Korszerű „nagyvasak” a talajmunkákban

Kategória: Gépesítés | Szerző: dr. Kelemen Zsolt műszaki szakértő – Gödöllő, 2019/08/21

1. ábra. A talajművelő gépek felépítése döntően szerkezeti acélokra épül

A szántóföldi növénytermesztési munkák közül – a gyakorlat, illetve a szakma – a talajmunkákat tartja a legenergia-igényesebb munkaműveletnek. A fajlagos vonóerőigény, tehát az 1 m munkaszélességre jutó kN vonóerő, ezek közül is a talajlazítási és szántási munkáknál a legnagyobb. Ez természetesen függ az alkalmazott munkamélységtől, az eszköz konstrukciójától, de legfőképp az adott talajféleség fajlagos ellenállásától. Mindkét munkaművelet elvégzésének megvan az agrotechnikai optimuma, a lazítás eredményesen jó munkaminőségben csak száraz talajállapotok mellett, míg a szántás nyirkos (sem túl száraz, sem túl nedves) állapotú talajokon végezhető el. Ezen belül a talajok művelhetősége tág határok között – a laza, középkötött, kötött és nagyon kötött talajok művelhetősége – is nagymértékben változik.

Igénybevételek, tervezés

Az említett talajművelő eszközök lazítók és ekék szerkezeti részei is – az említett nagy fajlagos vonóerőigényből adódóan – nagy mechanikai igénybevételnek vannak kitéve. A lazítók és ekék szerkezeti részeire ható igénybevételek, tehát az említett talajellenállásból adódóan dinamikusan és nagyságrendileg is jelentősen változhatnak, különösen az utóbbi időszakban egyre gyakrabban jelentkező csapadékhiányos, száraz időjárási periódusoknak köszönhetően. A dinamikusan és nagyságrendileg is változó – és alkalomszerűen túlzott nagyságban fellépő – szilárdsági igénybevételek elviselésére alkalmas lazító- és ekekonstrukciók kialakításánál a gyártók már a tervezés folyamán alkalmazzák az AutoCAD (Computer Aided Design) valamelyik tervező szoftverét, végeselem modellezési és szimulációs megoldásokat a gyártástechnológiában pedig számítógép támogatású gyártásprogramok CAM (Computer Aided Manufacturing), robot- és lézertechnológia széleskörű alkalmazása történik.

Egy kis anyagismeret

Az AutoCAD számítógépes tervezési módszerekkel kialakított konstrukcióknál a korábbi szokványos szerkezeti anyagok helyett – éppen a változó és gyakran váratlanul fellépő nagy vonóerőigényből adódó dinamikus igénybevétel biztonságos elviselésére – gyakran alkalmaznak nagy szilárdságú, esetenként hőkezelhető szerkezeti acélokat – Strenx, SSAB Domex, -Boron, -Weathering, -Laser, -Multisteel –, melyeket a járműparkban is széles körben használnak, valamint a kopó alkatrészek nagy keménységű acélokból, például Hardox kerülnek kialakításra.

A nagy szilárdságú acélok szilárdsági jellemzőit nem a szakítószilárdsággal, hanem a folyáshatár értékével jellemzik. A nagy szilárdságú acélok nagy folyáshatárú acélok, e paraméterük – a normál szerkezeti acélok 235 MPa értékkével szemben – elérheti az 1100–1300 MPa értéket is, a nemesített, mikroötvözött, finomszemcsés szerkezeti acéloknál. Ezt a magas folyásértéket termomechanikus hengerléssel, hőkezeléssel, makro- és mikroötvözők használatával érik el. Ezzel a mezőgazdasági gépeken, talajművelő gépeken – ekék, lazítók, tárcsák, kultivátorok – a teherhordó szerkezeti részek, gerendelyek keresztmetszeti szelvénymérete jelentősen csökkenthető, ami jelentős súlymegtakarítást eredményez. Ezen túlmenően a talajművelő gépek erősen változó és extrém időjárás okozta változó talajállapotok miatti változó nagyságú, dinamikus igénybevételét is jobban elviselik a nagy szilárdságú, magas folyáshatárú szerkezeti acélokból kialakított szerkezetek. Ezzel szemben viszont a gyártás során sokkal szigorúbbak a technológiai, hegesztési, hőkezelési előírások, és gondosan be kell tartani azokat.

