Rotory maszyn rolniczych (bębny młócące kombajnów, rozdrabniacze słomy, kosiarki rotacyjne itp.) obracają się z dużymi prędkościami i mają znaczną masę. Nawet niewielkie naruszenie wyważenia takich rotorów może powodować silne drgania, wpływające na pracę całej maszyny. Wyważanie rotorów jest niezwykle ważnym elementem obsługi kombajnów i kosiarek, od którego zależy niezawodność i efektywność techniki. Jednak w praktyce temu zagadnieniu często poświęca się zbyt mało uwagi. W rezultacie niewyważone zespoły prowadzą do przyspieszonego zużycia części, niespodziewanych awarii w szczycie sezonu, a nawet stwarzają zagrożenie dla bezpieczeństwa.
Jakie konsekwencje powoduje i czym jest nieprawidłowe wyważenie podzespołów?
Niewyważenie rotora to nierównomierny rozkład masy względem osi obrotu. Innymi słowy, rotor ma "ciężką" stronę lub odcinek, powodujący bicie podczas obracania się. Wyróżniamy dwa główne rodzaje niewyważenia: statyczne i dynamiczne.
- Niewyważenie statyczne występuje, gdy środek ciężkości rotora nie pokrywa się z osią jego obrotu. Na przykład, gdy rotor swobodnie zawiesimy lub umieścimy na poziomych podporach, obróci się on cięższym miejscem w dół. Aby usunąć tego typu niewyważenie, wystarczy dodać lub usunąć masę w jednej płaszczyźnie, aż do momentu wyrównania środka ciężkości z osią obrotu.
- Niewyważenie dynamiczne jest bardziej skomplikowane: powstaje, gdy cięższe punkty znajdują się na różnych końcach rotora. W stanie statycznym taki rotor może wyglądać na wyważony (ciężkie punkty na przeciwległych końcach niejako wzajemnie się kompensują), jednak po rozpędzeniu siły odśrodkowe tych punktów działają w różnych płaszczyznach, powodując drgania. Dynamicznego niewyważenia nie da się usunąć poprzez dodanie masy w jednym punkcie – konieczne jest wyważanie w dwóch płaszczyznach (na każdym końcu rotora).
Konsekwencje niewyważenia szybko się objawiają i negatywnie odbijają się na stanie technicznym maszyn. Silne wibracje niewyważonego rotora powodują wzrost obciążeń dynamicznych łożysk i podpór, co prowadzi do ich przedwczesnego zużycia. Zespoły, które powinny służyć przez lata, ulegają zużyciu już po kilku miesiącach – na przykład łożyska trzeba wymieniać nawet co 2–3 miesiące. Niewyważone, obracające się części powodują także zmęczenie materiału ramy i mocowań: pojawiają się pęknięcia, luzują się śruby mocujące, deformują się podpory. Nagromadzenie takich ukrytych uszkodzeń może skutkować nagłą i poważną awarią – na przykład zniszczeniem obudowy zespołu lub oderwaniem obracającego się elementu.
Ponadto wibracje obniżają produktywność i efektywność pracy maszyny. Część energii jest marnowana na drgania, zamiast być wykorzystywana do pracy użytecznej. Według szacunków, maszyna może tracić nawet do 30% swojej produktywności, jeśli jej mechanizmy nie są prawidłowo wyważone. Kombajn z wibrującym bębnem gorzej młóci i oczyszcza ziarno, może wzrosnąć strata plonów.
Dla operatora silne wibracje oznaczają obniżenie komfortu i szybsze zmęczenie; w kabinie jest głośno, drobne elementy drgają. W niektórych przypadkach niewyważenie staje się również kwestią bezpieczeństwa: oderwany ciężki fragment (np. nóż rozdrabniacza słomy w przypadku awarii mocowania) stanowi zagrożenie, a nadmierne drgania mogą utrudniać sterowanie maszyną.
