เหตุใดระบบไฮดรอลิกของรถแทรกเตอร์เพียงอย่างเดียวจึงไม่เพียงพอ

รถแทรกเตอร์สมัยใหม่ส่วนใหญ่มาพร้อมกับระบบไฮดรอลิกในตัว — ปั๊มที่ขับเคลื่อนจากเครื่องยนต์ผ่านระบบส่งกำลัง ไปยังข้อต่อแบบแยกส่วนที่ด้านหลังหรือตรงกลาง วงจรเหล่านี้โดยทั่วไปจะส่งกำลังได้ระหว่าง 30 ถึง 80 ลิตรต่อนาที ที่แรงดันใช้งาน 170 ถึง 210 บาร์ ซึ่งเพียงพอสำหรับการยกอุปกรณ์สามจุด การขับเคลื่อนรถตักด้านหน้า หรือการใช้งานกระบอกสูบแบบสองทิศทางสองตัวบนอุปกรณ์ไถพรวน แต่เมื่ออุปกรณ์ต้องการกำลังไฮดรอลิกสูงอย่างต่อเนื่อง — เช่น เครื่องตัดไม้ที่ทำงานที่ 100 ลิตรต่อนาทีขึ้นไป เครื่องดูดเมล็ดพืชขนาดใหญ่ กรรไกรตัดแต่งต้นไม้ ปั๊มคอนกรีตแบบเคลื่อนที่ หรือเครื่องพ่นสารเคมีทางการเกษตรที่มีกำลังการผลิตสูง — วงจรในตัวก็จะถึงขีดจำกัด

ข้อจำกัดพื้นฐานคือปริมาณการไหล ปั๊มที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ของรถแทรกเตอร์ถูกออกแบบมาสำหรับการใช้งานเป็นช่วงๆ และใช้ร่วมกันในหลายวงจร การเบี่ยงเบนการไหลทั้งหมดที่มีอยู่ไปยังอุปกรณ์เพียงชิ้นเดียวจะทำให้ระบบบังคับเลี้ยว ระบบเบรก และระบบหล่อลื่นเกียร์ ซึ่งขึ้นอยู่กับปั๊มเดียวกันนั้นขาดแคลนการไหล ผลที่ได้คือการตอบสนองการบังคับเลี้ยวที่ช้าลงในกรณีที่ดีที่สุด และในกรณีที่แย่ที่สุด อาจทำให้สูญเสียการช่วยเบรกไฮดรอลิกซึ่งเป็นอันตรายต่อความปลอดภัยของรถแทรกเตอร์ที่ใช้ระบบเบรกแบบไฮโดรสแตติก

ชุดเกียร์ PTO แบบไฮดรอลิกแก้ปัญหานี้ได้โดยการสร้างวงจรไฮดรอลิกที่เป็นอิสระอย่างสมบูรณ์ เพลา PTO จะขับเคลื่อน... เกียร์ทดรอบเพิ่มความเร็ว ระบบนี้จะหมุนปั๊มไฮดรอลิกเฉพาะที่ด้วยความเร็วรอบที่ถูกต้อง ปั๊มนี้มีถังเก็บน้ำมันไฮดรอลิกของตัวเอง มีตัวกรองของตัวเอง มีวาล์วระบายแรงดันของตัวเอง และมีท่อไฮดรอลิกชุดเฉพาะที่ต่อกับอุปกรณ์ ระบบไฮดรอลิกบนตัวรถแทรกเตอร์ยังคงทำงานได้ตามปกติ ไม่ว่าจะเป็นการบังคับเลี้ยว เบรก ระบบต่อพ่วง และระบบยกของ

วิธีการทำงานของอุปกรณ์เพิ่มความเร็วสำหรับปั๊มไฮดรอลิก

ตัวเพิ่มความเร็วเป็นกลไกตรงกันข้ามกับตัวลดเกียร์ โดยที่ตัวลดเกียร์รับอินพุตความเร็วสูง แรงบิดต่ำ และแปลงเป็นเอาต์พุตความเร็วต่ำ แรงบิดสูง ตัวเพิ่มความเร็วจะทำตรงกันข้าม คือรับการหมุนที่ค่อนข้างช้าของเพลา PTO — 540 รอบต่อนาทีในรถแทรกเตอร์ประเภทที่ 1 และ 2 หรือ 1,000 รอบต่อนาทีในเครื่องจักรประเภทที่ 3 และขนาดใหญ่กว่า — และเพิ่มความเร็วให้สูงขึ้นเป็นช่วง 1,500 ถึง 3,000 รอบต่อนาที ซึ่งเป็นช่วงที่ปั๊มไฮดรอลิกแบบเกียร์และแบบลูกสูบต้องการเพื่อให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

โดยทั่วไปแล้ว ชุดเฟืองภายในกล่องเกียร์เพิ่มความเร็ว PTO จะใช้การจัดเรียงแบบใดแบบหนึ่งในสามแบบ แบบที่ง่ายที่สุดคือแบบเฟืองเดือยเดี่ยว โดยมีเฟืองขับขนาดเล็กบนเพลาอินพุต PTO ขบกับเฟืองตามขนาดใหญ่บนเพลาตัวกลาง จากนั้นมีเฟืองขนาดเล็กอีกตัวบนเพลาตัวกลางนั้นขับเคลื่อนเอาต์พุต การจัดเรียงเฟืองเดือยสองขั้นตอนนี้สามารถให้อัตราส่วนตั้งแต่ 1:2 ถึง 1:4 ในแพ็คเกจขนาดกะทัดรัด แต่จะสร้างเสียงและแรงสั่นสะเทือนมากกว่าแบบเฟืองเกลียว เนื่องจากฟันเฟืองเดือยจะขบและแยกออกจากกันตลอดความกว้างของหน้าเฟืองพร้อมกัน

