Földünk lakosságának élelmezése hatalmas kihívás az egész társadalom, különösképpen az agrárium számára. Ebből adódóan igen magasak az elvárások a mezőgazdasági gépek teljesítményével szemben, ugyanakkor a termesztéstechnológiai műveleteket még ma sem mindig végzik kellő hatékonysággal. A Szent István Egyetem Gépészmérnöki Karának kutatói a közelmúltban olyan tényezőket és összefüggéseket határoztak meg, amelyek elősegíthetik a mezőgazdasági gépeken használt ékszíjhajtások tervezését és hatásfokának optimálását, nagyban megkönnyítve ezzel a gyakorló mérnökök munkáját.
A szántóföldi növénytermesztés területén a 20. század közepétől meginduló nagyfokú gépesítés óta a mezőgazdasági gépek jelentős változáson mentek keresztül. Fejlesztésüknél három leglényegesebb szempont a teljesítmény fokozása, a megbízhatóság és a gazdaságos üzemeltetés, melyek a gépszerkezetek valamennyi részegysége esetében is kiemelkedő jelentőséggel bírnak. A hatékonyság növelése érdekében ugyanakkor a gyártók nagy hangsúlyt fektetnek a teljesítmény-átvitelért felelős elemekre, így a hajtások korszerűsítésére is. Míg tehát az ipari forradalom idején a cserzett marhabőr háti részéből hasított hajtószíjak terjedtek el leginkább, addig korszerű társaik már több anyag felhasználásával, teherviselő kordszálból, gumiágyazó-rétegből, magkeverékből és burkolószövetből épülnek fel. A hajtószíjakra vonatkozó sokrétű igények teljesítése ugyanis csak ilyen összetett anyagstruktúrával lehetséges, de emellett az anyag- és gyártástechnológiai változás egyfajta konstrukciós fejlődést is magával hozott a szíjprofil kialakításban.
A szíjhajtás egyébként a cséplőgépek tömeges megjelenésével vált egyre népszerűbbé az agráriumban, mely szerkezetek meghajtásáról gőzgépek vagy stabilmotorok gondoskodtak egy laposszíjhajtáson keresztül. Manapság a mezőgazdasági gépek és berendezések szerkezeti egységeinek hajtására már ékszíjhajtásokat használnak, melyek fordulatszám- és nyomatéktartó, kis teljesítményveszteséggel dolgozó, rugalmas energiaátviteli szerkezetek, továbbá rezgéscsillapító tulajdonságokkal is bírnak. Ezekkel szemben hátrányos tulajdonságuk a viszonylag nagy beépítési helyigény, a szíjágak előfeszítéséből eredő nagy tengely- és csapágyterhelés, továbbá a terheléstől függő állandó szíjcsúszás.
A mezőgazdasági ékszíjhajtások esetében fontos tisztázni, hogy a szántóföldön használatos mezőgépek legtöbbször az általános gépészetben megszokott körülményektől nagymértékben eltérő helyzetekben – így szélsőséges időjárási viszonyok közt, illetve por-, levél- és szármaradványokkal szennyezett környezetben – dolgoznak. Ezek a környezeti hatások ugyanis befolyásolják az alkatrészek súrlódását, a vonóelem anyagjellemzőit és a hajtás használhatóságát, összességében pedig az egész szerkezet működésére és élettartamára hatással vannak. A betakarítógépek ékszíjhajtásai például a nyári aratás időszakában extrém magas, gyakran 80-110 °C-os hőmérséklettartományban üzemelnek, ami a felületükre tapadó porral együtt nagymértékben befolyásolja azok viselkedését. Emellett a mezőgazdasági gépek igénybevételekor fellépő erők is véletlenszerűek, hiszen a kezelendő növényállomány anyagtulajdonságai, mérete, sűrűsége, érettsége vagy nedvességtartalma széles határok között ingadozhat. A hajtás hatásfokát befolyásolja továbbá az is, ha az alkatrészek gyártási hibái, szerelési bizonytalanság vagy az üzem közben fellépő vázszerkezet-deformáció miatt gépbeállítási hibák merülnek fel.
A szíjhajtások tervezése során a mérnökök ezidáig gyártmány-katalógusokból választották ki az adott teljesítményhez és fordulatszámhoz szükséges szíjprofilt és szíjtárcsa méreteket, figyelembe véve többek között a beépítési helyigényt, az áttételt és a hajtás dinamikáját. A méretezéskor a gyártók által szolgáltatott tapasztalati, illetve meghatározott feltételek mellett elvégzett kísérletekből származó adatok állnak rendelkezésre, ezek azonban nem veszik figyelembe, hogy a gépeket használat során milyen környezeti hatások fogják terhelni. A katalógus alapján megtervezett, majd a mezőgazdasági gépekre jellemző szélsőséges körülmények között üzemelő szíjhajtások hatásfoka, illetve élettartama tehát nagy valószínűség szerint nem lesz megfelelő.
E problémák ismeretében dr. Gárdonyi Péter, a Szent István Egyetem Gépészmérnöki Karán működő Gépszerkezettan Tanszék fiatal kutatója témavezetői irányítása alatt az ékszíjhajtások veszteségtényezőinek vizsgálatával olyan eredményekre jutott, amelyek segítséget adnak a hajtás működésének jobb megértéséhez, és a mezőgazdasági gépeken alkalmazott ékszíjhajtások tervezési- és optimálási folyamataihoz. Kutatómunkája kezdetén a korábbi szakirodalom áttekintésével megállapította, hogy az eddigi kísérletek nem alkalmasak a hajtás valós üzemi körülmények közötti vizsgálatára, így új kísérleti módszer kidolgozásával és új matematikai modellek felállításával nagymértékben pontosította az ékszíjhajtás relatív mozgásaival, energiamérlegével, illetve nyomaték- és mozgásveszteségével kapcsolatos korábbi ismereteket. Mivel az ékszíjhajtásokkal kedvező hatásfokú, előnyösen rugalmas és rezgéscsillapító teljesítmény-átvitel hozható létre a hajtás optimális kialakításával, dr. Gárdonyi Péter, dr. Szabó István és dr. Kátai László új tudományos eredményei a későbbiekben nagyban megkönnyítik majd a gyakorló mérnökök munkáját a mezőgazdasági gépek hajtástervezésében.
A kutatás az Új Nemzeti Kiválóság Program támogatásával valósult meg, az ÚNKP–16–3 (Mezőgazdasági gyakorlatban alkalmazott ékszíjhajtások veszteségtényezői) és az ÚNKP–17–3 (Mezőgazdasági ékszíjhajtások relatívmozgásainak vizsgálata) pályázatok finanszírozásával.
A cikk a Szent István Egyetem támogatásával jelent meg.
A cikk a NEW technology magazin 4. számában is olvasható. Keresd az újságárusoknál!