Šnekové převody pro zemědělské stroje – Průvodce odolností v terénu

Skutečné náklady na selhání ozubeného kola během setby

Sázecí stroj na rýži s zadřenou hřídelí šnekového převodu během prvního týdne setí rýže se nedá rychle opravit. Nejbližší autorizované servisní středisko může být vzdálené 80 km. Náhradní díl může být nutné objednat u regionálního distributora, což trvá 5 až 10 dní. Stroj stojí na poli nečinně. V provincii Čolla je optimální doba pro přesazování hlavní sezóny přibližně 18 dní. Sedmidenní prostoj stroje během tohoto období může stát více na ztrátě výnosu a vynaložení pracovních sil než hodnotu všech komponent pohonného systému sázecího stroje.

Tento druh selhání – zlomení hřídele šneku při prvním kontaktu s ponořeným kamenem během přípravy rýže – není mechanickým přetížením v konvenčním smyslu. Nebyl překročen jmenovitý krouticí moment hřídele šneku uvedený v datovém listu. Selhala... křehká trhlina na hranici pouzdra a jádra indukčně kalené hřídele C45, což je poruchový režim, který se objevuje při rázovém zatížení, i když je ustálený krouticí moment v mezích jmenovitého výkonu. Pochopení tohoto rozdílu – mezi trvalou točivou kapacitou a odolností proti lomu v důsledku nárazu – je výchozím bodem pro specifikaci zemědělských pohony šnekových převodů které skutečně přežívají v polních podmínkách.

Výrobci společnosti Ever-Power v Koreji Vysoce odolné šnekové převodovky pro zemědělské stroje s materiály, povrchovými úpravami a specifikacemi maziv zvolenými podle tří režimů selhání v terénu, které představují většinu výměn zemědělských šnekových převodů v korejských a jihovýchodních asijských regionech pěstování rýže a zeleniny.

Tři způsoby selhání, které jsou zodpovědné za většinu výměn zemědělských šnekových převodů

◆ Způsob porušení 1 – Křehký lom na hranici indukčního kalení

Středně uhlíková ocel C45 dobře reaguje na indukční kalení – povrch dosahuje tvrdosti 55–58 HRC, což poskytuje dobrou odolnost proti kluznému opotřebení v oblasti závitu šneku. Problémem je přechodová zóna mezi tvrdým pláštěm a nekaleným jádrem. V této zóně přechází mikrostruktura oceli z tvrdého martenzitu na měkčí perlit/ferit v hloubce 0,5 až 1,5 mm. Při statickém zatížení tato hranice nepředstavuje problém. Při rázovém zatížení – náraz pluhu na zasypaný kámen, náraz mechanismu prstu přesazovacího stroje na hrudu půdy – zahrnuje stav napětí v oblasti kořene závitu ohybovou složku, která se koncentruje na této hranici. Křehký lom zde začíná a šíří se po celé průřezové části závitu v milisekundách. Dřík se před zlomením neohne. Lomový povrch je zrnitý a lesklý, charakteristický pro křehké porušení, nikoli matný vláknitý povrch tvárného přetížení.

◆ Druh poruchy 2 – Koroze při skladování a zadření při spuštění

Zemědělské stroje v Koreji a jihovýchodní Asii se intenzivně používají 1 až 3 měsíce během vegetačního období a poté se zbývajících 9 až 11 měsíců skladují – často venku nebo v nevytápěných halách. Během skladování dochází současně k dvěma korozním procesům, které napadají nechráněné šnekové hřídele. Atmosférická vlhkost způsobuje obecnou povrchovou rez, která je viditelná a někdy upoutá pozornost obsluhy. Ještě škodlivější je štěrbinová koroze, která se vyvíjí v úzké mezeře mezi boky závitu hřídele a bronzovými zuby kola, kde se zachycuje zbytková půdní vlhkost a roztok hnojiva z polní sezóny. Při spuštění stroje v následující sezóně může tato štěrbinová korozní zóna způsobit adhezní zadření při prvním záběru – strhávání materiálu jak ze závitu hřídele, tak z čelní plochy zubu kola, což zanechává drsný, roztržený povrch, který od tohoto bodu dále urychluje opotřebení.