Tym samym niewyważenie to nie tylko drobne wibracje, lecz poważny problem prowadzący do zwiększonego zużycia, awarii, spadku wydajności oraz ryzyka dla człowieka.
Rzeczywiste przykłady oraz kalkulacje ekonomiczne pokażą rolnikom i osobom zarządzającym gospodarstwami, że prawidłowe wyważanie to nie koszt, lecz inwestycja w bezawaryjną pracę oraz długą żywotność sprzętu.
Jakie zespoły rotorowe kombajnów i kosiarek wymagają wyważania?
Obowiązkowemu wyważaniu podlegają wszystkie masywne lub szybkoobrotowe zespoły wirujące. Główne spośród nich to:
Wyważanie bębna młócącego kombajnu
Główny rotor do omłotu ziarna, masa setek kilogramów, prędkość 500–1000 obr/min. Fabryczne wyważenie zostaje naruszone przez zużycie cepów, zabrudzenia lub naprawy. Niewyważenie prowadzi do wibracji, przyspieszonego zużycia łożysk, pasów i klepiska. Po naprawie lub wymianie elementów wymaga ponownego wyważenia.
Wyważanie rozdrabniacza słomy
Zespół wysokoobrotowy (2500–4000 obr/min). Częstą przyczyną niewyważenia jest nierównomierne zużycie lub utrata noży oraz deformacja osłony. Niewyważony rozdrabniacz powoduje silne drgania tylnej części kombajnu, uszkodzenia mocowań i łożysk. Wyważanie jest konieczne po każdej wymianie noży.
Wyważanie kosiarek rotacyjnych i wyważanie mulczerów
Wały z nożami w kosiarkach bębnowych, dyskowych, rozdrabniaczach i mulczerach. Niewyważenie powstaje po wymianie noży lub wskutek uderzenia obcych przedmiotów, powodując drgania niebezpieczne dla WOM ciągnika i ramy maszyny. Konieczne jest dynamiczne wyważanie.
Jakie podzespoły w maszynach wymagają wyważenia?
Wentylatory czyszczące ziarno, rozrzutniki plew i słomy, ślimaki. Każdy masywny, szybko wirujący rotor wymaga wyważenia, aby zapobiec wibracjom i zużyciu.
Główna zasada: każdy masywny element wirujący z dużą prędkością musi być wyważony. Dotyczy to zarówno nowych części (wyważanie fabryczne), jak i tym bardziej zespołów po naprawie lub długotrwałej eksploatacji. Ignorowanie wyważania takiego zespołu prędzej czy później prowadzi do problemów opisanych powyżej.
Wyważanie z użyciem urządzenia Balanset-1A
Balanset-1A to przenośny wibrometr-wyważarka, specjalnie zaprojektowany do dynamicznego wyważania rotorów bezpośrednio w miejscu ich pracy. Urządzenie pozwala na wyważanie zarówno w jednej płaszczyźnie (statyczne), jak i w dwóch płaszczyznach (pełne dynamiczne) dla różnych typów sprzętu. Składa się z zestawu czujników oraz modułu elektronicznego podłączanego do laptopa. W skład zestawu wchodzą dwa czujniki drgań (akcelerometry) do pomiaru wibracji rotora, optyczny czujnik-tachometr do odczytu obrotów i położenia kątowego, moduł interfejsu (analizator drgań) oraz oprogramowanie. Cały zestaw waży kilka kilogramów i mieści się w niewielkiej walizce – łatwo można go przewozić bezpośrednio z gospodarstwa do gospodarstwa. Z Balanset-1A może korzystać nawet inżynier bez zaawansowanej wiedzy z zakresu diagnostyki drgań: urządzenie i oprogramowanie automatyzują proces pomiarów i obliczeń, dostarczając użytkownikowi zrozumiałych wskazówek.
Główną filozofią tego urządzenia jest możliwość wyważania rotora na miejscu, przez personel gospodarstwa, bez długotrwałego szkolenia i bez nadmiernych kosztów.
