Tipologie di raccoglitrici di mele e requisiti di trazione
La raccolta meccanica delle mele si è evoluta da semplici scuotitori per tronchi a sofisticate macchine sopra le file. Ogni tipo di raccoglitrice impone esigenze diverse al trasmissione a ruota libera cambio epicicloidalema tutte condividono il requisito fondamentale: spostamento su terreno ultra-preciso e a velocità ultra-bassa attraverso stretti filari di frutteti su terreni variabili.
Il tipo di macchina predominante per la lavorazione delle mele. Un vibratore per tronchi o rami fa vibrare l'albero a una frequenza compresa tra 5 e 20 Hz, facendo cadere i frutti su un telaio di raccolta o su un nastro trasportatore che circonda il tronco. La macchina avanza da un albero all'altro a una velocità compresa tra 0,5 e 2,0 km/h, fermandosi per 3-8 secondi per ogni albero per il ciclo di vibrazione. La trazione deve garantire un posizionamento preciso di avvio e arresto per allineare la testa vibrante con ciascun tronco, in genere entro ±50 mm dalla posizione target. Qualsiasi errore di posizionamento, anche minimo, richiede all'operatore di fare retromarcia e riavvicinarsi, con una perdita di tempo di 5-10 secondi per albero e una riduzione della produttività giornaliera di 10-151 TP3T.
Macchine a cavalletto che percorrono l'intera fila di alberi, raccogliendo i frutti in modo continuo durante il movimento. Aste vibranti interne, getti d'aria o dita rotanti staccano i frutti e li depositano su nastri trasportatori integrati. La macchina deve mantenere una velocità di avanzamento costante compresa tra 1,5 e 3,0 km/h, poiché il meccanismo di raccolta è calibrato per una specifica velocità di traslazione. Se la velocità di trazione varia di oltre ±5%, l'efficienza di raccolta diminuisce: se è troppo veloce, il meccanismo non raccoglie tutti i frutti; se è troppo lenta, i rami si danneggiano a causa dell'eccessiva esposizione all'energia vibrante.
Piattaforme semoventi che trasportano da 8 a 16 lavoratori per la raccolta manuale di mele destinate al mercato del fresco. La macchina si muove in modo continuo a una velocità compresa tra 0,3 e 1,0 km/h, adattandosi alla velocità di raccolta dei lavoratori. La trasmissione a ruote deve garantire una velocità variabile in modo continuo, senza scatti o pulsazioni percepibili, poiché i lavoratori si trovano su una piattaforma rialzata (da 1,5 a 3 metri di altezza) e qualsiasi movimento brusco crea un rischio di caduta. Le normative sulla sicurezza sul lavoro nelle principali regioni produttrici di mele richiedono che il movimento della piattaforma sia sufficientemente fluido da consentire ai lavoratori in piedi di non dover aggrapparsi alla struttura per mantenere l'equilibrio.
Tutti e tre i tipi condividono una sfida ingegneristica comune per la trazione: l'intervallo di velocità al suolo richiesto (da 0,3 a 3,0 km/h per la raccolta, più da 10 a 20 km/h per il trasferimento su strada/campo) copre un rapporto di trasmissione da 7:1 a 67:1. Le velocità di raccolta rientrano nell'intervallo in cui l'efficienza del motore idraulico diminuisce drasticamente (al di sotto di 5% della velocità massima, la maggior parte dei motori idraulici presenta pulsazioni di coppia), rendendo il rapporto di riduzione del riduttore epicicloidale e la qualità degli ingranaggi fondamentali per ottenere un funzionamento fluido e privo di pulsazioni a bassa velocità.
Terreno da frutteto: perché le macchine a trazione gommata per la raccolta delle mele si trovano ad affrontare condizioni che le macchine per la coltivazione in campo aperto non incontrano mai.
Una mietitrebbia opera su campi di cereali aperti e relativamente pianeggianti. Una raccoglitrice di mele, invece, opera in filari stretti nei frutteti – da 3 a 5 metri di larghezza tra i tronchi degli alberi – su terreni spesso in pendenza, sempre irregolari e spesso umidi a causa dell'irrigazione. La trazione deve essere in grado di gestire queste condizioni alle velocità di raccolta estremamente basse, dove il controllo della trazione è più difficile.
| Fattore terreno | Campo di grano | Melofrutteto | Drive Impact |
|---|---|---|---|
| larghezza della riga | Campo aperto | 3–5 m | È necessaria una sterzata stretta |
| Pendenza | 0–5% | 5–30% | Frenata in pendenza |
| Umidità del suolo | Stagionale | Irrigazione = bagnato | Trazione a bassa velocità |
| zona radicale | Nessuna restrizione | Sotto la chioma degli alberi | È necessaria una bassa pressione al suolo |
I frutteti collinari rappresentano l'ambiente più impegnativo per la trazione integrale. Molte regioni produttrici di mele di alta qualità (Stato di Washington, Alto Adige, Otago Centrale, Shimano) sfruttano i terreni collinari per il drenaggio, la circolazione dell'aria e l'esposizione al sole ottimali, che consentono di ottenere frutti di alta qualità. Le pendenze, comprese tra 6 e 17 gradi, sono comuni: una pendenza tale da costringere la macchina a salire sotto carico mantenendo la velocità di raccolta precisa.