ชุดเพิ่มความเร็วแบบเฟืองเกลียวใช้ฟันเฟืองที่ตัดทำมุมกับแกนเฟือง ทำให้การเข้าเกียร์ค่อยๆ เป็นไปอย่างต่อเนื่องทั่วความกว้างของหน้าเฟือง แทนที่จะเข้าเกียร์พร้อมกันทั้งหมด ส่งผลให้การส่งแรงบิดราบรื่นขึ้น เสียงรบกวนน้อยลง และอายุการใช้งานของฟันเฟืองยาวนานขึ้นภายใต้การใช้งานขับปั๊มอย่างต่อเนื่อง แรงผลักตามแนวแกนที่เกิดจากเฟืองเกลียวจะถูกควบคุมโดยตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้งเรียวที่ปลายแต่ละด้านของเพลาส่งกำลัง ซึ่งเป็นรายละเอียดการเลือกตลับลูกปืนที่สำคัญที่ทำให้ชุดเพิ่มความเร็วระดับใช้งานเชิงพาณิชย์แตกต่างจากสินค้านำเข้าราคาถูกที่ใช้ตลับลูกปืนเม็ดกลมร่องลึกและเสียหายก่อนกำหนดภายใต้ภาระตามแนวแกน

รูปแบบที่สามคือระบบเฟืองดาวเคราะห์ ระบบเพิ่มความเร็วแบบเฟืองดาวเคราะห์จะล็อกเฟืองวงแหวน ขับเคลื่อนตัวยึดเฟืองดาวเคราะห์จากเพลา PTO และรับเอาต์พุตความเร็วสูงจากเฟืองดวงอาทิตย์ ชุดเฟืองดาวเคราะห์ให้ความเร็วรอบสูงถึง 1:6 ในความยาวแกนที่สั้นมาก ทำให้เหมาะสำหรับการติดตั้งในพื้นที่จำกัดระหว่างปลาย PTO กับปั๊ม นอกจากนี้ยังกระจายภาระไปยังเฟืองดาวเคราะห์หลายตัว (โดยทั่วไปสามหรือสี่ตัว) ซึ่งช่วยลดความเครียดบนฟันเฟืองแต่ละซี่และเพิ่มพิกัดแรงบิดต่อเนื่องของเกียร์เมื่อเทียบกับขนาดทางกายภาพของมัน

การคำนวณอัตราส่วนการขับเคลื่อนปั๊ม

การเลือกอัตราส่วนเพิ่มความเร็วที่ถูกต้องนั้นต้องพิจารณาตัวแปรสามอย่างให้ตรงกัน ได้แก่ ความเร็วเอาต์พุตของเพลาส่งกำลัง (PTO) ของรถแทรกเตอร์ ความเร็วอินพุตที่กำหนดของปั๊มไฮดรอลิก และความต้องการการไหลและแรงดันของอุปกรณ์ หากเลือกผิด จะส่งผลให้ระบบไฮดรอลิกทำงานได้ไม่เต็มประสิทธิภาพ (อัตราส่วนต่ำเกินไป ปั๊มหมุนช้าเกินไปจนไม่สามารถผลิตการไหลตามที่กำหนดได้) หรือปั๊มอาจเสียหายอย่างรุนแรง (อัตราส่วนสูงเกินไป ปั๊มหมุนเร็วเกินไปและเกิดฟองอากาศ)

เริ่มต้นด้วยข้อมูลจำเพาะของปริมาตรการสูบจ่ายของปั๊ม ซึ่งแสดงเป็นลูกบาศก์เซนติเมตรต่อรอบ (cc/rev) คูณปริมาตรการสูบจ่ายด้วยความเร็วรอบของเพลาส่งออกที่ต้องการ แล้วหารด้วย 1,000 เพื่อให้ได้อัตราการไหลตามทฤษฎีในหน่วยลิตรต่อนาที จากนั้นใช้ปัจจัยประสิทธิภาพเชิงปริมาตร — โดยทั่วไปอยู่ที่ 0.90 ถึง 0.95 สำหรับปั๊มเฟืองแบบใหม่ และ 0.92 ถึง 0.97 สำหรับปั๊มลูกสูบ — เพื่อให้ได้อัตราการไหลจริงที่ส่งมอบ หากอัตราการไหลจริงนี้ตรงหรือเกินกว่าความต้องการของอุปกรณ์เล็กน้อย อัตราส่วนนั้นก็ถูกต้อง

กำลังไฟฟ้าขาเข้าที่ต้องการก็มีความสำคัญไม่แพ้กัน กำลังไฮดรอลิกในหน่วยกิโลวัตต์เท่ากับอัตราการไหล (ลิตรต่อนาที) คูณด้วยความดัน (บาร์) หารด้วย 600 ระบบที่ส่งน้ำ 80 ลิตรต่อนาที ที่ความดัน 200 บาร์ ต้องการกำลังไฟฟ้าขาเข้า 26.7 กิโลวัตต์ เนื่องจากเกียร์ PTO มีการสูญเสียทางกลของตัวเอง — โดยทั่วไปอยู่ที่ 3% ถึง 6% สำหรับตัวเพิ่มความเร็วแบบเฟืองเกลียว และ 5% ถึง 10% สำหรับแบบเฟืองดาวเคราะห์ — ความต้องการกำลัง PTO ที่แท้จริงจึงเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 28 ถึง 30 กิโลวัตต์ในตัวอย่างนี้ รถแทรกเตอร์ต้องมีกำลัง PTO อย่างน้อยเท่านี้ที่ความเร็วรอบเครื่องยนต์ที่ควบคุมไว้ โดยมีระยะปลอดภัย 10% ถึง 15% สำหรับภาระชั่วคราว

