Μεταβλητό βάρος μηχανής — Η μηχανική πρόκληση μοναδική για τους συλλέκτες δεξαμενών
Κανένα άλλο αυτοκινούμενο γεωργικό μηχάνημα δεν αλλάζει τόσο δραματικά το βάρος του κατά τη λειτουργία όσο μια θεριζοαλωνιστική μηχανή πατάτας με ενσωματωμένο αποθεματικό. Μια θεριζοαλωνιστική μηχανή γεμίζει μια δεξαμενή σιτηρών που προσθέτει 5 έως 8 τόνους - περίπου 30 έως 40% του βάρους του άδειου μηχανήματος. Μια αυτοκινούμενη θεριζοαλωνιστική μηχανή πατάτας γεμίζει μια δεξαμενή που προσθέτει 10 έως 14 τόνους - περίπου 55 έως 80% του βάρους του άδειου. Αυτή η αλλαγή βάρους συμβαίνει μέσα σε ένα μόνο πέρασμα από το χωράφι 200 έως 500 μέτρων, και το πλανητικό κιβώτιο ταχυτήτων με κίνηση στους τροχούς πρέπει να το προσαρμόζει συνεχώς.
Η αλλαγή βάρους επηρεάζει την κίνηση στους τροχούς με τρεις ταυτόχρονους τρόπους. Πρώτον, η αντίσταση κύλισης αυξάνεται αναλογικά με το βάρος — με συντελεστή αντίστασης κύλισης 0,10 σε οργωμένο έδαφος, η απαίτηση πρόσφυσης αυξάνεται από 17,7 kN (άδειο) σε 31,4 kN (πλήρες), μια αύξηση 80%. Η κίνηση στους τροχούς πρέπει να παρέχει αυτήν την πρόσθετη ροπή διατηρώντας παράλληλα την ίδια ταχύτητα εδάφους — που σημαίνει ότι το υδραυλικό σύστημα πρέπει να αυξάνει τη ροή ή την πίεση στους κινητήρες των τροχών καθώς γεμίζει το ρεζερβουάρ. Δεύτερον, η κατανομή φορτίου άξονα μετατοπίζεται καθώς γεμίζει το ρεζερβουάρ — ο πίσω άξονας (κάτω από το ρεζερβουάρ) φέρει προοδευτικά μεγαλύτερο μέρος του συνολικού βάρους, ενδεχομένως υπερβαίνοντας την ονομαστική φόρτιση των ελαστικών εάν το ρεζερβουάρ γεμίσει πέρα από την ικανότητα σχεδιασμού. Τρίτον, η πίεση εδάφους κάτω από κάθε ελαστικό αυξάνεται με το βάρος, υπερβαίνοντας τελικά την ικανότητα φέρουσας ικανότητας του εδάφους και προκαλώντας βύθιση του μηχανήματος — δημιουργώντας αυλακώσεις που αυξάνουν περαιτέρω την αντίσταση κύλισης σε έναν αυτοενισχυόμενο κύκλο.
Το υδροστατικό σύστημα κίνησης αντισταθμίζει αυτόματα το αυξανόμενο βάρος — η υδραυλική αντλία διατηρεί σταθερή ροή (ταχύτητα) ενώ η πίεση του συστήματος αυξάνεται για να ταιριάζει με την αυξανόμενη ζήτηση ροπής. Αλλά αυτή η αντιστάθμιση έχει ένα όριο: όταν η πίεση του συστήματος φτάσει στη ρύθμιση της βαλβίδας εκτόνωσης της αντλίας (συνήθως 350 έως 420 bar), δεν υπάρχει διαθέσιμη πρόσθετη ροπή — και το μηχάνημα είτε επιβραδύνει είτε οι τροχοί περιστρέφονται. Η σχέση μετάδοσης του πλανητικού κιβωτίου ταχυτήτων κίνησης των τροχών πρέπει να επιλέγεται έτσι ώστε η μέγιστη απαιτούμενη δύναμη έλξης (με πλήρες βάρος αποθήκης, σε μαλακό έδαφος, στην πιο απότομη κλίση του χωραφιού) να μην υπερβαίνει το όριο πίεσης του υδραυλικού συστήματος στην ταχύτητα-στόχο συγκομιδής.
