Závitovkový prevod pre poľnohospodárske stroje – Sprievodca životnosťou v teréne

Skutočné náklady na poruchu prevodovky počas sejby

Sadzač ryže so zaseknutým hriadeľom závitovkového prevodu počas prvého týždňa sezóny výsadby ryže sa nedá rýchlo opraviť. Najbližšie autorizované servisné stredisko môže byť vzdialené 80 km. Náhradný diel bude možno potrebné objednať od regionálneho distribútora, čo trvá 5 až 10 dní. Stroj stojí nečinný na poli. V provincii Jeolla je optimálne obdobie presádzania pre hlavnú sezónu približne 18 dní. Sedemdňový prestoj stroja v rámci tohto obdobia môže stáť viac na strate úrody a strate pracovnej sily ako hodnota všetkých komponentov pohonného systému sadzača.

Tento druh poruchy – zlomenie hriadeľa závitovky pri prvom kontakte s ponoreným kameňom počas prípravy ryže – nie je udalosťou mechanického preťaženia v konvenčnom zmysle. Nebol prekročený menovitý krútiaci moment hriadeľa závitovky uvedený v technických údajoch. Zlyhala... krehká trhlina na hranici puzdra a jadra indukčne kaleného hriadeľa C45, čo je poruchový režim, ktorý sa objavuje pri rázovom zaťažení, aj keď je ustálený krútiaci moment v rámci menovitého výkonu. Pochopenie tohto rozdielu – medzi trvalou krútiacou kapacitou a odolnosťou voči lomu pri náraze – je východiskovým bodom pre špecifikáciu poľnohospodárskych závitovkové prevody ktoré skutočne prežijú poľné podmienky.

Výrobcovia spoločnosti Ever-Power v Kórei vysokovýkonné závitovkové prevody pre poľnohospodárske stroje s materiálmi, povrchovými úpravami a špecifikáciami mazív zvolenými podľa troch režimov porúch v teréne, ktoré predstavujú väčšinu výmen poľnohospodárskych závitovkových prevodov v kórejských a juhovýchodných ázijských regiónoch pestovania ryže a zeleniny.

Tri spôsoby poruchy, ktoré zodpovedajú za väčšinu výmen poľnohospodárskych závitovkových prevodov

◆ Spôsob porušenia 1 – Krehký lom na hranici indukčného kalenia

Oceľ C45 so stredným obsahom uhlíka dobre reaguje na indukčné kalenie – povrch dosahuje tvrdosť 55–58 HRC, čo poskytuje dobrú odolnosť proti klznému opotrebeniu v oblasti závitu závitovky. Problémom je prechodová zóna medzi tvrdým povrchom a nekaleným jadrom. V tejto zóne prechádza mikroštruktúra ocele z tvrdého martenzitu na mäkší perlit/ferit v hĺbke 0,5 až 1,5 mm. Pri statickom zaťažení táto hranica nie je problémom. Pri nárazovom zaťažení – narážajúci radlicový pluh na zakopaný kameň, mechanizmus prsta presádzača na hrudu pôdy – stav napätia v koreni závitu zahŕňa ohybovú zložku, ktorá sa sústreďuje na tejto hranici. Krehký lom začína tam a šíri sa cez prierez závitu v milisekundách. Hriadeľ sa pred zlomením neohne. Lomový povrch je zrnitý a lesklý, charakteristický pre krehké porušenie, nie pre matný vláknitý povrch pri tvárnom preťažení.

◆ Spôsob poruchy 2 – Korózia pri skladovaní a zaseknutie pri spustení

Poľnohospodárske stroje v Kórei a juhovýchodnej Ázii sa intenzívne používajú 1 až 3 mesiace počas vegetačného obdobia a potom sa skladujú – často vonku alebo v nevykurovaných prístreškoch – zvyšných 9 až 11 mesiacov. Počas skladovania napádajú nechránené závitovkové hriadele súčasne dva korózne procesy. Atmosférická vlhkosť spôsobuje všeobecnú povrchovú hrdzu, ktorá je viditeľná a niekedy upúta pozornosť obsluhy. Škodlivejšia je štrbinová korózia, ktorá sa vyvíja v úzkej medzere medzi bokmi závitu hriadeľa a bronzovými zubami kolesa, kde sa zachytáva zvyšková pôdna vlhkosť a roztok hnojiva z poľnej sezóny. Keď sa stroj v nasledujúcej sezóne spustí, táto zóna štrbinovej korózie môže spôsobiť adhézne zadretie pri prvom zábere – strhnutie materiálu zo závitu hriadeľa aj z čelnej plochy zuba kolesa, čím sa zanechá drsný roztrhnutý povrch, ktorý od tohto bodu urýchľuje opotrebovanie.