Jak wygląda proces wyważania za pomocą Balanset-1A?
Najpierw przeprowadza się przygotowanie rotora: bezpieczeństwo techniczne jest najważniejsze – rotor oczyszcza się z brudu i słomy, sprawdza się, czy wszystkie noże lub cepy są całe i swobodnie się obracają (szczególnie dotyczy to rozdrabniacza słomy, gdzie zablokowany nóż okresowo powoduje niewyważenie), usuwa się niepotrzebne elementy dodatkowe (na przykład rozrzutniki, jeśli przeszkadzają).
Następnie na obudowie w pobliżu podpór rotora montuje się czujniki drgań – zazwyczaj prostopadle do osi obrotu, na każdym końcu obudowy, w miejscu zamontowania łożysk.
Na rotorze (na przykład na kole pasowym) naklejana jest niewielka odblaskowa nalepka, a naprzeciw niej na magnetycznym uchwycie ustawia się optyczny czujnik (tachometr).
Wszystkie czujniki są podłączane do modułu Balanset-1A, a ten z kolei do laptopa z oprogramowaniem wyważającym.
Następnie operator ustawia w programie odpowiednie parametry: wybiera tryb wyważania (zazwyczaj dwu-płaszczyznowy dla długich rotorów), wprowadza parametry ciężarka próbnego (jego masę i promień montażu).
Teraz można uruchomić rotor – albo uruchamiając silnik kombajnu na wymaganej prędkości obrotowej młocarni, albo włączając WOM ciągnika w przypadku kosiarki, albo za pomocą silnika elektrycznego, jeśli rotor jest zdjęty i zamontowany na stacjonarnych podporach. Przy pierwszym uruchomieniu urządzenie mierzy początkowy poziom drgań: amplitudę (w mm/s) oraz fazę niewyważenia na każdym czujniku. Te wartości są zapisywane jako bazowe.
Kolejnym krokiem jest zamocowanie ciężarka próbnego. Po zatrzymaniu rotora operator mocuje wcześniej przygotowany ciężarek o niewielkiej masie (na przykład metalową płytkę lub kilka podkładek) na rotorze w pierwszej płaszczyźnie – bliżej jednego końca rotora, tam gdzie zamontowany jest czujnik numer 1.
Następnie rotor ponownie rozpędza się do roboczych obrotów, a urządzenie rejestruje nowe parametry drgań. Jeśli zmiana amplitudy i fazy jest wystarczająco istotna (z reguły wymagana jest przynajmniej 20% zmiana, aby obliczenia były dokładne), proces jest kontynuowany. Następnie ciężarek próbny zdejmuje się i przenosi do drugiej płaszczyzny – na drugi koniec rotora – i ponownie wykonuje się uruchomienie z pomiarem.
W efekcie program uzyskuje dane o wpływie znanego ciężarka na niewyważenie w każdej płaszczyźnie. Algorytm urządzenia analizuje trzy zestawy danych (bez ciężarka, z ciężarkiem w płaszczyźnie X1, z ciężarkiem w płaszczyźnie X2) i oblicza optymalne parametry wyważenia. Operator otrzymuje na ekranie zalecenia: jaką masę ciężarka korekcyjnego należy dodać w każdej płaszczyźnie oraz pod jakim kątem w stosunku do punktu montażu ciężarka próbnego.
Następnie następuje montaż ciężarków korekcyjnych: urządzenie wskazuje dokładnie, gdzie należy zamocować ciężarki. Zazwyczaj praktykuje się przykręcanie lub przyspawanie metalowych płytek/podkładek o odpowiednim ciężarze. Po zamontowaniu ciężarków przeprowadza się próbne uruchomienie: rotor ponownie jest rozpędzany i mierzone są drgania. Jeśli wyważenie zostało przeprowadzone poprawnie, poziom drgań gwałtownie spada.
Jakie są korzyści wynikające z wyważania rotorów?
