Kombaino šiaudų smulkintuvo peiliukai daro įtaką smulkinimo kokybei. Ilgainiui peiliukai sudyla. Kokie veiksniai lemia dilimą?

Nuo to, kaip susmulkinami ir paskleidžiami šiaudai, priklauso jų nauda dirvai. Pjaustinių ilgiui tiesioginę įtaką turi smulkintuvo veleno sukimosi greitis – jam didėjant, pjaustinių ilgis mažėja. Veleno sukimosi greitis lemia oro srauto su susmulkintais šiaudais judėjimo spartą smulkintuve. Siekiama tolygaus susmulkintos šiaudų masės paskleidimo dirvos paviršiuje, tačiau dėl kintančio vėjo greičio, krypties ir reljefo ypatumų, tai užtikrinti sunku. Kuo trumpesni šiaudai, tuo lengviau jie įterpiami į dirvą, greičiau suyra. Optimalus susmulkintų šiaudų ilgis, garantuojantis geriausią jų įterpimą ir sumaišymą su dirvožemiu, yra iki 30 mm. Atšipę smulkintuvo peiliukai mažiau pažeidžia šiaudus ir jų suirimas (virtimas trąša) trunka ilgiau ir yra mažiau efektyvus. Kad ražienoje paskleisti šiaudai greičiau ir tolygiau irtų, jie paprastai apdorojami grybiniais preparatais.

Kombaino šiaudų smulkintuve tiesūs peiliukai lankstiškai tvirtinami prie kilpose sumontuotų ašelių. Tvirtinimo kilpos paprastai išilgai veleno poromis išdėstomos keturiomis linijomis ir privirinamos simetriškai smulkintuvo veleno ašies atžvilgiu. Naudojamas tiesus arba spiralinis kilpų išdėstymas. Sukantis velenui, išcentrinės jėgos veikiami peiliukai užima padėtį, lygiagrečią smulkinimo būgno spindulio tęsiniui. Peiliukai, praeidami tarp priešpeilio plokštelių, perkerta šiaudus. Kuo greičiau sukasi smulkintuvo velenas, tuo smulkesni pjaustiniai.

Kombaino smulkintuvui sukantis iki 3 550 min^-1 greičiu, peiliukus veikia didelės išcentrinės jėgos. Peiliukų stiprumo atsargos koeficientas turi įtakos peiliukų ilgaamžiškumui ir galimiems pažeidimams. Kuo atsargos koeficientas didesnis, tuo peiliukai dirba ilgiau, o susidūrę su svetimkūniais, mažiau pažeidžiami.

Daugiau privalumų turi ir smulkintuvo peiliukų išdėstymas išilgai veleno ašies nei spiralinis. Išdėstymas išilgai ašies užtikrina tolygų šiaudų masės smulkinimą, nepaisant galimo netolygaus jų kritimo ant smulkintuvo (pvz., pasvirus kombainui); to būtų sunku pasiekti naudojant smulkintuvą, kuriame peiliukai išdėstyti spirališkai. Tai didina šiaudų smulkintuvo užkimšimą, blogina smulkinimo kokybę. Išilginis išdėstymas mažina smulkinimo veleno apkrovą – skaičiavimų duomenimis, apkrova, palyginti su spiraliniu išdėstymu, mažėja apie 9 procentais.

Tyrimai rodo, kad pirminio šiaudų apdorojimo etape svarbiausias elementas yra smulkintuvo peiliukas, pagamintas iš konstrukcinio plieno juostos, turintis tvirtinimo kiaurymę ir du ašmenis. Gamintojai siūlo įvairių tipų šiaudų smulkinimo peiliukus, tačiau labiausiai paplitę yra tiesūs, dviašmeniai karpytų arba lygių ašmenų peiliukai. Dviašmeniai peiliukai tiesiais ašmenimis smulkinimo kokybe neprilygsta karpytos geležtės tipo peiliukams, tačiau jie pigesni dėl paprastesnio gamybos proceso. Naudojant karpytų ašmenų peiliukus, smulkinimo procesui reikia mažiau energijos. Tai lemia kitoks peiliuko karpytais ašmenimis ir šiaudo susidūrimo kampas. Mažiausiai energijos pjovimui reikia, kai peiliuko geležtė su šiaudu susiduria 20–30o kampu. Tai lemia mažesnę javų kombaino apkrovą ir mažesnes degalų sąnaudas.