ข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นบ่อยครั้งในภาคสนามคือ การจับคู่ PTO 540 รอบต่อนาที กับตัวเพิ่มความเร็วอัตราส่วนสูง เพื่อให้ได้ความเร็วปั๊มสูงกว่า 3,000 รอบต่อนาที แม้ว่าในทางคณิตศาสตร์จะเป็นไปได้ (อัตราส่วน 1:6 ที่ 540 รอบต่อนาที จะได้ 3,240 รอบต่อนาที) แต่การเพิ่มแรงบิดที่ปลายด้านอินพุตของ PTO จะสูงมาก เพลาอินพุตของเกียร์ต้องรับภาระของระบบทั้งหมดที่ 540 รอบต่อนาที ซึ่งหมายถึงแรงบิดที่สูงมากสำหรับระดับกำลังที่กำหนด การเชื่อมต่อแบบร่องฟันระหว่างปลาย PTO กับเพลาอินพุตของเกียร์จะกลายเป็นจุดอ่อน PTO 1,000 รอบต่อนาที ที่ให้กำลังเท่ากัน จะมีแรงบิดประมาณครึ่งหนึ่ง ซึ่งลดความเครียดบนส่วนเชื่อมต่อแบบร่องฟันลงครึ่งหนึ่ง สำหรับการใช้งานไฮดรอลิกกำลังสูงที่สูงกว่าประมาณ 30 กิโลวัตต์ ขอแนะนำให้ใช้ PTO 1,000 รอบต่อนาทีเป็นอย่างยิ่ง

ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการไหล ความดัน และความเร็วรอบเอาต์พุตของเกียร์

ระบบไฮดรอลิกมีความสัมพันธ์พื้นฐานอย่างหนึ่งคือ อัตราการไหลกำหนดความเร็วของตัวกระตุ้น ในขณะที่ความดันกำหนดแรงของตัวกระตุ้น กระบอกสูบที่ยืดออกด้วยความเร็วที่กำหนดต้องการปริมาณของเหลวต่อนาทีที่แน่นอนในการเติมเข้าไป ภาระที่กระทำต่อกระบอกสูบนั้นจะเป็นตัวกำหนดความดันที่ปั๊มต้องสร้างขึ้น ชุดเกียร์ PTO แบบไฮดรอลิกเชื่อมต่อกับความสัมพันธ์นี้ผ่านความเร็วเอาต์พุต เนื่องจากอัตราการไหลของปั๊มเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเร็วของปั๊มที่ปริมาตรการเคลื่อนที่ที่กำหนด

หากคุณลดความเร็วรอบของเกียร์ PTO ลง 10% — เช่น โดยการลดรอบเครื่องยนต์จากความเร็วปกติไปเป็นการตั้งค่าคันเร่งบางส่วน — อัตราการไหลของปั๊มก็จะลดลง 10% เช่นกัน ในเครื่องพ่นสารเคมีทางการเกษตร หมายความว่าปริมาณการพ่นต่อนาทีจะลดลง 10% ในเครื่องตัดไม้ซุง กระบอกสูบจะยืดออกช้าลง 10% ความสัมพันธ์เชิงเส้นนี้ทำให้การควบคุมความเร็ว PTO เป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการปรับแต่งกำลังส่งไฮดรอลิกในขณะทำงาน แต่ก็หมายความว่าการเปลี่ยนแปลงความเร็ว PTO ใดๆ จะส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์ด้วย

ในทางกลับกัน แรงดันจะขึ้นอยู่กับภาระ ปั๊มจะสร้างแรงดันตามที่ระบบต้องการจนถึงค่าที่ตั้งไว้ของวาล์วระบายแรงดัน ชุดเกียร์ PTO ไม่ได้ส่งผลต่อแรงดันโดยตรง แต่ส่งผลต่อการไหล อย่างไรก็ตาม มีความเชื่อมโยงทางอ้อมอยู่ กล่าวคือ เมื่อแรงดันของระบบสูงขึ้นเข้าใกล้ค่าที่ตั้งไว้ของวาล์วระบายแรงดัน ปั๊มจะต้องการแรงบิดจากชุดเกียร์มากขึ้น แรงบิดที่เพิ่มขึ้นนี้จะทำให้ตลับลูกปืน เฟือง และข้อต่อของชุดเกียร์รับแรงกดมากขึ้น ในทางปฏิบัติ ชุดเกียร์ PTO ไฮดรอลิกที่ใช้งานปั๊มที่แรงดัน 70% ของวาล์วระบายแรงดัน จะรับแรงกดทางกลน้อยกว่าชุดเกียร์เดียวกันที่ใช้งานปั๊มที่แรงดัน 100% อย่างมาก ดังนั้น การปรับเทียบวาล์วระบายแรงดันอย่างถูกต้องจึงเป็นปัจจัยสำคัญต่ออายุการใช้งานของชุดเกียร์ ไม่ใช่แค่มาตรการความปลอดภัยทางไฮดรอลิกเท่านั้น