Το βάρος του αποθέματος επηρεάζει επίσης την απαίτηση πέδησης. Ένα μηχάνημα με γεμάτο αποθέματα καυσίμων σε κατηφορική κλίση 5% παράγει μια βαρυτική δύναμη περίπου 15,7 kN — την οποία τα φρένα κίνησης των τροχών πρέπει να απορροφούν συνεχώς κατά την κάθοδο. Εάν ο χειριστής χρειαστεί ταυτόχρονα να μειώσει την ταχύτητα για μια στροφή σε κεφαλάρι, η απαίτηση πέδησης αυξάνεται στα 25 έως 40 kN. Το χειρόφρενο με κίνηση στους τροχούς πρέπει να συγκρατεί το μηχάνημα με γεμάτο αποθέματα καυσίμων στη μέγιστη ονομαστική κλίση (συνήθως 8 έως 12%) — μια απαίτηση δύναμης συγκράτησης που είναι 80% υψηλότερη από την περίπτωση του άδειου αποθέματος καυσίμων. Τα συστήματα πέδησης που έχουν μέγεθος για το άδειο μηχάνημα θα γλιστρούν σε πλαγιές όταν το αποθέμα καυσίμων είναι γεμάτο — μια ιδιαίτερα επικίνδυνη κατάσταση επειδή το μηχάνημα είναι βαρύτερο τη στιγμή της μέγιστης βαρυτικής δύναμης.
Συγχρονισμός ταχύτητας σκαψίματος — Γιατί η ακρίβεια ταχύτητας ±5% καθορίζει την ποιότητα της καλλιέργειας
Ο μηχανισμός εκσκαφής της μηχανής συγκομιδής πατάτας αποτελείται από ένα υνί (λεπίδα) που ανυψώνει το χώμα που περιέχει πατάτες σε μια σειρά από διαχωριστικά πλέγματα (κόσκινα ανάδευσης) που κοσκινίζουν το χώμα μακριά από τις πατάτες. Η ταχύτητα του πλέγματος, η συχνότητα ανάδευσης και η απόδοση διαχωρισμού βαθμονομούνται για μια συγκεκριμένη ταχύτητα εδάφους. Εάν η κίνηση των τροχών παρέχει ταχύτητα εδάφους που αποκλίνει από τη βαθμονομημένη τιμή, η ποιότητα της πατάτας υποφέρει.
| Σφάλμα ταχύτητας | Επίδραση στον Ιστό | Επιπτώσεις στις καλλιέργειες |
|---|---|---|
| Πολύ γρήγορα (>+10%) | Ιστός υπερφορτωμένος με χώμα | Ατελής διαχωρισμός — πατάτες θαμμένες σε σβόλους χώματος στο καταφύγιο |
| Πολύ αργό (>-10%) | Ο ιστός είναι υποφορτωμένος | Υπερδιέγερση — βλάβη του δέρματος, μώλωπες, μειωμένη διάρκεια αποθήκευσης |
| Παλμός (±5%) | Ανομοιόμορφη τροφοδοσία εδάφους | Εναλλασσόμενη συσσώρευση και ασιτία — διαλείποντες μώλωπες |
Η τυπική ταχύτητα συγκομιδής για τις πατάτες είναι 3 έως 6 χλμ./ώρα — πιο αργή από τη συγκομιδή χορτονομής αλλά πιο γρήγορη από τη συγκομιδή μήλων. Σε αυτήν την ταχύτητα, ο άξονας εξόδου της κίνησης των τροχών περιστρέφεται περίπου με 8 έως 20 σ.α.λ. Η ακρίβεια της ταχύτητας πρέπει να είναι εντός ±5% από τον στόχο — που σημαίνει ότι η κίνηση των τροχών και το υδραυλικό σύστημα μαζί πρέπει να διατηρούν την ταχύτητα εντός ±0,15 έως 0,30 χλμ./ώρα σε όλο το εύρος των βαρών των δεξαμενών, των συνθηκών του εδάφους και των κλίσεων του εδάφους.