A talajművelő gépek esetében tehát a szélsőséges időjárás okozta – az egyébként még gazdaságon belüli változó talajviszonyok miatti – igénybevételek elviselésére a gyártók a teherviselő szerkezeteknél (vázkeret, kapaszárak) tehát a korábban alkalmazott, egyszerű szerkezeti anyagok helyett edzhető, hőkezelhető, nagy szilárdságú szerkezeti anyagokat használnak. A nagy szilárdságú acélok alkalmazása ugyan jelentős önsúlycsökkenést eredményezhet a talajművelő – ekék, lazítók, tárcsák, kultivátorok stb. – gépeknél, azonban mivel ezek konstrukciójukat tekintve döntően acélszerkezeti vázból és acélból kialakított munkaeszközökből állnak, ezért ragaszthatjuk és használhatjuk rájuk a – téma keretében a kamionos zsargonból átvett – „nagyvasak” kifejezést (1. ábra).

Konstrukciós megoldások

A talajművelő eszközökön a váratlan igénybevételek, törések elkerülésére a különböző konstrukciójú nyírócsapos, rugós vagy hidraulikus, illetve ezen kettő kombinációjából álló munkaeszköz-biztosítási megoldásokat alkalmazzák.

A Kverneland gyártmányú ekékre jellemző, hogy a teljes ekeszerkezet váza a gerendely, mely különböző méretű (pl. 120×300 mm 300 fordítóval) zártszelvényből készül, és a váltvaforgató változatoknál a fordítómű is hőkezelési eljáráson, indukciós edzésen esik át (2. ábra).

2. ábra.
A Kverneland-ekék teljes szerkezeti indukciós edzésen mennek keresztül

A váltvaforgató ekéknél ugyancsak a szerkezeti részek igénybevételét csökkenti a fordítóművek pontos működése, valamint egyes típusokon (pl. a Kverneland gyártmányoknál) az ekére ható vibráció csökkentése. Ez a konstrukció a csapos felfüggesztésű ekeszárak közé épített rugós, lengéscsillapítós megoldás. Ami működési elvét tekintve a járműveken alkalmazott lengéscsillapító elvén működik.

A különböző ekekonstrukcióknál ugyancsak az üzemi igénybevétel optimalizálását szolgálja a mechanikusan, különböző fokozatokban történő mechanikus vagy a hidraulikusan végezhető, fokozatmentes fogásszélesség-állítás. Az ekék esetében a vázkeret és az egyéb funkcionális szerkezeti részek túlzott szilárdsági igénybevétele a pontos beállításokkal is elkerülhető. A pontos alapbeállítás és a fogásszélesség mechanikus vagy hidraulikus úton történő állítása az eke vonóerőigénye és az üzemeltető traktor vonóerő-képességének összehangolása szempontjából is fontos.

Egyes gyártmányoknál, illetve váltvaforgató eketípusoknál az átfordítás – az előzőekben említett beállítások és a fordító működtetése – elektrohidraulikus vezérléssel történhet, ez a konstrukciós megoldás (pl. egyes Lemken váltvaforgató ekéknél) CCI-terminálon vagy az üzemeltető traktor fedélzeti komputerével ISOBUS szerinti adatátvitelt, kommunikációt biztosít. A TurnControl PRO szabályozza, vezérli az átfordítást, az első ekefej dőlésszögállítását, munkamélység- és fogásszélesség-állítást (3. ábra).