อุณหภูมิเป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่สำคัญ ความหนืดของน้ำมันไฮดรอลิกจะลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ทำให้ประสิทธิภาพการทำงานของปั๊มลดลง และทำให้เกิดการรั่วไหลภายในเพิ่มขึ้นเล็กน้อย ในการใช้งานต่อเนื่องเป็นเวลานาน เช่น การลำเลียงเมล็ดพืชอย่างต่อเนื่อง หรือการตัดแต่งกิ่งไม้เป็นเวลานาน อุณหภูมิของน้ำมันในวงจรไฮดรอลิกอิสระอาจสูงเกิน 80°C หากถังเก็บน้ำมันมีขนาดเล็กเกินไป หรือระบบระบายความร้อนไม่เพียงพอ ที่อุณหภูมิเหล่านี้ ความแข็งแรงของฟิล์มหล่อลื่นของน้ำมันก็จะลดลงด้วย และโดยปกติแล้วน้ำมันนี้จะเป็นของเหลวเดียวกันกับที่ไหลเวียนผ่านเกียร์ PTO ในแบบที่มีถังเก็บน้ำมันรวม การรักษาอุณหภูมิของน้ำมันไฮดรอลิกให้ต่ำกว่า 65°C จะช่วยยืดอายุการใช้งานของทั้งปั๊มและเกียร์ได้อย่างมาก

การจัดการความร้อนในระบบไฮดรอลิกแบบต่อเนื่อง

การใช้งานระบบไฮดรอลิกอย่างต่อเนื่องจะทำให้เกียร์ PTO มีอุณหภูมิสูงเกินขีดจำกัด ซึ่งอุปกรณ์การเกษตรที่ใช้งานเป็นช่วงๆ แทบจะไม่เคยเกิดขึ้นเลย เพลา PTO การขับเคลื่อนเครื่องตัดแบบโรตารี่จะส่งกำลังสูงสุดเฉพาะในช่วงที่สัมผัสกับการตัดเท่านั้น ระหว่างรอบการตัด ภาระจะลดลงจนเกือบเป็นศูนย์เนื่องจากแรงต้านอากาศ ในทางตรงกันข้าม ชุดเกียร์ PTO ไฮดรอลิกที่ขับเคลื่อนปั๊มจะส่งกำลังอย่างต่อเนื่องตลอดระยะเวลาการทำงานของระบบไฮดรอลิก ซึ่งอาจกินเวลานานหลายชั่วโมงในงานขนถ่ายเมล็ดพืชหรือการพ่นสารเคมี

ความร้อนที่เกิดขึ้นภายในชุดเกียร์เพิ่มความเร็วมาจากสามแหล่ง แรงเสียดทานจากการเข้าคู่กันของเฟืองเป็นสาเหตุหลัก – การเลื่อนไปมาระหว่างฟันเฟืองที่ประกบกันจะเปลี่ยนพลังงานที่ส่งผ่าน 2% ถึง 5% ให้เป็นความร้อน ขึ้นอยู่กับชนิดของเฟือง ผิวสำเร็จ และคุณภาพของสารหล่อลื่น แรงเสียดทานจากแบริ่งเพิ่มอีก 0.5% ถึง 2% ซึ่งแตกต่างกันไปตามชนิดของแบริ่งและแรงกดล่วงหน้า การกวนของน้ำมัน – พลังงานที่สูญเสียไปขณะที่เฟืองกระเด็นผ่านอ่างน้ำมัน – อาจมีส่วนสำคัญหากระดับน้ำมันสูงเกินไปหรือความหนืดของน้ำมันสูงเกินไปสำหรับอุณหภูมิในการทำงาน

สำหรับเกียร์ที่ส่งกำลัง 30 กิโลวัตต์อย่างต่อเนื่อง ความร้อนที่เกิดขึ้นภายในโดยรวมจะอยู่ระหว่างประมาณ 1 ถึง 2 กิโลวัตต์ ความร้อนนี้จะต้องถูกระบายออกผ่านตัวเรือนเกียร์ไปยังอากาศโดยรอบ ตัวเรือนเหล็กหล่อระบายความร้อนได้ดีกว่าอะลูมิเนียมที่อุณหภูมิสูงเนื่องจากเหล็กมีมวลความร้อนสูงกว่า แต่ตัวเรือนอะลูมิเนียมทำงานได้ดีกว่าในสถานการณ์การระบายความร้อนแบบพาความร้อนเนื่องจากมีค่าการนำความร้อนสูงกว่า ไม่ว่าจะอย่างไรก็ตาม พื้นที่ผิวของตัวเรือนและการไหลของอากาศรอบเกียร์จะเป็นตัวกำหนดอุณหภูมิการทำงานที่คงที่

การติดตั้งที่ครอบเกียร์ไว้ภายในแผ่นโลหะหรือติดตั้งในช่องที่เว้าเข้าไป จะลดการไหลเวียนของอากาศและกักเก็บความร้อน ในกรณีที่รุนแรง อุณหภูมิของน้ำมันภายในเกียร์อาจสูงเกิน 110°C ซึ่งเป็นจุดที่น้ำมันเกียร์ EP ส่วนใหญ่จะเริ่มเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันอย่างรวดเร็ว ทำให้สูญเสียคุณสมบัติป้องกันการสึกหรอและป้องกันฟองภายในเวลาไม่กี่ร้อยชั่วโมง แทนที่จะเป็นหลายพันชั่วโมงเหมือนที่อุณหภูมิ 70°C ถึง 80°C การเพิ่มตัวระบายความร้อนน้ำมันแบบใช้พัดลมอย่างง่ายๆ เข้าไปในท่อส่งกลับของวงจรไฮดรอลิก หรือการส่งน้ำมันกลับผ่านตัวระบายความร้อนด้วยลมก่อนที่จะเข้าสู่ถังเก็บน้ำมัน สามารถลดอุณหภูมิในการทำงานลงได้ 20°C ถึง 30°C และเพิ่มระยะเวลาการบำรุงรักษาทั้งปั๊มและเกียร์เป็นสองเท่า