Αυτή η ακρίβεια ταχύτητας πρέπει να διατηρείται ενώ η απαίτηση πρόσφυσης αλλάζει συνεχώς — επειδή η υφή του εδάφους, η περιεκτικότητα σε υγρασία και ο πληθυσμός των πετρών ποικίλλουν εντός του ίδιου αγρού. Ένα κομμάτι αργιλώδους εδάφους αυξάνει την αντίσταση κύλισης κατά 30 έως 50% σε σύγκριση με την αμμώδη άργιλο — και το σύστημα ελέγχου ταχύτητας πρέπει να αντισταθμίσει εντός 1 έως 2 δευτερολέπτων για να αποτρέψει την υπερφόρτωση ή την εξασθένηση του ιστού. πλανητικό κιβώτιο ταχυτήτων με κίνηση στους τροχούς πρέπει να μεταδίδει αυτές τις συνεχείς διακυμάνσεις ροπής χωρίς να εισάγει τα δικά του σφάλματα ταχύτητας από την αντίστροφη κίνηση, τον παλμό του πλέγματος των γραναζιών ή τις διακυμάνσεις τριβής των ρουλεμάν.
Η σχέση μεταξύ της ταχύτητας εδάφους και της ποιότητας της καλλιέργειας είναι μετρήσιμη στο συσκευαστήριο. Οι πατάτες που συλλέγονται με τη σωστή ταχύτητα (3 έως 6 χλμ./ώρα ανάλογα με την ποικιλία, την υγρασία του εδάφους και την περιεκτικότητα σε πέτρα) εμφανίζουν εσωτερικούς ρυθμούς μωλωπισμού από 5 έως 10% κατά την ταξινόμηση. Οι πατάτες που συλλέγονται πολύ γρήγορα στις 20% εμφανίζουν ρυθμούς μωλωπισμού από 15 έως 25% — επειδή ο υπερφορτωμένος ιστός παράγει υψηλότερες δυνάμεις κρούσης κατά τη διαδικασία διαχωρισμού του εδάφους. Οι πατάτες που συλλέγονται πολύ αργά στις 20% εμφανίζουν ρυθμούς βλάβης του φλοιού από 10 έως 20% — επειδή ο υποφορτωμένος ιστός εκθέτει τους κονδύλους σε υπερβολικό χρόνο ανάδευσης. Αυτές οι διαφορές ποιότητας μεταφράζονται άμεσα στην αγοραία αξία: οι φρέσκες πατάτες αγοράς με εσωτερικούς μωλωπισμούς λιγότερους από 10% απαιτούν premium τιμής από 20 έως 40% σε σχέση με τις πατάτες ποιότητας επεξεργασίας με υψηλότερα επίπεδα ζημιάς. Η ακρίβεια της ταχύτητας κίνησης των τροχών έχει επομένως άμεση, ποσοτικοποιήσιμη επίδραση στα έσοδα ανά εκτάριο της καλλιέργειας πατάτας.
Πρόσφυση σε οργωμένο έδαφος — Το παράδοξο του εδάφους που προετοιμάζεται για εύκολο σκάψιμο
Τα χωράφια με πατάτες καλλιεργούνται ειδικά για να κάνουν το έδαφος χαλαρό και εύκολο στην ανύψωση — επειδή το τεμάχιο εκσκαφής πρέπει να διαχωρίζει τους κονδύλους από το περιβάλλον έδαφος χωρίς να τους κόβει ή να τους μωλύει. Αυτή η καλλιέργεια (όργωμα, αφαίρεση κουκουτσιών, σχηματισμός κλίνης) μειώνει την αντοχή του εδάφους σε διάτμηση από 150 σε 300 kPa (μη διαταραγμένο έδαφος) σε 30 έως 80 kPa (καλλιεργημένο παρτέρι) — καθιστώντας το έδαφος εύκολο στο σκάψιμο αλλά δύσκολο στην οδήγηση.
Η κίνηση στους τροχούς πρέπει να δημιουργεί πρόσφυση σε έδαφος που έχει σκόπιμα αποδυναμωθεί. Ο μέγιστος συντελεστής πρόσφυσης σε ένα καλλιεργημένο παρτέρι πατάτας είναι περίπου 0,25 έως 0,40 — σε σύγκριση με 0,50 έως 0,70 σε ανενόχλητη άχυρα. Με συντελεστή 0,30 σε ένα πλήρες φορτίο πίσω άξονα 18 τόνων, η μέγιστη πρόσφυση ανά πίσω άξονα είναι περίπου 53 kN — και η αντίσταση κύλισης του μηχανήματος 32 τόνων στο μαλακό παρτέρι καταναλώνει ήδη 25 έως 35 kN από αυτό, αφήνοντας μόνο 18 έως 28 kN για τη δύναμη έλξης εκσκαφής. Εάν το τεμάχιο εκσκαφής συναντήσει μια συμπιεσμένη ζώνη (υπολειμματική λεκάνη αρότρου) ή μια συγκέντρωση πετρών, η δύναμη έλξης αυξάνεται απότομα πάνω από το διαθέσιμο πλεόνασμα πρόσφυσης — και οι τροχοί σπινάρουν.
