Мењач прскалице са ваздушним млазом: Погон дувача за прскање воћњака

Продор кроз крошњу: Зашто је проток ваздуха важан код прскања воћњака

Зрело стабло јабуке заузима крошњу од 200 до 600 кубних метара — густа, тродимензионална расподела лишћа и плодова распоређених по гранама које варирају од 15 метара међусобног растојања (спољни пречник крошње) до нултог размака (унутрашњи кластери грана). Конвенционалне прскалице испоручују течност кроз независне млазнице малом брзином (0,5 до 2 м/с на врху млазнице), пратећи балистичке путање које пресретну спољашњи листови крошње на удаљености од 1 до 2 метра од прскалице. Дубоки унутрашњи регион крошње — где се налази 60 до 80 процената укупне површине плодова — уопште не прима прскање при стандардном раду са прскалицама. Напредна... мењач са ваздушним млазом кардана решава ово покретањем центрифугалног вентилатора велике брзине који генерише брзине протока ваздуха од 15 до 30 м/с на издуву вентилатора - довољно брзо да носи честице магле прскања кроз целу дубину крошње и таложи течност на свим површинама лишћа и плодова, без обзира на њихов положај унутар запремине дрвета.

Принцип ваздушног млазења захтева два одвојена излаза из опреме за прскање: примарни ток ваздуха који генерише вентилатор велике брзине и течни спреј уведен у тај ток ваздуха на месту где се дешава максимална атомизација и транспорт магле. Јединица пумпе за прскање (обично центрифугалног типа, идентична стандардној пумпи прскалице, која ради на 2.500 до 3.500 о/мин) убризгава течност брзином од 1 до 3 литра у минути у главни излаз вентилатора, где ваздух велике брзине атомизује течност у капљице пречника 100 до 150 микрометара. Ова циљна величина магле - много финија од капљица од 200 до 400 микрометара из конвенционалних прскалица - ефикасније продире у крошњу и таложи се на унутрашњим површинама листова које су мање и дубље угнежђене од великих спољних листова који хватају спреј из прскалице.

Погон вентилатора велике брзине: Од прикључног вратила до брзине ваздуха у надстрешници

Брзина ваздуха на издуву вентилатора је директно зависна од брзине ротације вентилатора (занемарујући губитке низводно у каналу): брзина ротације вентилатора је приближно једнака брзини ваздуха подељеној са радијусом лопатице вентилатора. Центрифугални вентилатор са ротором пречника 200 милиметара који ради на 6.000 обртаја у минути производи брзину ваздуха од приближно 20 метара у секунди (прорачун: 6.000 о/мин × радијус 0,2 м ÷ 60 с/мин = 20 м/с). Већа брзина производи већу брзину (закон афинитета: брзина пропорционална брзини), омогућавајући искусном оператеру да подеси дубину продирања у крошњу активним контролисањем брзине вентилатора путем подесивог система за контролу брзине прикључног вратила трактора или путем мењача са променљивим преносним односом уграђеног у сам мењач. Од прикључног вратила од 540 о/мин, постизање брзине вентилатора од 6.000 о/мин захтева однос повећања брзине од 1:11,1 — што је далеко изнад могућности једностепеног вентилатора и захтева значајно... мењач прскалице са ваздушним млазом са два или три степена преноса за расподелу укупног преносног односа.

Најчешћа конфигурација је двостепени дизајн са улазним степеном са косим зупчаником под правим углом који омогућава повећање брзине од 1:3 до 1:3,5, након чега следи спирални излазни степен са паралелним вратилом који обезбеђује додатно множење од 1:3 до 1:3,8 — што резултира комбинованим односима од 1:9 до 1:13,3. Овај дизајн концентрише зупчаник највеће брзине (спирални излазни степен) у компактном распореду и омогућава обема степеновима да раде у оквиру својих ефикасних опсега брзине и обртног момента. Алтернативно, неки произвођачи премиум опреме користе двостепени мењач са спиралним зупчаником са паралелним вратилом (каскадни дизајн) без косог зупчаника под правим углом, што жртвује флексибилност усмеравања улаза заснованог на косом зупчанику (присиљавајући карданско вратило да стигне хоризонтално), али добија механичку једноставност и нешто већу ефикасност елиминисањем губитка у мрежи косог зупчаника.

Са прикључним вратилом од 1.000 обртаја у минути, потребан однос пада на 1:6 до 1:8 — и даље изнад могућности једностепеног косог зупчаника (максимално 1:5 до 1:6), али је достижно једноставнијим двостепеним дизајном. Произвођачи попут Ever-Power PTO мењач све више нуде дизајн мењача са ваздушним млазом специфичним за 1.000 о/мин како би опслужили сегмент премиум опреме где је опрема са већом брзином прикључног вратила стандардна. Скромно смањење укупних захтева за пренос директно се преводи у мањи оквир мењача, ниже трошкове и већу ефикасност — вредне предности у компактним регионима узгоја воћа где је концентрисана опрема за ваздушно млазање високог квалитета.