ปั๊มเฟืองเทียบกับปั๊มลูกสูบ: การจับคู่ประเภทปั๊มกับเกียร์บ็อกซ์

ชนิดของปั๊มไฮดรอลิกที่ติดตั้งเข้ากับหน้าแปลนเอาต์พุตของตัวเพิ่มความเร็วจะเป็นตัวกำหนดลักษณะการทำงานของเกียร์ส่วนใหญ่ ปั๊มเฟือง ซึ่งเป็นตัวเลือกที่พบได้บ่อยที่สุดสำหรับวงจรไฮดรอลิกที่ขับเคลื่อนด้วย PTO นั้น เป็นแบบเฟืองภายนอกที่มีเฟืองเดือยสองตัวขบกันอยู่ภายในตัวเรือนที่มีความคลาดเคลื่อนต่ำ ปั๊มเฟืองนั้นเรียบง่าย ทนต่อสิ่งปนเปื้อน สามารถดูดน้ำมันได้เอง และมีราคาค่อนข้างถูก การไหลของน้ำมันมีการผันผวนปานกลาง และให้ผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง ปั๊มเฟืองส่วนใหญ่ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพระหว่าง 1,200 ถึง 2,800 รอบต่อนาที ทำให้ตัวเพิ่มความเร็ว 1:2 ถึง 1:4 บน PTO 540 รอบต่อนาที เป็นการจับคู่มาตรฐาน

ปั๊มเฟืองสร้างแรงโหลดในแนวรัศมีบนเพลาขับ เนื่องจากความแตกต่างของแรงดันที่เกิดขึ้นระหว่างเฟืองทั้งสองจะดันเฟืองทั้งสองออกจากช่องจ่ายแรงดันสูง แรงโหลดในแนวรัศมีนี้จะถูกส่งผ่านข้อต่อเพลาขับของปั๊มไปยังแบริ่งเอาต์พุตของตัวเพิ่มความเร็วโดยตรง ในการใช้งานที่มีแรงดันสูง (มากกว่า 200 บาร์อย่างต่อเนื่อง) แรงในแนวรัศมีนี้อาจมีขนาดใหญ่มากพอที่จะลดอายุการใช้งานของแบริ่งเอาต์พุตลง 40% ถึง 60% เมื่อเทียบกับอายุการใช้งานที่คำนวณจากแรงบิดเพียงอย่างเดียว ผู้ผลิตตัวเพิ่มความเร็วที่จัดอันดับเกียร์ของตนสำหรับการใช้งานกับปั๊มไฮดรอลิกจะคำนึงถึงแรงโหลดในแนวรัศมีเพิ่มเติมนี้ ในขณะที่เกียร์สำหรับงานเกษตรทั่วไปที่ใช้เป็นตัวเพิ่มความเร็วโดยทั่วไปจะไม่คำนึงถึงแรงโหลดนี้

ปั๊มลูกสูบแบบแกนหมุนเป็นทางเลือกที่มีประสิทธิภาพสูงกว่า โดยใช้บล็อกกระบอกสูบหมุนที่มีลูกสูบ 7 ถึง 9 ตัว ซึ่งเคลื่อนที่ไปมาภายในรูของลูกสูบขณะที่บล็อกเอียงไปบนแผ่นสวอชเพลท ปั๊มลูกสูบสามารถสร้างแรงดันสูงกว่า (สูงสุด 350 บาร์อย่างต่อเนื่อง) มีประสิทธิภาพเชิงปริมาตรสูงกว่า (92% ถึง 97%) และสามารถปรับปริมาตรการไหลได้ หมายความว่าปริมาณการไหลจะปรับโดยอัตโนมัติให้ตรงกับความต้องการโดยการเปลี่ยนมุมของแผ่นสวอชเพลท ความสามารถในการปรับปริมาตรการไหลนี้ช่วยลดการสิ้นเปลืองพลังงานอย่างมากในงานที่มีความต้องการโหลดที่เปลี่ยนแปลง เนื่องจากปั๊มจะผลิตเฉพาะปริมาณการไหลที่วงจรต้องการในแต่ละช่วงเวลาเท่านั้น แทนที่จะปล่อยปริมาณการไหลส่วนเกินผ่านวาล์วระบายความดันในรูปของความร้อน

ผลกระทบต่อระบบเกียร์ของปั๊มลูกสูบแตกต่างจากปั๊มเฟือง ปั๊มลูกสูบสร้างแรงโหลดในแนวรัศมีบนเพลาขับน้อยกว่า แต่สร้างการสั่นสะเทือนในแนวบิดที่สูงกว่า เนื่องจากจังหวะการทำงานของลูกสูบแต่ละครั้งสร้างแรงบิดที่แหลมคมเป็นช่วงๆ ด้วยลูกสูบ 9 ตัวที่ความเร็ว 2,500 รอบต่อนาที ระบบเกียร์จะได้รับแรงบิด 375 ครั้งต่อวินาที ซึ่งเป็นการกระตุ้นความถี่สูงที่สามารถสั่นพ้องกับความถี่ของการเข้าคู่ของเฟืองและขยายการสั่นสะเทือนได้ ตัวเพิ่มความเร็วแบบเฟืองเกลียวจัดการกับปัญหานี้ได้ดีกว่าแบบเฟืองตรง เนื่องจากผลการทำให้เรียบโดยธรรมชาติของการเข้าคู่ของฟันเฟืองเกลียวจะช่วยลดการสั่นสะเทือนในแนวบิดของปั๊มลูกสูบก่อนที่จะถึงเพลาขับ PTO

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการติดตั้งระบบเกียร์ PTO ไฮดรอลิก

การติดตั้งที่ถูกต้องนั้นส่งผลต่ออายุการใช้งานของเกียร์ PTO ไฮดรอลิกมากกว่าวิศวกรรมภายในของเกียร์เสียอีก ตัวอย่างเช่น ตัวเพิ่มความเร็วที่ผลิตอย่างแม่นยำแต่ถูกยึดเข้ากับโครงยึดที่ไม่ตรงแนวและมีขนาดเล็กเกินไป อาจส่งผลเสียได้ เกียร์สำหรับงานเกษตรกรรม ระบบส่งกำลังจะชำรุดเร็วกว่าระบบส่งกำลังระดับกลางที่ติดตั้งอย่างถูกต้องและมีการรองรับระบบส่งกำลังที่เพียงพอ