Συνεπώς, η τετρακίνηση είναι στάνταρ στις αυτοκινούμενες μηχανές συγκομιδής πατάτας με λειτουργικό βάρος άνω των 25 τόνων. Ο μπροστινός άξονας φέρει περίπου 40% του βάρους του μηχανήματος με άδειο bunker — παρέχοντας συμπληρωματική πρόσφυση που αυξάνει τη συνολική διαθέσιμη δύναμη κατά 60 έως 80% σε σύγκριση με την κίνηση στους πίσω τροχούς μόνο. Κάθε τροχός απαιτεί το δικό του πλανητικό κιβώτιο ταχυτήτων — συνήθως 4 μονάδες σε ένα μηχάνημα 4x4. Οι κινήσεις στους μπροστινούς τροχούς πρέπει να προσαρμόζονται σε μια άρθρωση διεύθυνσης ±30 έως 45 μοίρες διατηρώντας παράλληλα τη σύνδεση της κίνησης — απαιτώντας είτε μια σύνδεση σταθερής ταχύτητας μεταξύ της κίνησης και του κατευθυνόμενου κέντρου, είτε ένα πλανητικό κιβώτιο ταχυτήτων ενσωματωμένο στον τροχό-πλημνήμη που περιστρέφεται μαζί με τον τροχό.
Το σύστημα ελέγχου πρόσφυσης πρέπει επίσης να αποτρέπει την ολίσθηση των τροχών στην ανηφόρα σε διασταυρούμενες πλαγιές. Σε μια διασταυρούμενη πλαγιά 5%, η μεταφορά βάρους από την ανηφόρα στην κατηφόρα μειώνει την πρόσφυση των τροχών στην ανηφόρα κατά 8 έως 12% — και το μαλακό, καλλιεργημένο έδαφος δεν παρέχει προοδευτική ανάκτηση της πρόσφυσης (σε αντίθεση με το σκληρό έδαφος όπου το ελαστικό σκάβει και βρίσκει πρόσφυση). Η κίνηση στους τροχούς πρέπει να περιλαμβάνει μια λειτουργία περιορισμού πρόσφυσης (είτε υδραυλικό περιορισμό πίεσης ανά τροχό είτε ηλεκτρονικό έλεγχο ολίσθησης) που εμποδίζει την ολίσθηση των τροχών στην ανηφόρα, ενώ παράλληλα κατευθύνει τη διαθέσιμη ροπή στον τροχό στην κατηφόρα. Ο χρόνος απόκρισης του ελέγχου πρόσφυσης πρέπει να είναι ταχύτερος από τον χρόνο ανάπτυξης ολίσθησης των τροχών — συνήθως λιγότερο από 200 χιλιοστά του δευτερολέπτου από την πρώτη ανίχνευση ολίσθησης έως τη μείωση της ροπής στον περιστρεφόμενο τροχό. Σε μαλακό καλλιεργημένο έδαφος, ένας περιστρεφόμενος τροχός μπορεί να σκάψει μια αυλάκωση βάθους 50 έως 100 mm εντός 1 έως 2 δευτερολέπτων συνεχούς ολίσθησης — καταστρέφοντας τη δομή του κρεβατιού πατάτας και ενδεχομένως καταστρέφοντας τους κονδύλους στις παρακείμενες σειρές. Ο ηλεκτρονικός έλεγχος πρόσφυσης ταχείας αντίδρασης με μεμονωμένο περιορισμό πίεσης τροχού-κινητήρα δεν είναι επομένως απλώς ένα χαρακτηριστικό βελτιστοποίησης πρόσφυσης — είναι μια απαίτηση για την προστασία των καλλιεργειών.