3. ábra. A beállítások elektromos vezérlésének terminálja

Művelőeszköz-biztosítási megoldások

A szárazabb talajviszonyok miatti talajellenállásból adódó megnövekedett igénybevételek miatti meghibásodások, nevezetesen törések elkerülésére alkalmazzák a talajművelő (lazítók, ekék, tárcsák, kultivátorok) gépeken a különböző nyírócsapos, tekercsrugós, laprugós vagy hidraulikus munkaeszköz-biztosítási megoldásokat. Az Amazone cég váltvaforgató ekéinél e három konstrukciós megoldás valamelyikét alkalmazzák (4. ábra).

4. ábra. A különböző munkaeszközbiztosítási alkalmazások

A legegyszerűbb nyírócsapos biztosításnál az ekefejet, illetve a kormánylemezt és szántóvasat tartó ekeszár csapszegen keresztül csatlakozik a gerendely csatlakozó eleméhez, és az elfordulást a beépített nyírócsap akadályozza meg. A megnövekedett ellenállás (kő vagy éppen talajellenállás) hatására a csap elnyíródik, és az ekefej elfordul, kitér az akadálytól. A hiba elhárítását követően az ekefejet eredeti helyzetébe kell állítani és új nyírócsapszeget kell beszerelni. A tekercsrugós biztosításnál az ekefej felfüggesztése, vagyis a gerendelyhez való csatlakoztatása tekercsrugó terhelésű, karos mechanizmuson keresztül történik. A vonóerő növekedésekor a mechanizmus tekercsrugója összenyomódik, az ekefej a mechanizmus elfordulásának megfelelően kiemelkedik, és a mechanizmus biztosítókörme ebben a helyzetben rögzíti. Az akadályon történő túlhaladás után az ekefej manuálisan üzemi helyzetbe visszaállítható, vagyis ezt a biztosítási megoldást nevezi a szakma félautomata biztosításnak. A harmadik megoldásnál az ekefejek egy konzolon függőleges csapon keresztül csatlakoznak az eke gerendelyéhez, és nyomáshatároló szeleppel ellátott hidraulikus munkahengerek tartják őket munkahelyzetben. A megnövekedett vonóerő hatására a hidraulikus munkahengerekben megnő a nyomás, és a nyomáshatároló szelep kinyit, az ekefej pedig el tud fordulni, ki tud térni. A vonóerő visszaállása következtében a munkahengerek üzemi helyzetbe állítják az ekefejeket, tehát ezt a rendszert nevezhetjük automata biztosítási rendszernek.

Az Amazone cég egyéb talajművelő gépeinél is megtalálhatóak ezek a munkaeszköz-biztosítási megoldások, például a Cenius mulcskultivátoroknál a kultivátor gerendelyéhez tekercsrugós mechanizmussal kapcsolódó vagy nyírócsapszeges csatlakozású kapaszár biztosítás.

A talajlazítók munkaeszközei, teherviselő vázkerete – éppen a száraz talajviszonyok melletti – normál üzemeltetés mellett is nagy szilárdsági igénybevételnek vannak kitéve. Ezért ezek a gépek robusztus építésű konstrukciók. A vázkeretük rendszerint nagy falvastagságú, zártszelvényű acélból hegesztéssel készül. Anyagminőség tekintetében pedig az előzőekben részletesen tárgyalt, nagy szilárdságú, nagy folyáshatárú szerkezeti acélalkalmazások a jellemzőek. A munkaszerszámmal szerelt lazítószárak kengyelcsavarokkal csatlakoznak a lazítók gerendelyéhez, az említett nyírócsapos, tekercsrugós vagy hidraulikus munkaeszköz-biztosításon keresztül.