เพลาส่งกำลัง PTO ที่เชื่อมต่อส่วนท้ายของรถแทรกเตอร์กับเพลาอินพุตของเกียร์ต้องรองรับการเปลี่ยนแปลงเชิงมุมในแนวตั้งและแนวนอนที่เกิดขึ้นเมื่อรถแทรกเตอร์เลี้ยวและเมื่ออุปกรณ์เคลื่อนที่กระแทกกับพื้นผิวขรุขระ ข้อต่อยูนิเวอร์แซลบนเพลาส่งกำลังจัดการกับการเปลี่ยนแปลงเชิงมุมเหล่านี้ แต่ข้อต่อแต่ละตัวจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความเร็วแบบเป็นรอบ (ปรากฏการณ์ข้อต่อคาร์ดาน) ซึ่งจะเพิ่มขึ้นตามมุมการทำงาน ที่มุมข้อต่อ 10 องศา การเปลี่ยนแปลงความเร็วเอาต์พุตจะอยู่ที่ประมาณ 1.5% ซึ่งแทบจะไม่สังเกตเห็นได้ ที่ 25 องศา มันจะเพิ่มขึ้นเป็นมากกว่า 10% ทำให้เกิดอินพุตแบบสั่นที่สร้างความเครียดให้กับแบริ่งอินพุตและฟันเฟืองของเกียร์ที่ความถี่การหมุนของ PTO เป็นสองเท่า การรักษามุมการทำงานของเพลาส่งกำลังให้อยู่ต่ำกว่า 15 องศา และโดยอุดมคติแล้วต่ำกว่า 10 องศา เป็นสิ่งสำคัญสำหรับอายุการใช้งานของเกียร์ที่ยาวนาน

การเชื่อมต่อระหว่างปั๊มกับเกียร์บ็อกซ์มีความสำคัญไม่แพ้กัน ตัวเพิ่มความเร็วส่วนใหญ่ใช้แกนนำและวงกลมสลักเกลียวมาตรฐาน SAE บนหน้าตัดด้านเอาต์พุต ซึ่งตรงกับหน้าแปลนยึดปั๊มไฮดรอลิกทั่วไป (SAE A, SAE B หรือ SAE C ขึ้นอยู่กับขนาดของปั๊ม) เพลาขับของปั๊มเชื่อมต่อกับเอาต์พุตของเกียร์บ็อกซ์ผ่านข้อต่อแบบร่องฟันหรือแบบลิ่ม ข้อต่อนี้ต้องติดตั้งด้วยความลึกในการเข้าล็อคที่ถูกต้อง — ถ้าตื้นเกินไป พื้นที่สัมผัสของร่องฟันจะไม่เพียงพอ ทำให้ร่องฟันสึกหรออย่างรวดเร็ว ถ้าลึกเกินไป เพลาปั๊มจะชนกับแบริ่งเอาต์พุตของเกียร์บ็อกซ์ ทำให้เกิดแรงกดตามแนวแกนที่ไม่ต้องการและเร่งให้แบริ่งเสียหาย

การติดตั้งชุดเกียร์และปั๊มต้องใช้โครงหรือตัวยึดที่แข็งแรงเพื่อป้องกันการเคลื่อนไหวที่เกิดจากการสั่นสะเทือน น้ำหนักรวมของตัวเพิ่มความเร็วและปั๊มลูกสูบอาจสูงถึง 35 ถึง 60 กิโลกรัม และมวลที่หมุนด้วยความเร็ว 2,500 รอบต่อนาทีขึ้นไปจะสร้างแรงไจโรสโคปในระหว่างการเลี้ยวของรถแทรกเตอร์ ซึ่งพยายามบิดชุดประกอบให้หลุดออกจากที่ยึด ตัวยึดแบบยางช่วยดูดซับการสั่นสะเทือนได้บ้าง แต่ต้องมีความแข็งแรงเพียงพอที่จะป้องกันการเคลื่อนไหวมากเกินไป ตัวยึดที่อ่อนเกินไปจะทำให้ชุดประกอบแกว่งไปมา ทำให้ข้อต่อท่อไฮดรอลิกและข้อต่อเพลาขับสึกหรอ

การใช้งานทั่วไปของระบบไฮดรอลิกที่ขับเคลื่อนด้วย PTO

ความอเนกประสงค์ของเกียร์ PTO แบบไฮดรอลิกมาจากการที่กำลังไฮดรอลิกสามารถแบ่งย่อยได้อย่างไม่จำกัดและส่งผ่านได้จากระยะไกล เมื่อเกียร์ PTO หมุนปั๊มแล้ว ของเหลวไฮดรอลิกสามารถส่งผ่านท่อไปยังส่วนใดก็ได้ของอุปกรณ์ หรือแม้กระทั่งไปยังอุปกรณ์หลายชิ้นที่ทำงานพร้อมกันผ่านตัวแบ่งการไหล ความยืดหยุ่นนี้ทำให้มีการนำไปใช้งานอย่างกว้างขวางในด้านการเกษตร ป่าไม้ การก่อสร้าง และงานเทศบาล