Regularne wyważanie rotorów to inwestycja, która szybko się zwraca poprzez obniżenie kosztów i poprawę efektywności. Główne korzyści to:
Obniżenie kosztów napraw
Niewyważenie skraca żywotność łożysk oraz innych elementów, powodując ich częste, kosztowne wymiany. Wyważanie eliminuje wibracje, zapobiega awariom i uszkodzeniom, wydłużając żywotność podzespołów i oszczędzając na częściach zamiennych.
Minimalizacja przestojów i ochrona plonów
Awaria kombajnu w trakcie żniw grozi stratami plonów oraz kosztami pilnych napraw. Regularne wyważanie zapobiega awaryjnym przestojom, gwarantując niezawodność sprzętu w szczycie sezonu i jest znacznie tańsze niż posiadanie rezerwowego kombajnu czy utrata części zbiorów.
Zwiększenie efektywności i oszczędność paliwa
Wyważone mechanizmy pracują płynniej, ukierunkowując energię silnika na pracę użyteczną, a nie na tłumienie drgań. Obniża to zużycie paliwa o 2–5%, pozwalając zaoszczędzić dziesiątki litrów w ciągu sezonu. Równomierna praca poprawia również jakość obróbki ziarna, zwiększając ilość plonu towarowego.
Wydłużenie czasu eksploatacji sprzętu
Wibracje stopniowo niszczą maszyny. Wyważanie znacznie wydłuża żywotność rotorów i całego sprzętu, odkładając w czasie kosztowny zakup nowych maszyn. Nawet starszy sprzęt, przy odpowiedniej konserwacji, posłuży dłużej.
Czy warto mieć własny sprzęt do wyważania?
Dużym gospodarstwom opłaca się zakup przenośnego urządzenia wyważającego. Jest to znacznie tańsze niż utrzymywanie rezerwowego sprzętu lub ponoszenie strat plonów.
Podsumowując, wyważanie eliminuje ukryte straty finansowe, redukuje koszty napraw, zapobiega przestojom oraz zwiększa efektywność pracy sprzętu, co jest kluczowe dla rentowności gospodarstw rolnych.
Czy warto mieć własny sprzęt do wyważania?
Wyważanie rotorów kombajnów i kosiarek stanowi obowiązkowy warunek ich eksploatacji. Jak wykazano, niewyważenie rotorów prowadzi do wibracji, przyspieszonego zużycia elementów, częstych awarii oraz obniżenia plonów. Regularne wyważanie kluczowych zespołów (bębnów młócących, rozdrabniaczy słomy, rotorów kosiarek itp.) pozwala uniknąć tych problemów. Istnieją różne metody – od prostego wyważania statycznego do precyzyjnego dynamicznego.
Zaleca się włączenie kontroli wyważenia w regularny harmonogram obsługi technicznej maszyn. Na przykład przed sezonem żniwnym sprawdzać wyważenie bębna młócącego i rozdrabniacza, a podczas przygotowania kosiarki do sezonu sianokosów upewnić się o braku drgań rotora itd. W przypadku zauważenia oznak niewyważenia, należy natychmiast przeprowadzić wyważanie.
Regularne wyważanie kluczowych zespołów w istotny sposób ogranicza awaryjność, zwiększa efektywność pracy, przedłuża żywotność sprzętu oraz poprawia komfort pracy operatora. Rolnicy i przedsiębiorstwa rolne powinni wdrożyć metody wyważania – bez względu na to, czy będzie to własne urządzenie, czy usługi specjalistów – wtedy drgania staną się czynnikiem kontrolowanym, a nie problemem.
Warto, aby gospodarstwa rolne i przedsiębiorstwa rolno-produkcyjne wprowadziły metody wyważania – czy to za pomocą własnego sprzętu, czy usług specjalistów – wówczas wibracje z wroga zmienią się w czynnik kontrolowany.
Więcej informacji na stronie vibromera.eu.
