Pourquoi la transmission par roue de l'ensileuse est différente de tous les autres systèmes de transmission agricoles
Une moissonneuse-batteuse fonctionne en conditions sèches, à maturité des grains. Une presse à balles travaille avec du foin sec et séché. Une ensileuse travaille dans les pires conditions de terrain de toute l'année agricole — en fin d'automne, après des semaines de pluie, dans des cultures de maïs ou d'herbe sur pied qui retiennent l'humidité à la surface du sol. boîte de vitesses planétaire à entraînement par roue doit assurer une traction dans des conditions où toutes les autres machines ont déjà quitté le terrain.
La répartition de la puissance sur une ensileuse est fondamentalement différente de celle de toute autre machine automotrice. Sur une moissonneuse-batteuse, le mécanisme de battage consomme de 30 à 400 ch (3000 PT) de la puissance moteur, laissant de 60 à 700 ch (6000 PT) pour la propulsion. Sur une ensileuse, le tambour de hachage, le broyeur de grains et l'accélérateur consomment ensemble de 60 à 800 ch (6000 PT) de la puissance moteur à plein débit, ne laissant que 20 à 400 ch (2000 PT) pour la propulsion. Une ensileuse de 900 ch à plein débit de récolte peut ne disposer que de 180 à 360 ch pour la transmission aux roues. Cette puissance de propulsion limitée doit déplacer une machine de 18 à 25 tonnes dans un sol humide présentant des coefficients de résistance au roulement de 0,08 à 0,15, contre 0,03 à 0,05 sur chaume sec.
Il en résulte que le rendement de la transmission (le pourcentage de la puissance hydraulique absorbée transmise au sol sous forme de force de traction) est plus crucial sur une ensileuse que sur toute autre machine agricole. Une transmission avec un rendement de 92%, comparée à celle d'une 88%, permet un gain de 4 points de pourcentage, soit environ 15 à 20 ch de traction supplémentaires pour une même puissance hydraulique absorbée. En conditions humides, cette différence de 15 à 20 ch est déterminante pour le maintien de la vitesse de récolte : la machine peut ainsi s'enliser et devoir réduire le débit d'alimentation.
La différence de rendement entre les systèmes de transmission par roues est principalement déterminée par la qualité de l'engrènement et le choix des roulements. Les engrenages de classe DIN 6 présentent des pertes d'engrènement de 0,5 à 1,01 TP3T par étage, atteignant un rendement de 97 à 981 TP3T par étage et de 92 à 951 TP3T au total pour un réducteur planétaire à 2 ou 3 étages. Les engrenages de classe 8 présentent des pertes d'engrènement de 1,0 à 2,01 TP3T par étage, atteignant un rendement de 88 à 921 TP3T au total. Le type de roulement est également important : les roulements à rouleaux coniques offrent un meilleur rendement à basse vitesse et forte charge (conditions typiques d'utilisation sur le terrain) que les roulements à billes à gorge profonde, mais un rendement inférieur à haute vitesse (transmission sur route). La configuration optimale des roulements pour la transmission par roues d'une ensileuse utilise des rouleaux coniques à l'étage de sortie (côté roue) et des rouleaux cylindriques à l'étage d'entrée (côté moteur), optimisant ainsi le rendement pour la vitesse de travail dominante sur le terrain tout en maintenant des performances acceptables sur route.
Contrôle de vitesse synchronisé avec la culture — La vitesse d'avancement doit correspondre au débit d'alimentation
Le tambour de hachage d'une ensileuse est conçu pour un débit de récolte spécifique, mesuré en tonnes de matière fraîche par heure. La vitesse d'avancement détermine le débit de récolte entrant dans la machine : vitesse x largeur de coupe x densité de la récolte = débit. Si la vitesse d'avancement est trop élevée, le débit de récolte dépasse la capacité du tambour de hachage, ce qui le surcharge, augmente le risque de bourrage et produit un fourrage grossièrement haché qui fermente mal dans le silo. Si la vitesse d'avancement est trop faible, la machine est sous-utilisée et la surface récoltée journalière est inférieure à l'objectif fixé par l'entrepreneur.
| Recadrer | Densité (t/ha) | Vitesse (km/h) | Débit (t/h) | Puissance motrice |
|---|---|---|---|---|
| Gazon (1ère coupe) | 25–40 | 8–15 | 60–120 | 120–200 kW |
| Maïs (ensilage) | 40–60 | 5–10 | 100–200 | 200–350 kW |
| Céréales complètes | 30–50 | 6–12 | 80–150 | 150–280 kW |
Les ensileuses modernes utilisent un système de rétroaction automatique du débit de récolte pour ajuster leur vitesse d'avancement. Des capteurs mesurent le couple du tambour de hachage (proportionnel au débit de récolte), et le système de commande de la machine ajuste le débit de la pompe hydrostatique pour accélérer ou ralentir la machine, maintenant ainsi le tambour au débit cible. La transmission doit répondre à ces variations de vitesse continues avec un temps de latence minimal (moins de 0,5 seconde entre la commande et le changement de vitesse) et sans à-coups de couple susceptibles de provoquer un patinage des roues sur sol humide.