Su un pendio 15% con una raccoglitrice di mele da 12 tonnellate, la componente gravitazionale richiede circa 17,6 kN di forza di trazione continua, prima di aggiungere la resistenza al rotolamento. Se la trazione sulle ruote non è in grado di fornire questa forza a 0,5 km/h senza pulsazioni di velocità, la macchina sobbalza e si blocca sul pendio, disallineando la testa vibrante rispetto ai tronchi degli alberi e danneggiando la frutta a causa di vibrazioni irregolari. trasmissione a ruota libera cambio epicicloidale Deve erogare una coppia fluida e continua alla velocità operativa più bassa, anche sui pendii più ripidi del frutteto: la combinazione più impegnativa di qualsiasi applicazione di trazione su ruote in agricoltura.
Utilizzo e stoccaggio stagionali: la sfida ingegneristica nascosta.
Una raccoglitrice di mele è in funzione dai 10 ai 42 giorni all'anno, ovvero durante il periodo di raccolta delle varietà di mele presenti nell'azienda agricola. Per i restanti 323-355 giorni, la macchina viene rimessata. Questo utilizzo stagionale estremamente variabile crea sfide ingegneristiche che nessuna macchina a funzionamento continuo si trova ad affrontare.
Durante il periodo di inattività, la trasmissione a ruote è soggetta a: (1) cicli di condensazione: le variazioni di temperatura tra il giorno e la notte causano la condensazione dell'umidità all'interno dell'alloggiamento del cambio, con accumulo sulle superfici degli ingranaggi e dei cuscinetti; (2) rilassamento delle guarnizioni: le guarnizioni a labbro che impediscono la fuoriuscita di olio e l'ingresso di contaminanti vengono compresse contro l'albero nella stessa posizione per 8-10 mesi, sviluppando una deformazione permanente che riduce l'efficacia della tenuta all'inizio della stagione successiva; e (3) corrosione statica: l'umidità derivante dalla condensa si combina con i prodotti di degradazione dell'olio per formare un ambiente leggermente acido che corrode le piste di rotolamento dei cuscinetti e le superfici dei denti degli ingranaggi nei punti di contatto in cui sono stati parcheggiati.
Il più dannoso di questi fenomeni è la corrosione da fermo dei cuscinetti (chiamata anche falsa Brinelling). Le sfere o i rulli dei cuscinetti rimangono in posizione fissa per mesi e l'umidità di condensa attacca la superficie della pista di rotolamento nella zona di contatto sottoposta a carico. Quando la macchina inizia la successiva stagione di raccolta, le zone di contatto corrose agiscono come punti di concentrazione delle sollecitazioni che innescano la scheggiatura nelle prime ore di funzionamento. Una trasmissione a ruote che ha funzionato perfettamente per l'intera stagione di raccolta precedente può guastarsi entro la prima settimana della nuova stagione, non per danni da funzionamento, ma per 10 mesi di fermo.
Protocolli di pre-conservazione e pre-stagione: Prima di riporre le macchine, le trasmissioni a ruote devono essere azionate per 15-20 minuti alla temperatura di esercizio per far evaporare l'umidità interna, quindi rabboccate con olio nuovo contenente additivi anticorrosivi. Prima della successiva stagione di raccolta, ruotare manualmente ciascuna ruota per almeno 3 giri completi per ridistribuire il film d'olio sulle piste di rotolamento dei cuscinetti e rompere eventuali legami di corrosione statica. Controllare l'olio per verificare la presenza di contaminazione da acqua (aspetto lattiginoso) e sostituirlo se contaminato. Queste due procedure, che richiedono meno di 30 minuti per macchina, possono prolungare la durata effettiva della trasmissione a ruote dal 30 al 50% rispetto alle macchine che vengono semplicemente parcheggiate e dimenticate tra una stagione e l'altra.
Fluidità della coppia a bassa velocità: perché la qualità degli ingranaggi determina la qualità della frutta
A velocità di raccolta comprese tra 0,5 e 3,0 km/h, l'albero di uscita della trasmissione ruota a circa 2-12 giri/minuto (a seconda del diametro del pneumatico e del rapporto di trasmissione). A queste velocità, ogni singolo innesto dei denti dell'ingranaggio è percepibile come un impulso di coppia discreto, e la somma di questi impulsi produce una variazione periodica della velocità chiamata cogging. Su una trasmissione con ingranaggi DIN Classe 8 (qualità industriale standard), l'ampiezza del cogging a 5 giri/minuto può raggiungere da 3 a 5 volte la velocità media, producendo un andamento ritmico di accelerazioni e frenate che è visibile sulla traccia di terreno come una variazione sinusoidale della velocità.