Контрола променљиве брзине: Усклађивање протока ваздуха са условима на крову

Продирање и таложење ваздушне спрејеве критично зависи од равнотеже између брзине ваздуха и протока течности. Радећи при веома великој брзини ваздуха (вентилатор од преко 8.000 о/мин, брзина ваздуха преко 25 метара у секунди) са ниским протоком течности, магла је хиперфино распршена, али може да се креће низ ветар пре него што се слегне на циљане површине - што је посебно проблематично у ветровитим данима или у отвореним воћњацима са лошом заштитом од ветра. Насупрот томе, при нижој брзини ваздуха (вентилатор од 4.000 о/мин, брзина ваздуха од 12 метара у секунди) са већим протоком течности, капљице су веће и лакше се слегну, али ваздушној струји недостаје продор да би носила маглу дубоко у густе крошње. Оптимална радна тачка варира у зависности од врсте усева (густа наспрам отворене крошње), величине дрвета (патуљасто наспрам пуног дрвета) и временских услова (брзина ветра, влажност, температура).

Напредне прскалице са ваздушним млазом стога укључују мењач са променљивом брзином или квачила који омогућавају оператеру да континуирано подешава брзину вентилатора између 4.000 и 8.000 о/мин без промене брзине главне пумпе за прскање. Код модерне опреме за ваздушно млазање, ово се постиже или путем софистицираног секундарног мењача са променљивом брзином монтираног између излаза примарног мењача и погона вентилатора, или путем мењача са више преносних односа са могућим одабиром положаја брзина који обезбеђују фиксне дискретне брзине (обично три до пет корака брзине од минимума до максимума). Најједноставнији и најпрактичнији приступ - и онај који се најчешће усваја на опреми коју користе мали произвођачи - је подесива контрола брзине прикључног вратила путем регулатора мотора трактора, што омогућава подешавање брзине вентилатора како би се ефикасно прилагодила условима на пољу, док главна пумпа за прскање добија енергију преко посебног независног погонског кола.

The мењач прскалице са ваздушним млазом сам по себи мора бити пројектован да ради у било којој тачки свог опсега брзина без термичког или механичког оштећења. Ово је захтевнији од мењача пумпе са фиксном брзином, јер дизајн лежаја и зупчаника мора да прихвати и услове рада са пуном снагом при максималној брзини и услове делимичног оптерећења при минималној брзини, без дозвољавања прекомерног пада преднапрезања лежаја или померања термичког рада ван прихватљивих граница. Брзи спирални зупчаници генеришу већи губитак ефикасности (а самим тим и више топлоте) при делимичним брзинама него при пуној брзини ако дизајн мењача не компензује ову карактеристику.

Аеродинамички дизајн вентилатора и контрола буке

Сам вентилатор није део мењача (мењач обезбеђује само ротациони улаз вентилатору), али брзина излаза мењача и карактеристике обртног момента значајно утичу на радну тачку вентилатора на кривој вентилатора на његовој аеродинамичкој кривој. Центрифугални вентилатор има сложен аеродинамички однос између брзине, протока и притиска — удаљавање од пројектоване тачке вентилатора (брзина и повратни притисак на којима је оптимизован) доводи до нестабилности протока ваздуха, што производи пулсирајуће пражњење, буку и губитак квалитета распршивања.

Висококвалитетни мењач који обезбеђује глатку, стабилну излазну брзину у свим радним условима и оптерећењима омогућава вентилатору да константно остане близу своје пројектоване радне тачке. Насупрот томе, инжењеринг мењача са значајним варијацијама брзине (више од ±3 процента при променљивим условима оптерећења) узрокује да вентилатор осцилује око своје пројектоване тачке, производећи чујну пулсацију (тупкање слично хеликоптеру) која указује да вентилатор тражи стабилан рад. Овај карактеристични пулсирајући рад активно смањује квалитет распршивања прскања, повећава буку коју изазивају становници у близини (значајан проблем у подручјима интензивног узгоја воћа где се воћњаци налазе поред стамбених зона) и може убрзати хабање лежајева и лопатица вентилатора кроз циклично оптерећење повезано са радом ван пројектованих граница.

