenia hriadeľa. Skontrolujte montážne skrutky. Ručne otočte každé koleso, aby ste overili plynulý chod prevodovky – drsnosť naznačuje opotrebovanie bronzu alebo poškodenie ložiska.
Kompletná výmena oleja za syntetický VG 320 v každej prevodovke systému. Skontrolujte magnetickú vypúšťaciu zátku, či neobsahuje bronzové častice (čo naznačuje opotrebovanie závitovkového kolesa). Skontrolujte vôľu výstupného hriadeľa, či nedochádza k nadmernému radiálnemu alebo axiálnemu pohybu. Skontrolujte zarovnanie motora a stav spojky.
Odborná kontrola vzorca opotrebovania závitovkového kolesa. Meranie hrúbky bronzového kolesa (vymeňte, ak je opotrebované nad minimálnu špecifikáciu). Výmena ložiska, ak vibrácie alebo vôle prekročia limity. Zvážte proaktívnu výmenu všetkých prevodoviek ako súpravy, aby sa zachoval jednotný výkon v celom systéme.
Výmena prevodovky s centrálnym otočným čapom z druhovýroby
Výmena prevodovky so stredovým otočným čapom je zvyčajne spôsobené opotrebovaním bronzového závitovkového kolesa (koleso je obetným opotrebovateľným komponentom – navrhnutým tak, aby sa opotrebovávalo prednostne oproti kalenému oceľovému závitovkovému kolesu, takže drahší závitovkový koleso prežije viacnásobné výmeny kolesa). Po 10 až 25 rokoch a miliónoch cyklov štart-stop sa zuby bronzového kolesa stenčia do bodu, kedy sa vzor kontaktu zubov posúva, čo zvyšuje hluk, vôľu a riziko vylomenia zubov pri rozbehovom krútiacom momente. Medzi parametre krížového odkazu patrí prevodový pomer závitovkového kolesa, veľkosť a drážka výstupného hriadeľa, rozmiestnenie skrutiek upevnenia krytu, konfigurácia príruby motora a výška hriadeľa kolesa (vzdialenosť stredu od osi motora k osi kolesa).
Náš technický tím uchováva krížové referenčné údaje pre hlavné značky otočných čapov (Valley, Reinke, Zimmatic, TL a ekvivalentné špecifikácie OEM). K dispozícii sú kompletné zostavy prevodoviek aj jednotlivé súpravy na výmenu bronzových kolies. Pre rozsiahle zavlažovacie prevádzky s 5 až 20 a viac otočnými čapmi proaktívne programy výmeny prevodoviek v celom systéme – výmena všetkých prevodoviek na všetkých otočných čapoch v plánovanom cykle – zabraňujú nepredvídateľným poruchám uprostred sezóny, ktoré riskujú stres plodín z nedostatku vody počas najkritickejších fáz rastu.
Často kladené otázky
Zavlažujte s dôverou, desaťročie za desaťročím
Samosvorné, odolné voči poveternostným vplyvom otočné prevodovky s životnosťou 10 až 25 rokov – od fariem s jedným otočným čepom až po viacsystémové komerčné zavlažovacie prevádzky.
Redaktor: Cxm