La vitesse de récolte varie généralement de ±30 à 50 km/h par rapport à la vitesse cible. La machine accélère et décélère en continu en fonction de la densité de la culture dans le champ. Dans un champ de maïs présentant des irrégularités (zones couchées, peuplements clairsemés, virages en bout de champ), la vitesse peut varier de 4 à 10 km/h et inversement sur une distance de 50 mètres. réducteur planétaire doit transmettre ces changements de vitesse en douceur à travers l'engrènement des engrenages sans introduire sa propre pulsation de vitesse dans la boucle de contrôle du débit de la culture — toute variation de vitesse induite par l'entraînement est indiscernable d'une variation de densité de la culture et provoque une réponse incorrecte du système de contrôle.
Les manœuvres en bout de champ imposent la plus forte demande de couple instantané à la transmission. La machine doit décélérer, effectuer un demi-tour dans un espace restreint par la limite du champ, puis accélérer pour revenir dans la culture, le tout en 15 à 30 secondes. Pendant le virage, la roue intérieure doit ralentir ou reculer tandis que la roue extérieure conserve sa vitesse maximale, ce qui nécessite une régulation différentielle du couple entre les transmissions des roues gauche et droite. Sur les machines à transmission hydrostatique indépendante (un moteur par roue), cette régulation différentielle est assurée par le système hydraulique. Sur les machines à moteur unique et différentiel mécanique, le réducteur planétaire doit transmettre le couple différentiel sans à-coups sur les engrenages au point d'inversion de sens de rotation.
Traction en champ humide et compactage du sol — La limite agronomique de la conception des véhicules à traction par roues motrices
Les ensileuses fonctionnent à la période de l'année la plus défavorable pour les sols. La récolte du maïs ensilage a lieu de fin septembre à novembre, après la saturation de la couche arable par les pluies d'automne. La récolte de l'herbe ensilée s'effectue de mai à juin (première coupe) jusqu'en octobre (coupes suivantes), avec plusieurs passages sur la même parcelle. La portance du sol peut alors chuter à 100-200 kPa, soit en dessous de la pression de contact d'un pneu agricole standard monté sur une machine de 18 tonnes.
Le compactage des sols dû au passage des ensileuses constitue un problème agronomique majeur. Des recherches menées par l'Université de Wageningen, Harper Adams et l'USDA démontrent que le compactage du sous-sol (à plus de 30 cm de profondeur) causé par le passage intensif des engins de récolte peut réduire les rendements des cultures de 5 à 15 tonnes métriques pendant 5 à 10 ans, car la couche compactée limite la pénétration des racines et le drainage de l'eau. Ce constat a incité l'industrie des ensileuses à privilégier des solutions permettant de réduire la pression au sol : des pneus plus larges (800 à 900 mm au lieu de 600 à 700 mm), une pression de gonflage plus faible (0,8 à 1,2 bar au lieu de 1,5 à 2,0 bar) et la conversion des engins en chenilles en caoutchouc.
La transmission doit s'adapter à ces configurations de pneumatiques et de chenilles sans modification. Un pneumatique plus large augmente la surface de contact avec le sol, mais aussi son rayon de roulement, ce qui modifie le rapport de transmission nécessaire pour une même plage de vitesses. La conversion à chenilles remplace entièrement les roues arrière par des chenilles en caoutchouc, ce qui exige que la transmission soit reliée à la roue motrice par la barbotine de chenille plutôt qu'au moyeu du pneumatique, souvent selon une géométrie de montage différente. L'arbre de sortie, la bride de fixation et le frein de la transmission doivent être compatibles avec les deux configurations (pneus et chenilles) afin de permettre à l'entrepreneur de passer de l'une à l'autre en fonction des conditions de chantier.
La limite de traction sur sol humide est déterminée par la résistance au cisaillement du sol, et non par le coefficient d'adhérence des pneumatiques utilisé sur les surfaces dures. Sur un sol argileux saturé, la force de traction maximale est d'environ 0,3 à 0,5 fois la charge verticale sur la roue, indépendamment du profil du pneumatique ou de sa pression de gonflage. Avec un coefficient de 0,4 et une charge de 5 tonnes sur l'essieu arrière, la traction maximale par roue arrière est d'environ 20 kN. La transmission ne doit pas fournir un couple supérieur à cette limite de traction, car un couple excessif provoque le patinage de la roue, détruisant la surface du sol et créant des ornières qui entravent la circulation des véhicules de transport suivants (tracteurs-remorques acheminant le fourrage haché vers le silo à ensilage).