Per le raccoglitrici a scuotimento e raccolta, questa variazione di velocità sposta l'allineamento tra gli alberi di 30-80 mm per albero, una differenza sufficiente a disallineare la testa vibrante e a richiedere una correzione da parte dell'operatore. Per le raccoglitrici continue a filari, la variazione di velocità fa sì che il meccanismo di raccolta scuota eccessivamente alcuni alberi (troppo lentamente - danneggiando i rami) e insufficientemente altri (troppo velocemente - mancata raccolta dei frutti). Per le raccoglitrici a piattaforma, la variazione di velocità produce un movimento a scatti ritmico che affatica gli operatori e viola i requisiti di fluidità del movimento della piattaforma.
Gli ingranaggi di classe DIN 6 riducono l'ampiezza di cogging a 0,5-1,5%, al di sotto della soglia in cui la variazione di velocità è percepibile dall'operatore o misurabile sulla qualità della frutta. La specifica di qualità degli ingranaggi per le ruote motrici delle raccoglitrici di mele è quindi definita dai requisiti di qualità della frutta e di sicurezza dell'operatore, non dai requisiti di resistenza meccanica o di durata: una situazione insolita in cui la finitura superficiale dell'ingranaggio è il parametro di specifica primario e la resistenza dell'ingranaggio è secondaria.
Anche il rapporto di trasmissione del riduttore epicicloidale influisce sulla fluidità a bassa velocità. Un rapporto più elevato significa che il motore gira più velocemente alla stessa velocità della ruota, spostando il punto di funzionamento del motore lontano dalla sua zona di oscillazione a bassa velocità. Un rapporto di 100:1 con un motore a 300 giri/minuto produce un'uscita della ruota più fluida rispetto a un rapporto di 50:1 con un motore a 150 giri/minuto, anche se la velocità di avanzamento è identica, perché l'oscillazione della coppia del motore viene divisa dal rapporto di trasmissione più elevato e l'inerzia dei componenti del motore che ruotano più velocemente agisce come un volano meccanico che smorza la pulsazione per ogni giro.
Tre modalità di guasto specifiche per i sistemi di azionamento delle ruote delle mietitrici di mele.
Durante gli 8-10 mesi di inattività, l'umidità di condensa si accumula sulle piste di rotolamento dei cuscinetti nelle zone di contatto statico. L'umidità si combina con i prodotti di degradazione dell'olio, creando un ambiente leggermente corrosivo che provoca la formazione di piccole cavità sulla superficie indurita delle piste di rotolamento. Quando la macchina viene riavviata per la stagione successiva, queste cavità di corrosione agiscono come punti di concentrazione delle sollecitazioni da fatica, innescando la scheggiatura entro le prime 20-100 ore di funzionamento. Il guasto si manifesta con improvvisi rumori e vibrazioni dei cuscinetti all'inizio della stagione del raccolto, spesso attribuiti alla "sfortuna" piuttosto che alle condizioni di inattività che lo hanno causato.
Durante la raccolta, le mele cadute vengono schiacciate sotto le ruote della macchina, rilasciando succo di mela contenente acido malico (pH da 3,0 a 3,5). Questo succo acido schizza sull'alloggiamento della trasmissione, sulle guarnizioni dell'albero e sullo sfiato, e può penetrare attraverso guarnizioni usurate o tappi di scarico serrati in modo non corretto. All'interno del cambio, l'acido attacca gli additivi dell'olio e accelera la corrosione degli ingranaggi in acciaio e delle superfici dei cuscinetti. Il danno non è immediato: si sviluppa durante il periodo di stoccaggio poiché l'acido continua a reagire con le superfici in acciaio in assenza della circolazione protettiva dell'olio che le condizioni operative garantirebbero. Le macchine che raccolgono mele cadute a terra (mele già a terra) sono particolarmente esposte perché le ruote passano direttamente attraverso strati di residui di frutta fermentata e acida.
La velocità di raccolta estremamente bassa (da 0,5 a 3,0 km/h) si ottiene grazie alla combinazione della cilindrata del motore idraulico e del rapporto di riduzione del riduttore epicicloidale. Con l'usura del motore idraulico (aumento dei giochi interni), l'efficienza volumetrica diminuisce e la pulsazione della velocità (ondulazione) a bassi regimi aumenta. Un motore nuovo può erogare un flusso regolare a 2 giri/minuto; dopo 3.000-5.000 ore di funzionamento cumulativo, lo stesso motore produce un'oscillazione percettibile alla stessa velocità perché le perdite interne variano con la posizione angolare. L'operatore percepisce questo fenomeno come "la macchina ha iniziato a sobbalzare" e la risposta usuale è quella di aumentare il flusso idraulico (compensando con una velocità maggiore), il che riduce la qualità della raccolta.
Riduttore epicicloidale per la trasmissione a ruote motrici di mele: domande frequenti
L'azienda coreana Ever-Power fornisce riduttori epicicloidali per la trasmissione alle ruote delle raccoglitrici di mele, con coppie motrici da 3.000 a 25.000 Nm, caratterizzati da fluidità a bassissime velocità, frenata in pendenza e durata nel tempo anche durante lo stoccaggio stagionale.
Redattore: Cxm