Ниво звучног притиска мерен на 1 метар од правилно подешене прскалице са ваздушним млазом је типично од 85 до 92 децибела А-пондерисано — гласно, али унутар опсега који оператери могу да толеришу са заштитом за слух током 2 до 4 сата дневно колико ова опрема обично ради током кратке сезоне премазивања воћа. Мењач који има осцилације брзине може повећати овај ниво буке за 3 до 5 dB(A) — субјективно удвостручавање перципиране гласноће које чини рад непријатним и потенцијално опасним. Синтетичко уље за мењаче (ISO VG 220 на бази PAO) и спирални зупчаници са високим контактним односом и малим зазором су карактеристике дизајна мењача које минимизирају пулсације брзине и буку код погона са ваздушним млазом велике брзине.

Термално управљање при великој брзини ротације

Електрична снага која се расипа као отпадна топлота у мењачу је директно пропорционална улазном обртном моменту и обрнуто пропорционална ефикасности мењача. Брзи мењач који преноси 30 КС са укупном ефикасношћу од 92 процента континуирано расипа 30 × 0,08 ÷ 0,92 = 2,6 kW топлоте. Ова топлота мора бити одведена кроз површину кућишта мењача како би се спречило да температура уља порасте изнад максималне безбедне радне температуре (обично 95 до 110 степени Целзијуса за минерално уље за мењаче, 105 до 120 степени за синтетичко PAO уље). Површина доступна за одвођење топлоте из компактног брзог мењача је ограничена — кућиште мењача које заузима само 0,5 кубних метара запремине има максималну површину од приближно 6 квадратних метара. На тропским температурама околине од 35 до 40 степени Целзијуса, температурна разлика доступна за конвективни пренос топлоте је само 55 до 75 степени Целзијуса, а коефицијент конвективног преноса топлоте од природне конвекције је само 5 до 10 W/(м²·K). Под овим условима, природно конвекцијско хлађење није довољно да одржи безбедну температуру уља без додатног присилног хлађења.

Већина комерцијалних ваздушних млазева пољопривредни мењач Прскалице стога укључују хладњак уља — или хладњак од алуминијумске плоче са ребрима и вентилатором или јединицу са течним хлађењем која размењује топлоту са колом расхладне течности мотора трактора. Хладњак мора бити димензионисан за пуну дисипацију снаге мењача у најгорем случају врућег дана. Мењач са ваздушним млазом од 30 КС који ради у условима околине од 40 степени Целзијуса и расипа 2,6 kW захтева капацитет хладњака од најмање 3 kW да би се одржала безбедна радна температура са маргином за прљање и смањење ефикасности током сезоне. Премало димензионисани или неправилно специфицирани хладњаци су добро документовани примарни узрок термичких кварова мењача и катастрофалних кварова у комерцијалној опреми за ваздушно прскање, што доводи до оксидације уља, оштећења лежајева и превременог лома зубаца зупчаника.

Сезонско одржавање и складиштење ван сезоне

Прскалице са ваздушним млазом воде имају изразито сезонске обрасце употребе — обично 30 до 100 радних сати концентрисаних у периоду од 6 до 12 недеља када је воће у критичној фази раста која одређује коначну величину и тржишну вредност. Карактеристични дуги периоди мировања између активних сезона прскања представљају јединствене и захтевне изазове одржавања. Током складиштења, мењач се подвргава термичком циклусу који увлачи влагу у кућиште кроз отвор за одзрачивање, а свако излагање киши или високој влажности може заситити ваздух заробљен унутар кућишта. Ова влага се акумулира на најнижој тачки кућишта (дно картера за уље) где покреће корозију на површинама зупчаника и лежајева. Корозија делује као тачке концентрације напона где пукотине услед замора на лежајевима настају раније него што би то био случај код материјала без коцкица.

Припрема пре сезоне треба да укључује замену уља свежим синтетичким PAO уљем за мењаче, визуелни преглед свих положаја лежајева на промену боје или корозију и потпуно чишћење хладњака уља како би се уклонила накупљена прашина или остаци. Током радне сезоне, свакодневно пратите проток ваздуха хладњака — лишће, прашина од воћа и наноси са друге опреме за прскање у близини накупљају се на ребрима хладњака и прогресивно смањују ефикасност хлађења. Ако температура уља пређе 100 степени Целзијуса под нормалним радним условима, хладњак је потребно очистити пре наставка рада. Дневна провера Карданско вратило Подмазивање U-зглобова је неопходно — продужени рад великом брзином генерише знатно више топлоте трења и хабања у лежајевима U-зглобова него што то доживљавају пољопривредни уређаји са малом брзином, убрзавајући хабање лежајева ако се мазиво не одржава на свежем, заштитном нивоу. Добављачи опреме који су специјализовани за технологију мењача прецизирају теже моделе U-зглобова (серија 6 или виши обртни момент) за примене са ваздушним млазом како би се продужио век трајања погонског склопа у радном окружењу великом брзином.

Често постављана питања

Уредник: Cxm