◆ Způsob poruchy 3 – Tepelné poškození maziva v letním provozu

Uzavřená skříň šnekového převodu utěsněná minerálním mazivem NLGI 2 bude mít během letního denního provozu v Koreji a jihovýchodní Asii obvykle vnitřní teploty 65–80 °C, kdy okolní teploty dosáhnou 33–38 °C a skříň je vystavena přímému slunci. Většina standardních zemědělských maziv na minerální bázi má body skápnutí 170–185 °C, ale při trvalých teplotách nad 75 °C začíná vykazovat ztenčování viskozity a oddělování oleje. Základový olej uniká ze zahušťovadla a migruje pryč z kontaktní zóny, přičemž na povrchu ozubeného kola zanechává suché zahušťovadlo. Šnek se po zbývajícím filmu po určitou dobu otáčí, poté vykazuje adhezní opotřebení, počínaje charakteristickým rozmazáváním a leštěním bronzového povrchu zubů kola, které nakonec přechází do zadření.

Rozsah specifikací – Zemědělské použití

Výrobní zařízení

Metalurgie šnekových hřídelí a kol odolných v terénu

Řešení problému křehkého lomu vyžaduje pochopení toho, co se ve skutečnosti změní při přechodu z indukčního kalení C45 na průběžné kalení 40Cr. Indukční kalení zahřívá pouze povrchovou vrstvu hřídele – obvykle do hloubky 1,5 až 3,0 mm – a kalí ji na martenzit s tvrdostí 55–58 HRC. Jádro zůstává nekalené, měkké a relativně houževnaté, ale přechodová zóna mezi těmito dvěma oblastmi vytváří lokální metalurgickou diskontinuitu. Při ohybovém zatížení v oblasti kořene závitu se na této hranici vyvíjejí koncentrace napětí a martenzit s vysokým obsahem uhlíku v případě – který je tvrdý, ale ne tvárný – nerozkládá napětí lokálním mezním deformacím před zahájením lomu.

Kalení ocelí 40Cr tuto hranici eliminuje. Celý průřez hřídele se zahřeje a kalí, aby se dosáhlo rovnoměrné tvrdosti, a poté se povrchově popustí na 50–55 HRC s konzistentní tvrdostí v celém průřezu. Neexistuje žádné měkké jádro, žádná tvrdá skořepina ani žádná metalurgická diskontinuita mezi nimi. Při stejném rázovém ohybovém zatížení v oblasti závitu kalený materiál 40Cr přerozděluje napětí malou plastickou deformací před lomem – absorbuje energii nárazu, která by za stejných podmínek zlomila indukčně kalený hřídel C45. Nevýhodou je o něco nižší špičková povrchová tvrdost (50–55 HRC vs. 55–58 HRC), která mírně ovlivňuje odolnost proti kluznému opotřebení, ale je zcela přijatelná pro provozní tlaky v kontaktech zubů zemědělských šnekových převodů.

U šnekového kola zahrnuje volba mezi hliníkovo-železným bronzem (ZCuAl10Fe3) a cínovým bronzem (ZCuSn10Pb1) přímý kompromis mezi pevností a odolností proti opotřebení. Cínový bronz má pevnost v tahu přibližně 250–280 MPa a na rozhraní sítě tvoří samoobnovitelnou tribologickou přenosovou vrstvu, která poskytuje výjimečné vlastnosti proti opotřebení a zadření při nepřetržitém kluzu. Hliníkovo-železný bronz má pevnost v tahu 550–600 MPa – více než dvojnásobek – a podstatně lepší rázovou odolnost, ale o něco slabší odolnost proti zadření při nepřetržitém kluzu vysokou rychlostí. Pro zemědělské pohony, kde je rozhodující zátěžovou událostí nárazový impuls z kamenné překážky spíše než nepřetržitý provoz vysokou rychlostí, je správnou specifikací hliníkový bronz. Pro aplikace s nepřetržitým provozem, jako jsou otočné převodovky zavlažovacích systémů, je vhodnější cínový bronz.