Τρεις τρόποι βλάβης ειδικά για την κίνηση των τροχών της μηχανής συγκομιδής πατάτας
Το ρουλεμάν εξόδου κίνησης των τροχών φέρει το πλήρες φορτίο άξονα — το οποίο αυξάνεται κατά 80% καθώς γεμίζει το οχυρό. Σε μαλακό οργωμένο έδαφος, κάθε επαφή του τροχού με μια αυλάκωση, μια κορυφογραμμή αυλακιού ή μια πέτρα παράγει ένα φορτίο κρούσης που υπερτίθεται στο στατικό βάρος. Το δυναμικό φορτίο του ρουλεμάν κατά τη λειτουργία πλήρους οχυρού σε τραχύ οργωμένο έδαφος μπορεί να φτάσει 1,8 έως 2,5 φορές το στατικό φορτίο άδειου οχυρού — μια κορυφή που το ρουλεμάν πρέπει να αντέξει χωρίς επιφανειακή ζημιά. Τα ρουλεμάν που έχουν διαστασιολογηθεί για το στατικό φορτίο άδειου οχυρού θα αναπτύξουν κόπωση-θραύση στο δυναμικό φορτίο πλήρους οχυρού εντός 1.000 έως 2.000 ωρών — λιγότερο από το μισό της αναμενόμενης διάρκειας ζωής. Το ρουλεμάν πρέπει να έχει διαστασιολογηθεί για το δυναμικό φορτίο πλήρους οχυρού με ελάχιστο συντελεστή ασφαλείας 1,5.
Το έδαφος του χωραφιού πατάτας καλλιεργείται σκόπιμα σε μια λεπτή, χαλαρή υφή — παράγοντας σωματίδια 0,05 έως 2 mm που διαπερνούν κάθε σχισμή του συστήματος κίνησης των τροχών. Το χώμα συσσωρεύεται στη διεπαφή ελαστικού-πλήμνης και έλκεται στην επαφή της στεγανοποίησης άξονα μέσω τριχοειδούς δράσης και κραδασμών. Σε αντίθεση με τη χονδρόκοκκη άμμο και το χαλίκι που συναντούν οι στεγανοποιήσεις του κατασκευαστικού εξοπλισμού (η οποία εκτρέπεται από τις προ-στεγανοποιήσεις λαβυρίνθου), το λεπτόκοκκο χώμα του χωραφιού πατάτας διέρχεται από τυπικά κενά λαβυρίνθου και φτάνει στο κύριο χείλος στεγανοποίησης. Μόλις βρεθούν μεταξύ του χείλους και του άξονα, αυτά τα σωματίδια λειτουργούν ως ένα μείγμα άλεσης 0,05 έως 2 mm — φθείροντας το χείλος στεγανοποίησης με ρυθμό 3 έως 5 φορές μεγαλύτερο από αυτόν που παρατηρείται σε πιο χονδρόκοκκα εδάφη.
Τα χωράφια με πατάτες περιέχουν πέτρες που κυμαίνονται από χαλίκια έως ογκόλιθους — παρά τις εργασίες αφαίρεσης των πετρωμάτων που αφαιρούν τις μεγαλύτερες πέτρες πριν από τη φύτευση. Όταν το υνί εκσκαφής χτυπήσει μια θαμμένη πέτρα, η προκύπτουσα αιχμή της δύναμης έλξης μεταδίδεται μέσω του πλαισίου του μηχανήματος στους κινητήριους τροχούς ως στιγμιαία απότομη αύξηση έλξης (το υνί σπρώχνει προς τα πίσω, οι τροχοί σπρώχνουν προς τα εμπρός). Ταυτόχρονα, οι τροχοί μπορεί να περάσουν πάνω από πέτρες που εκτοξεύονται από τον ιστό εκσκαφής, παράγοντας φορτία κρούσης στη διεπαφή τροχού-εδάφους. Αυτά τα φορτία κραδασμών που προκαλούνται από τις πέτρες μπορούν να φτάσουν 2 έως 4 φορές τη μέση ροπή λειτουργίας — και εμφανίζονται με ρυθμούς 5 έως 50 ανά λεπτό σε πετρώδη χωράφια. Η σωρευτική φόρτιση κραδασμών σε μια περίοδο συγκομιδής 400 ωρών μπορεί να υπερβεί τον προϋπολογισμό κόπωσης των τυπικών βιομηχανικών εργαλείων κατά 200 έως 300%.
Συχνές ερωτήσεις
Η Korea Ever-Power παρέχει συστήματα μετάδοσης κίνησης τροχών για μηχανήματα συγκομιδής πατάτας με ροπή από 5.000 έως 40.000 Nm με πλήρη ονομαστική ισχύ ρουλεμάν, προστασία στεγανοποίησης από λεπτό χώμα και ανθεκτικότητα σε γρανάζια πρόσκρουσης από πέτρες.
Επιμέλεια: Cxm