Peiliuko kainą lemia ne tik ašmenų tipas (ilgesnis gamybos procesas), bet ir gamybai naudoto plieno markė, ašmenų grūdinimas (taip pat naudojamas stiprinimas), antikorozinis padengimas. Kombaino smulkintuve yra nuo 52 iki 108 peiliukų, todėl jų išdirbis yra reikšminga produkcijos savikainos dalis.

Priklausomai nuo išdirbio, peiliukai dyla skirtingai. Intensyviausiai dilimas paveikia 1/3 peiliukų ašmenų ilgio. Nudilimas gali būti natūralus, kai dyla dėl trinties poveikio į smulkinamus šiaudus, ir avarinis, kai į kūlimo aparatą patenka svetimkūniai. Jei plūgo kaltas dildamas gali netekti 40–45 proc. masės, tai šiaudų smulkinimo peiliuko nudilimas siekia tik iki 2 procentų.

Peiliukų dilimui įtakos turi: nuimamų kultūrų veislės (fizikinės ir mechaninės jų charakteristikos), drėgnumas, smulkinamos masės užterštumas abrazyvo dalelėmis (vidinis ir išorinis), augalo biomasės sudėtis, lemianti korozinį agresyvumą, ir kita. Buvo atliktas tyrimas, siekiant išsiaiškinti peiliukų dilimą lemiančius konstrukcinius veiksnius.

Tyrimo metodika

Bandymui pasirinktas javų kombainas su 220 kW galios varikliu, sukomplektuotas su 9 m³ talpos bunkeriu. Smulkinimo velenas sukamas diržinės pavaros 3 550 min^-1 sukimosi dažniu. Peiliukų, kurie sukasi 492 mm spindulio trajektorija, apskritiminis greitis 91,6 m/s.

Smulkintuvo veleno peiliukų tvirtinimo kilpos (jų 40) išdėstytos keturiomis eilėmis (kas 90^o). Kilpose sumontuotose ašyse lankstiškai pritvirtinta 80 peiliukų. Du peiliukai tvirtinami viena ašimi, 25 mm atstumu vienas nuo kito. Tiriamų plieninių smulkinimo peiliukų ašmenys buvo grūdinti kaitinant indukciniu būdu. Peiliukų tipas – dviašmeniai, karpytų ašmenų, gabaritiniai matmenys 173 × 50 × 4 mm.

Peiliukų dilimą lemiantiems veiksniams nustatyti panaudoti 55 originalūs smulkintuvo (vadinkime juos Org) ir dar penkių kitų gamintojų peiliukai (alternatyvos 5 × 5, žymima nuo Alt 1 iki Alt 5), kurie naudojant atsitiktinį principą išdėstyti ir sumontuoti smulkintuvo velene. Alternatyvių gamintojų peiliukai vidutiniam nudilimui nustatyti smulkintuvo velene išdėstyti taip: po vieną peiliuką įtvirtinome veleno pradžioje ir pabaigoje, po vieną – veleno centre, likusius du peiliukus – ¼ veleno ilgio atstumu nuo veleno galų. Likusios pozicijos buvo užpildytos originaliais peiliukais.

Derlius imtas Šakių rajono ūkyje 2022 m. rugpjūčio 1–16 dienomis. Kulta 130 ha kviečių (Etana, Skagen veislės) ir 50 ha rapsų (Dominator). Vidutinis javų kombaino darbinis greitis buvo nedidelis (4 km/val.) dėl javų išgulimo.

Peiliukų dilimas matuotas 0,001 g tikslumu pagal masių pokytį svarstyklėmis KERN 420-3NM, mikrokietumas – mikrokietmačiu PMT-3.

Bandiniai (nenaudotų peiliukų) mikrošlifams atpjauti įrenginiu Struers Secotom 5, šlifuoti ir poliruoti deimantine 3 μm poliravimo pasta, naudojant įrenginį Struers Tegramin 20. Poliruoti paviršiai ėsdinti HNO₃ 4 proc. rūgšties spiritiniu tirpalu, mikrostruktūra tirta optiniu metalografiniu mikroskopu Nikon Eclipse MA 100.