Jedna kritická poznámka ke kompatibilitě maziv: hliníkovo-železný bronz je chemicky citlivý na přísady do olejů pro extrémní tlaky (EP) na bázi sloučenin síry nebo chloru. Síra reaguje s mědí a hliníkem ve slitině a na povrchu zubu vytváří korozivní reakční produkty, které urychlují opotřebení – někdy rychleji než žádné mazání. Použijte minerální olej bez přísad EP nebo syntetická plastická maziva na bázi PTFE a sulfonátu vápenatého – všechna jsou potvrzena jako kompatibilní s oběma druhy bronzů.

Konstrukce šnekového pohonu pro 10měsíční skladování mimo sezónu

Mimosezónní skladování je konstrukční omezení specifické pro zemědělství, kterému se literatura o průmyslových šnekových převodech sotva věnuje. Skříň šnekového převodu, která je od listopadu do března v nevytápěné stodole ve střední Koreji, prochází přibližně 120 cykly mrazu a rozmrazování. Vlhkost zachycená uvnitř nedostatečně utěsněné skříně kondenzuje každé ráno, když teplota stoupne, na povrchu hřídele šneku a poté se částečně odpaří přes odvzdušňovací zátku. Zbytkové půdní minerály a zbytky hnojiv v kondenzátu se v průběhu po sobě jdoucích cyklů koncentrují na povrchu hřídele. Na jaře může povrch zubu neošetřené hřídele šneku C45 nést viditelnou oranžovou vrstvu rzi na bocích závitu – a co je důležitější, tenký film korozního produktu v kontaktní zóně kola, který při prvním spuštění působí jako jemné abrazivo.

Ošetření hřídele šneku fosfátem zinečnatým řeší tento mechanismus v jeho jádru. Vrstva fosfátu zinečnatého je mikroporézní anorganický povlak, který udržuje mazivo na povrchu hřídele kapilárním působením, a to i v případě, že se mazivo během dlouhodobého skladování z povrchu hřídele vzdaluje. Když dojde ke kondenzaci a na tenkém filmu maziva se začne tvořit povrchová rez, rez se tvoří přednostně na vrstvě oxidu fosfátu zinečnatého než na ocelovém substrátu. Tím se oddaluje bod, kdy koroze základního kovu dosáhne kontaktní zóny zubu, obvykle o tolik, aby přežila 10měsíční skladovací dobu, po níž následuje čistý záběr při prvním spuštění.

Specifikace maziva pro dlouhou životnost při skladování vyžaduje syntetický základový olej, nikoli minerální. Minerální plastická maziva vykazují měřitelné úniky oleje při teplotách nad 60–70 °C – což znamená, že během letního skladování (střecha stodoly může v červenci dosáhnout povrchové teploty 50 °C, což vede k vnitřním teplotám 45–50 °C s omezeným větráním) olej uniká ze zahušťovadla plastického maziva a migruje do nejnižšího bodu skříně. Do listopadu nemusí na površích ozubených kol zbývat v podstatě žádný mazací film. Syntetické plastické mazivo na bázi PAO NLGI 2 se sulfonátem vápenatým si zachovává odolnost proti oddělování oleje do 80 °C a výše a jeho bod tuhnutí pod -40 °C zajišťuje, že netvrdne do bodu, který by bránil záběru ozubeného kola při zimních ranních spouštěcích teplotách.

Referenční informace o výměně zařízení

Níže uvedené názvy značek jsou uvedeny pouze pro účely porovnání rozměrů a neznamenají žádný obchodní ani technický vztah. Všechny ochranné známky jsou majetkem příslušných vlastníků.

Reference zákaznických projektů

Standardní zemědělská vs. vysoce odolná polní specifikace

Pro zemědělské aplikace vyžadující kompletně utěsněnou pohonnou jednotku jsou k dispozici párované páry šnekových převodů v pouzdrech s krytím IP65 a IP67, která jsou z výroby naplněna výše popsaným syntetickým mazivem. Kompaktní uzavřený prostor šnekové reduktory Pohony pro sázecí stroje, secí stroje a zavlažovací systémy jsou k dispozici pro přímou montáž bez úpravy krytu. Navštivte šnekové kolo.horní pro kompletní sortiment zemědělských šnekových převodových komponentů.

Často kladené otázky