Kopó alkatrészek, hőkezelés, csapágyazás

A talajművelő gépeknél a funkcionálisan működő szerkezeti részeket, a munkaeszközöket az extrém talajállapotok – túl száraz vagy túl nedves – nemcsak szilárdsági szempontból teszik ki nagy igénybevételnek, hanem ezen túlmenően nagy a koptató igénybevétel is, ezért ezeket az alkatrészeket kopó alkatrészeknek is nevezzük. Éppen a nehéz és extrém, nagyon változó talajviszonyok melletti munkavégzésre, az élettartam növelésére – a gyártók a kopó alkatrészek gyártása során – különleges kopásálló anyagokat, különleges ötvözésű szerkezeti acélokat és hőkezelési eljárásokat alkalmaznak. Az ekék esetében a szántóvasak különleges kovácsolási, hőkezelési eljárásokkal és gyakran keményfém felrakással készülnek. A kormánylemezek gyakran különleges acélötvözetből készülnek, a Kverneland típusoknál például bóracél ötvözetek, melyeket kétlépcsős hőkezelésnek, 12 órás indukciós edzésnek vetnek alá. A kormánylemez felületi edzése következtében a felső réteg edzett kemény lesz, ellenáll a kopásnak, míg az alsó réteg megőrzi a szívósságát. Ezeknél a típusoknál – mint az már az előzőekben is említésre került – a teljes ekeszerkezet, így az ekeszárak is indukciós edzésen esnek át, de ez a hőkezelési eljárás egyéb, a márkához tartozó talajművelő gépekre is jellemző, például a kultivátorok kapaszárai is – az indukciós edzés következtében – nagyon rugalmas munkavégzést biztosítanak.

A kopó alkatrészek a kultivátorok és lazítók munkaeszközeinél is – a nagy koptató igénybevétel elviselésére – szintén keményfém felrakással, hegesztéssel készülnek (5/a-b. ábra).

5/a–b ábra. A lazítók munkaeszközei keményfém felrakással készülnek és cserélhetőek

A kultivátorok és lazítók, kultivátorok, kombinált kultivátorok, lazító és egyéb munkaeszközei azonban gyakran kopásálló acélötvözetből készülnek, Hardrox, vagyis ahhoz hasonló – az előzőekben ismertetett márkájú – anyagból vannak kialakítva. Ezek a gyorsan kopó munkaeszközök cserélhetőek csavarkötéssel vagy gyorscsatlakozó elemekkel rögzíthetők a kapa vagy munkaeszköz szárára. Ezeknek az alkatrészeknek a pótlására beszállító cégek is vállalkoznak, melyek szintén garantált minőségű Hardrox anyagokat használnak (6. ábra).

6. ábra. A keményfémből készült kultivátor munkaeszközök cserélhetőek

A talajművelő gépek egyéb munkavégző elemeinél is, például a tárcsaleveleknél is – az előzőekben ismertetett – kopásálló acélötvözetek hőkezelt változatainak alkalmazásaival találkozhatunk a talaj koptató hatásának elviselésére. A tárcsák tárcsaleveleinél éppen a szélsőséges talajállapotokból adódó extrém igénybevételek elviselésére a gyártók különös gondot fordítanak a tárcsalevelek elhelyezésére, osztástávolságára, csapágyazási megoldásaira, por elleni védelmére. A talajterhelésből adódó igénybevétel kiegyenlítésére alkalmazzák a gumituskós felfüggesztést (7. ábra).

7. ábra. A tárcsalevelek gumibakos felfüggesztése csökkenti az igénybevételt

A tárcsalevelek csapágyazása – az említett nagy igénybevételek nélkül – az axiális és radiális terhelések biztonságos elviselésére általában kétsoros, mélyhornyú, gondozást nem igénylő megoldású. A porvédelmet pedig különleges kialakítású tömítőgyűrűkkel és O gyűrűkkel oldják meg (8. ábra).

Ajánlott kiadványokDr. Hajdú József:
A 21. század traktoraiDr. Kukovics Sándor szerk.:
A bárány- és juhhús fenntarthatóságaBai Attila - Lakner Zoltán - Marosvölgyi Béla - Nábrádi András:
A biomassza felhasználásaHarasztiné Lajtár Klára:
A borkezelés, palackozás, csomagolás és szállítás berendezései - Borászati technológiák II.

Ez is érdekelhetiA káposztafélék gépi betakarításaParlament előtt a 2025. év adózását meghatározó őszi adócsomagA lovak jólléte: a gondos lótartás eszközei és szabályai