◆ Spôsob poruchy 3 – Tepelné poškodenie maziva v letnej prevádzke

Uzavretá skriňa závitovkového prevodu utesnená minerálnym mazivom NLGI 2 bude mať počas letnej dennej prevádzky v Kórei a juhovýchodnej Ázii, keď okolitá teplota dosiahne 33 – 38 °C a skriňa je vystavená priamemu slnku, typicky vnútorné teploty 65 – 80 °C. Väčšina štandardných poľnohospodárskych mazív na minerálnej báze má body skvapnutia 170 – 185 °C, ale pri trvalých teplotách nad 75 °C začína dochádzať k riedeniu viskozity a oddeľovaniu oleja. Základný olej uniká zo zahusťovadla a migruje preč od kontaktnej zóny, pričom na povrchoch ozubených kolies zostáva suché zahusťovadlo. Závitovka sa určitý čas otáča po zostávajúcom filme, potom vykazuje adhézne opotrebenie, ktoré začína charakteristickým rozmazaním a leštením povrchu bronzového zuba kolesa, ktoré nakoniec prechádza do odierania.

Rozsah špecifikácií – Poľnohospodárske použitie

Výrobné zariadenie

Metalurgia odolných závitovkových hriadeľov a kolies v teréne

Riešenie problému krehkého lomu si vyžaduje pochopenie toho, čo sa v skutočnosti zmení pri prechode z indukčného kalenia C45 na kalenie 40Cr. Indukčné kalenie zahrieva iba povrchovú vrstvu hriadeľa – zvyčajne do hĺbky 1,5 až 3,0 mm – a kalí ju na martenzit s tvrdosťou 55 – 58 HRC. Jadro zostáva nekalené, mäkké a relatívne húževnaté, ale prechodová zóna medzi týmito dvoma oblasťami vytvára lokálnu metalurgickú diskontinuitu. Pri ohybovom zaťažení v koreni závitu sa na tejto hranici vytvárajú koncentrácie napätia a martenzit s vysokým obsahom uhlíka v prípade – ktorý je tvrdý, ale nie tvárny – neprerozdeľuje napätie lokálnym deformovaním predtým, ako dôjde k lomu.

Kalenie oceľou 40Cr túto hranicu eliminuje. Celý prierez hriadeľa sa zahrieva a kalí, aby sa dosiahla rovnomerná tvrdosť, a potom sa povrchovo popúšťa na 50 – 55 HRC s konzistentnou tvrdosťou v celom priereze. Nie je tu žiadne mäkké jadro, žiadna tvrdá škrupina ani žiadna metalurgická diskontinuita medzi nimi. Pri rovnakom rázovom ohybovom zaťažení v oblasti koreňa závitu kalený materiál 40Cr prerozdeľuje napätie malou plastickou deformáciou pred lomom – absorbuje energiu nárazu, ktorá by za rovnakých podmienok zlomila indukčne kalený hriadeľ C45. Nevýhodou je o niečo nižšia špičková povrchová tvrdosť (50 – 55 HRC oproti 55 – 58 HRC), ktorá mierne ovplyvňuje odolnosť proti klznému opotrebeniu, ale je úplne prijateľná pre prevádzkové tlaky v kontaktoch zubov poľnohospodárskych závitovkových prevodov.

V prípade závitovkového kolesa zahŕňa voľba medzi hliníkovo-železným bronzom (ZCuAl10Fe3) a cínovým bronzom (ZCuSn10Pb1) priamy kompromis medzi pevnosťou a odolnosťou proti opotrebovaniu. Cínový bronz má pevnosť v ťahu približne 250 – 280 MPa a na rozhraní siete vytvára samoobnovujúcu sa tribologickú prenosovú vrstvu, ktorá poskytuje výnimočné vlastnosti proti opotrebovaniu a oderu pri nepretržitom kĺzaní. Hliníkovo-železný bronz má pevnosť v ťahu 550 – 600 MPa – viac ako dvojnásobok – a podstatne lepšiu odolnosť proti nárazu, ale o niečo slabšiu odolnosť proti oderu pri nepretržitom kĺzaní vysokou rýchlosťou. Pre poľnohospodárske pohony, kde je rozhodujúcou záťažovou udalosťou nárazový impulz z kamennej prekážky, a nie nepretržitá prevádzka vysokou rýchlosťou, je správnou špecifikáciou hliníkový bronz. Pre aplikácie s nepretržitou prevádzkou, ako sú otočné prevodovky zavlažovacích systémov, sa uprednostňuje cínový bronz.