ในงานป่าไม้ วงจรไฮดรอลิกที่ขับเคลื่อนด้วย PTO จะใช้ในการขับเคลื่อนเลื่อยจับไม้ กรรไกรตัดต้นไม้ เครื่องผ่าท่อนซุง และเครื่องแปรรูปฟืน การใช้งานเหล่านี้ต้องการวงจรแรงดันสูงและอัตราการไหลปานกลาง โดยทั่วไปอยู่ที่ 180 ถึง 280 บาร์ ที่ 30 ถึง 60 ลิตรต่อนาที PTO 540 รอบต่อนาที พร้อมตัวเพิ่มความเร็ว 1:3 ที่ขับเคลื่อนปั๊มเกียร์ 28 ซีซี/รอบ จะผลิตได้ประมาณ 45 ลิตรต่อนาที ที่ความเร็วรอบที่กำหนด ซึ่งเพียงพอสำหรับอุปกรณ์ป่าไม้แบบกระบอกสูบเดี่ยวส่วนใหญ่ เครื่องจักรแบบสองกระบอกสูบ — ที่ทั้งจับและตัดพร้อมกัน — อาจต้องการมากกว่า 70 ลิตรต่อนาที ทำให้ต้องใช้ PTO 1,000 รอบต่อนาที พร้อมอัตราส่วน 1:2.5 ที่ขับเคลื่อนปั๊มที่มีปริมาตรมากกว่า

ในภาคเกษตรกรรม นอกเหนือจากอุปกรณ์มาตรฐานที่ติดตั้งบนรถแทรกเตอร์แล้ว เกียร์ PTO ไฮดรอลิกยังใช้ในการขับเคลื่อนเครื่องดูดเมล็ดพืช (วงจรการไหลสูง แรงดันปานกลาง ที่เคลื่อนย้ายได้มากกว่า 100 ลิตรต่อนาที) เครื่องพ่นสารเคมีในสวนผลไม้ที่มีระบบขับเคลื่อนพัดลมไฮดรอลิก และระบบฉีดปุ๋ยคอกที่ใช้พลังงานไฮดรอลิก ซึ่งต้องการทั้งการไหลสูงและแรงดันสูงเพื่อดันปุ๋ยเหลวลงสู่ดินผ่านช่องฉีดที่ตัดด้วยจานไถ ทีมวิศวกรรมที่ Ever-Power กำหนดอัตราส่วนการเพิ่มความเร็วที่เหมาะสมสำหรับงานที่ต้องการประสิทธิภาพสูงเหล่านี้เป็นประจำ โดยจับคู่กำลังของเกียร์กับข้อกำหนดเฉพาะของปั๊มและวงจรในระบบของลูกค้าแต่ละราย

การใช้งานในงานเทศบาลและสาธารณูปโภค ได้แก่ ชุดกำลังไฮดรอลิกที่ขับเคลื่อนด้วย PTO สำหรับรถยกสูงติดรถบรรทุก รถกวาดถนน และเครื่องอัดอากาศเคลื่อนที่ การติดตั้งเหล่านี้มักใช้เอาต์พุต PTO ของรถบรรทุกที่ 1,000 รอบต่อนาที และทำงานอย่างต่อเนื่องตลอดกะการทำงาน — 6 ถึง 10 ชั่วโมงต่อวัน การเลือกเกียร์สำหรับงานเหล่านี้ต้องให้ความสำคัญกับพิกัดความร้อนสำหรับการใช้งานต่อเนื่อง ตลับลูกปืนสำหรับงานหนัก และซีลเพลาคุณภาพสูงที่ทนต่อสิ่งสกปรกและเกลือบนถนนซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของอุปกรณ์ที่ใช้งานบนท้องถนน

ตารางการบำรุงรักษาสำหรับระบบเกียร์ PTO ไฮดรอลิก

เนื่องจากเกียร์ PTO แบบไฮดรอลิกทำงานภายใต้ภาระต่อเนื่อง ไม่ใช่การใช้งานแบบไม่ต่อเนื่องซึ่งพบได้ทั่วไปในเกียร์สำหรับงานเกษตรส่วนใหญ่ ดังนั้นตารางการบำรุงรักษาจึงควรเข้มงวดกว่าช่วงเวลาที่กำหนดไว้สำหรับเกียร์ PTO ทั่วไป

สภาพของน้ำมันเกียร์เป็นตัวบ่งชี้ที่ดีที่สุดของสุขภาพภายในของเกียร์บ็อกซ์ ควรเก็บตัวอย่างน้ำมัน 100 มล. ผ่านช่องระบายน้ำมันทุกครั้งที่เข้ารับบริการ และตรวจสอบด้วยสายตา น้ำมันใสสีเหลืองอำพัน ไม่มีประกายโลหะ แสดงว่าการทำงานเป็นปกติ หากมีลักษณะขุ่น แสดงว่ามีการปนเปื้อนของน้ำ ซึ่งมักเกิดจากการควบแน่นในเครื่องจักรที่ใช้งานสลับระหว่างการทำงานที่ร้อนและการเก็บรักษาในที่เย็นข้ามคืน หากมีประกายโลหะละเอียดที่ก้นขวดตัวอย่างใส แสดงว่าฟันเฟืองสึกหรอเร็วขึ้น โดยปกติเกิดจากน้ำมันปนเปื้อนหรือการรับน้ำหนักของเฟืองมากเกินไป น้ำมันสีเข้ม ออกซิไดซ์ และมีกลิ่นไหม้ แสดงว่าเกียร์บ็อกซ์ร้อนจัดเรื้อรัง และจำเป็นต้องตรวจสอบระบบจัดการความร้อนทันทีก่อนที่จะใช้งานต่อไป