Transfert routier — De 8 km/h en champ à 40 km/h sur autoroute avec la même boîte de vitesses
Les ensileuses automotrices circulent entre les champs sur les routes publiques à une vitesse de 25 à 40 km/h selon la réglementation locale. Cette vitesse est 3 à 8 fois supérieure à la vitesse de récolte, et la transmission doit couvrir ces deux plages de vitesse grâce à un même réducteur planétaire, sans changement de gamme mécanique.
À vitesse de transfert sur route, le point de fonctionnement de la transmission passe d'un couple élevé/faible vitesse (champ) à un couple faible/vitesse élevée (route). Le moteur hydraulique fonctionne à sa vitesse maximale ou presque, où le rendement volumétrique est optimal, mais le rendement mécanique peut diminuer en raison du frottement important des roulements et des joints d'étanchéité. Les roulements et les engrenages du réducteur planétaire sont soumis à une vitesse de rotation plus élevée et à un couple plus faible, un cycle de fonctionnement qui génère davantage de chaleur par barbotage (agitation de l'huile par les engrenages à grande vitesse) et moins de chaleur par contrainte de contact des dents.
Les exigences de freinage à vitesse routière diffèrent fondamentalement de celles en conditions réelles d'utilisation. En conditions réelles, la machine décélère de 8 km/h à l'arrêt grâce à la contre-pression du moteur hydraulique : un freinage doux, proportionnel et nécessitant une intervention minimale sur les freins. Sur route, en cas d'arrêt d'urgence, la machine doit décélérer à partir de 40 km/h, ce qui requiert la pleine capacité de freinage mécanique du frein de stationnement/service de la roue motrice. L'énergie cinétique à 40 km/h est 25 fois supérieure à celle à 8 km/h (proportionnelle au carré de la vitesse), ce qui signifie que le frein doit dissiper 25 fois plus d'énergie lors d'un arrêt d'urgence. Le disque, l'étrier et le matériau de friction du frein de la roue motrice doivent être dimensionnés pour cette situation d'urgence à vitesse routière, et non pour les conditions normales d'utilisation à vitesse réelle.
Trois modes de défaillance spécifiques aux transmissions des roues des ensileuses
La transmission fonctionne à quelques centimètres au-dessus d'un sol humide, immergée dans la boue, le jus de la récolte et l'eau pendant toute la durée de la moisson. La lèvre du joint d'arbre frotte contre une surface recouverte de particules de sol abrasives qui agissent comme un composé de rodage, usant simultanément la lèvre du joint et la surface de l'arbre. Lors de la récolte d'ensilage de maïs humide, le joint est exposé à un mélange de boue, de jus de tiges de maïs (pH 5,5 à 6,5, légèrement acide) et d'effluents d'ensilage : un environnement chimiquement agressif qui dégrade le matériau standard des joints en NBR en 500 à 1 000 heures. Une fois le joint défectueux, l'eau contaminée pénètre dans la boîte de vitesses et émulsionne l'huile, détruisant le film lubrifiant sur les engrenages et les roulements en 50 à 200 heures de fonctionnement continu.
En conditions de terrain humide, la résistance au roulement passe de 0,03–0,05 (chaumes secs) à 0,08–0,15 (sol saturé), doublant ou triplant ainsi la demande de traction continue. La transmission fonctionne alors à 80 à 100 % de son couple nominal pendant des périodes prolongées (2 à 4 heures par champ), au lieu des 40 à 60 % habituels sur sol sec. Ce fonctionnement soutenu à couple élevé génère 2 à 3 fois plus de chaleur au niveau des engrenages et des roulements, portant la température de l'huile à 90–110 °C. À ces températures, l'huile minérale standard s'oxyde rapidement et sa viscosité diminue au point que l'épaisseur du film d'huile sur les engrenages et les roulements devient inférieure au minimum nécessaire à une lubrification hydrodynamique optimale.
Les ensileuses circulent entre les champs sur les routes publiques à une vitesse de 25 à 40 km/h. À 18 tonnes et 40 km/h, l'énergie cinétique est d'environ 1,1 MJ, qui doit être intégralement absorbée par les freins des roues motrices lors d'un freinage d'urgence. Si les freins sont déjà chauds suite à un freinage précédent (ou à un freinage continu en descente), la température des plaquettes peut dépasser 350 à 400 °C, atteignant ainsi la zone de fading où le coefficient de friction diminue avec l'augmentation de la température. Le fading des freins sur une ensileuse chargée à pleine capacité, circulant sur une route publique, constitue une défaillance catastrophique pour la sécurité, ayant entraîné des accidents mortels. La capacité thermique des freins représente donc le paramètre de spécification le plus critique pour la sécurité de l'ensemble de la transmission.
Réducteur planétaire à entraînement par roue pour ensileuses — Foire aux questions
Korea Ever-Power fournit des transmissions de roues pour ensileuses de 8 000 à 60 000 Nm avec réponse synchronisée à la culture, étanchéité en terrain humide et capacité de freinage à vitesse routière.
Éditeur : Cxm