Jedna kritická poznámka o kompatibilite mazív: hliníkovo-železný bronz je chemicky citlivý na prísady do olejov pre extrémne tlaky (EP) na báze zlúčenín síry alebo chlóru. Síra reaguje s meďou a hliníkom v zliatine a na povrchu zubov vytvára korozívne reakčné produkty, ktoré urýchľujú opotrebovanie – niekedy rýchlejšie ako žiadne mazanie. Špecifikujte minerálny olej bez prísad EP alebo syntetické mazivá na báze PTFE a sulfonátu vápenatého – všetky sú potvrdene kompatibilné s oboma druhmi bronzov.

Navrhovanie závitovkového pohonu pre 10-mesačné skladovanie mimo sezóny

Mimosezónne skladovanie je konštrukčné obmedzenie špecifické pre poľnohospodárstvo, ktorému sa literatúra o priemyselnom závitovkovom prevode sotva venuje. Teleso závitovkového prevodu, ktoré sa nachádza v nevykurovanej stodole od novembra do marca v strednej Kórei, prechádza približne 120 cyklami mrazu a topenia. Vlhkosť zachytená vo vnútri nedostatočne utesneného telesa kondenzuje každé ráno na povrchu hriadeľa závitovky, keď teplota stúpne, a potom sa čiastočne odparí cez odvzdušňovaciu zátku. Zvyškové pôdne minerály a zvyšky hnojív v kondenzáte sa v priebehu nasledujúcich cyklov koncentrujú na povrchu hriadeľa. Do jari môže povrch zubov neošetreného hriadeľa závitovky C45 niesť viditeľnú oranžovú vrstvu hrdze na bokoch závitu – a čo je ešte dôležitejšie, tenký film produktu korózie v kontaktnej zóne záberu kolesa, ktorý pri prvom spustení pôsobí ako jemné abrazívum.

Úprava závitovkového hriadeľa fosfátom zinočnatým rieši tento mechanizmus v jeho jadre. Vrstva fosfátu zinočnatého je mikroporézny anorganický povlak, ktorý udržiava mazivo na povrchu hriadeľa kapilárnym pôsobením, aj keď sa mazivo počas dlhého skladovania z povrchu hriadeľa uvoľňuje. Keď dôjde ku kondenzácii a na tenkom filme maziva sa začne tvoriť povrchová hrdza, hrdza sa tvorí prednostne na vrstve oxidu fosfátu zinočnatého a nie na oceľovom podklade. Tým sa oneskorí bod, v ktorom korózia základného kovu dosiahne kontaktnú zónu zubov, zvyčajne o toľko, aby prežila 10-mesačné skladovanie, po ktorom nasleduje čistý záber pri prvom spustení.

Špecifikácia maziva pre dlhodobé skladovanie vyžaduje syntetický základový olej namiesto minerálneho. Minerálne olejové mazivá vykazujú merateľné úniky oleja pri teplotách nad 60 – 70 °C – čo znamená, že počas letného skladovania (strecha stodoly môže v júli dosiahnuť povrchovú teplotu 50 °C, čo spôsobuje vnútorné teploty 45 – 50 °C s obmedzeným vetraním) olej uniká zo zahusťovadla maziva a migruje do najnižšieho bodu v kryte. Do novembra už na povrchoch ozubených kolies nemusí zostať v podstate žiadny mazací film. Syntetické mazivo na báze PAO NLGI 2 so sulfonátom vápenatým si zachováva odolnosť voči oddeľovaniu oleja do 80 °C a viac a jeho bod tuhnutia pod -40 °C zabezpečuje, že nestvrdne do bodu, ktorý by bránil záberu ozubeného kolesa pri zimných ranných štartovacích teplotách.

Referenčný prehľad o výmene zariadenia

Názvy značiek uvedené nižšie slúžia len na účely porovnania rozmerov a neznamenajú žiadny obchodný ani technický vzťah. Všetky ochranné známky sú majetkom ich príslušných vlastníkov.

Referencie zákazníckych projektov

Štandardná poľnohospodárska vs. vysoko odolná poľná špecifikácia

Pre poľnohospodárske aplikácie vyžadujúce kompletne utesnenú pohonnú jednotku sú k dispozícii párované páry závitovkových prevodov v krytoch s krytím IP65 a IP67, ktoré sú z výroby naplnené syntetickým mazivom s vyššie uvedenou špecifikáciou. Kompaktný kryt. závitovkové reduktory Pohony pre sadbovače, sejačky a zavlažovacie systémy sú k dispozícii na priamu montáž bez úpravy krytu. Navštívte závitovkové ozubenie.horná časť pre kompletný sortiment poľnohospodárskych závitovkových prevodov.

Často kladené otázky