ควรตรวจสอบซีลเพลาขาเข้าและขาออกทุกๆ 250 ชั่วโมง หากซีลรั่วที่ด้านขาเข้า จาระบี PTO จะปนเปื้อนน้ำมันเกียร์ – สามารถสังเกตได้จากน้ำมันที่เปลี่ยนเป็นสีเทาใกล้กับปลายด้านขาเข้า ส่วนด้านขาออก ซึ่งเป็นจุดที่เพลาขับปั๊มออกจากเกียร์ หากซีลรั่วจะทำให้ชิ้นส่วนภายในของเกียร์สัมผัสกับน้ำมันไฮดรอลิก แม้ว่าชุดเพิ่มความเร็ว PTO หลายรุ่นจะใช้น้ำมันร่วมกับปั๊ม (โดยเฉพาะในแบบที่รวมตัวเรือนไว้ด้วยกัน) แต่ชุดที่มีระบบหล่อลื่นแยกกันจะต้องแยกน้ำมันเกียร์และน้ำมันไฮดรอลิกออกจากกัน เนื่องจากสารเติมแต่งในของเหลวทั้งสองชนิดอาจไม่เข้ากันทางเคมี

ควรหล่อลื่นชุดส่งกำลังที่เชื่อมต่อ PTO ของรถแทรกเตอร์กับอินพุตของเกียร์ทุกๆ 50 ชั่วโมงการใช้งาน — ตลับลูกปืนข้อต่อยูนิเวอร์แซล เพลาสลิปโยค และตลับลูกปืนกันสนิม ล้วนต้องการจาระบีใหม่เพื่อป้องกันการกัดกร่อนจากการทำงานแห้งที่เกิดขึ้นระหว่างฤดูกาลใช้งาน ข้อต่อยูนิเวอร์แซลแบบมีตลับลูกปืนขวางเป็นจุดที่ชำรุดบ่อยที่สุดในระบบไฮดรอลิก PTO ทั้งหมด และการเปลี่ยนตามกำหนดเวลาป้องกัน (ทุกๆ 500 ถึง 800 ชั่วโมง ขึ้นอยู่กับมุมการใช้งาน) นั้นประหยัดกว่าความเสียหายที่เกิดขึ้นเมื่อข้อต่อยูนิเวอร์แซลชำรุดทำให้ชุดส่งกำลังหลุดออกขณะใช้งานด้วยความเร็วสูง

วิธีการเลือกเกียร์บ็อกซ์ PTO ไฮดรอลิกที่เหมาะสม

การเลือกเริ่มต้นด้วยข้อมูลสี่ส่วน ได้แก่ ความเร็วรอบ PTO ของรถแทรกเตอร์ (540 หรือ 1,000 รอบต่อนาที) กำลังม้า PTO ที่มีอยู่ของรถแทรกเตอร์ ข้อมูลจำเพาะของปั๊มไฮดรอลิก (ปริมาตรการไหล ความเร็วรอบที่กำหนด หน้าแปลนยึด และการกำหนดค่าเพลาขับ) และข้อกำหนดด้านไฮดรอลิกของอุปกรณ์ (อัตราการไหล ความดัน และรอบการทำงาน)

ด้วยข้อมูลป้อนเข้าทั้งสี่นี้ กระบวนการคัดเลือกจึงเป็นไปตามลำดับตรรกะ ขั้นแรก กำหนดความเร็วเอาต์พุตของเกียร์ที่ต้องการโดยการหารความเร็วอินพุตที่กำหนดของปั๊มด้วยความเร็ว PTO ขั้นที่สอง คำนวณแรงบิดต่อเนื่องสูงสุดที่เกียร์ต้องส่งผ่าน ซึ่งเท่ากับแรงบิดอินพุตสูงสุดของปั๊มที่การตั้งค่าแรงดันวาล์วระบาย บวกกับระยะเผื่อ 15% สำหรับโหลดชั่วคราว ขั้นที่สาม ตรวจสอบว่าค่าแรงบิดต่อเนื่องที่ระบุไว้ของเกียร์ที่ความเร็วเอาต์พุตที่คำนวณได้นั้นเกินกว่าความต้องการนี้ ขั้นที่สี่ ยืนยันการเชื่อมต่อทางกล — ร่องฟันอินพุตต้องตรงกับแกน PTO (โดยทั่วไปคือ 6 ร่องฟัน 1-3/8 นิ้ว สำหรับ 540 รอบต่อนาที หรือ 21 ร่องฟัน 1-3/8 นิ้ว สำหรับ 1,000 รอบต่อนาที) และหน้าแปลนเอาต์พุตต้องตรงกับรูปแบบการติดตั้งของปั๊ม

หลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดทั่วไปในการเลือกเกียร์โดยพิจารณาจากกำลังแรงม้าเพียงอย่างเดียวโดยไม่ตรวจสอบค่าแรงบิด เกียร์สองตัวที่ระบุว่า "50 แรงม้า" อาจมีกำลังแรงบิดที่แตกต่างกันมาก หากตัวหนึ่งมีอัตราส่วน 1:2 (แรงบิดเอาต์พุตต่ำ) และอีกตัวมีอัตราส่วน 1:4 (แรงบิดเอาต์พุตสูง) แรงบิดที่แท้จริงที่ฟันเฟืองต่างหากที่จะเป็นตัวกำหนดว่าเฟืองและลูกปืนจะทนทานต่อการใช้งานที่ต้องการหรือไม่ ไม่ใช่กำลังแรงม้าที่ระบุไว้บนแผ่นป้าย ดูข้อมูลเพิ่มเติม เกียร์บ็อกซ์ PTO ของ Ever-Power รายการผลิตภัณฑ์ช่วยให้ค้นหาหน่วยที่มีข้อมูลจำเพาะแรงบิดครบถ้วนในแต่ละอัตราส่วน ทำให้การเลือกใช้งานที่เหมาะสมเป็นเรื่องง่าย

คำถามที่พบบ่อย

บรรณาธิการ: Cxm