Plieno sudėtis ir dilimas

Paveiksle pateikiami 180 ha plote imto derliaus šiaudus smulkinę peiliukai. Nudilusi peiliukų briauna žymima rodykle. Antroji pjovimo briauna nenudilusi (peiliukai nebuvo apverčiami). Per javapjūtę nudilo didžioji dalis peiliukų apsauginio sluoksnio (antikorozinės dangos, dažų ir kt.). Dalis peiliuko dantukų paviršių buvo su organinių medžiagų apnašomis: dervomis, lignino, celiuliozės ar kt. šiaudų sudedamosiomis dalimis, kurias galima matyti per mikroskopą, bet jos niekaip netrukdo darbui.

Peiliukų ilgaamžiškumui didelę įtaką turi ir dirbant atsiradę nenumatyti pažeidimai, sumažinantys jų naudojimo laiką ir prastinantys šiaudų smulkinimo kokybę. Peiliukus pažeidė į kūlimo aparatą patekę svetimkūniai (metalo strypai, akmenys ir pan.). Jų nudilimas nėra tipinis, todėl į nudilimo vidurkių skaičiavimus nėra įtrauktas. Per tyrimą svetimkūniai pažeidė tik dantukus (grūdinimo zoną) ir netapo peiliukų lūžimo priežastimi.

Smulkinimo peiliukų Alt 2 minimalaus nudilimo priežastis buvo didžiausias briaunos kietumas (568 ± 11 HV – pagal Vikerso skalę), gautas grūdinant įkaitinus indukciniu būdu dėl didžiausio anglies kiekio peiliukų pliene (0,42 proc.). Peiliukų Alt 5 didžiausio nudilimo priežastis – mažiausias anglies kiekis gamybai naudotame pliene (0,16 proc.), mažas chromo kiekis (tik 0,49 proc., kai kitų peiliukų pliene apie 1,0 proc.) ir 3–4 kartus mažesnis vanadžio kiekis.

Tyrimas rodo, kad kuo didesnio anglingumo plienas, tuo jo pjovimo briaunos grūdinant gautos kietesnės. Anglies kiekis (nuo 0,16 iki 0,42 proc.) pliene tiesiogiai turi įtakos pjovimo briaunos kietumui. Tad kuo didesnis anglingumas ir kietumas, potencialiai didėja peiliuko išdirbimo laikas ir mažėja eksploatacinės išlaidos.

Be to, nustatyta, kad šis konstrukcinis smulkintuvo variantas (peiliukų išdėstymas išilgai ašies) neužtikrina vienodo jų dilimo intensyvumo, vadinasi, kritinę būklę jie pasiekia skirtingu laiku. Kraštinių smulkinimo veleno peiliukų nudilimas buvo didžiausias (4,8–5,0 g), daroma prielaida, kad dėl didesnio šiaudų masės tankio smulkintuvo kraštuose. Kiti du peiliukai nudilo mažiau (apie 3,0–3,6 g), dar du – daugiau (apie 4,0–4,8 g), kiti du mažiau ir t. t. Tai statistiškai reikšmingas nudilimų skirtumas. Sisteminius nudilimų skirtumus sukėlė konstrukcinis peiliukų išdėstymas smulkintuvo velene: per priešpeilių tarpą praeina arba vienas, arba du peiliukai. Kai vienas peiliukas dirba tarp dviejų priešpeilių, jis nudyla daugiau, nei vienas peiliukas tarp dviejų priešpeilių. Tačiau du peiliukai bendrai nudyla daugiau nei vienas peiliukas. Šis dėsningumas matyti analizuojant originalių peiliukų, įtvirtintų skirtingose peiliukų montavimo prie smulkinimo veleno vietose, vidutinius nudilimus.

Akivaizdu, kad ne visų vidutinių nudilimų atveju skirtumai yra statistiškai reikšmingi. Įvertinus peiliukų nudilimą pagal masę, statistiškai patikimas skirtumas (tikimybė 95 proc.) yra tarp gamintojų Alt 1 ir Alt 2, Org ir Alt 5, Alt 2 ir Alt 5, Alt 4 ir Alt 5.

Vertinant statistiškai, vidutinio nudilimo ir nudilimo sklaidos intervalais šie skirtumai yra reikšmingi. Galima daryti prielaidą, kad dėl smulkintuvo konstrukcijos atsirandantis netolygus dilimas ilgainiui gali sukelti smulkintuvo veleno disbalansą. Didėjant smulkintuvo išdirbiui, apie 50 proc. smulkintuvo peiliukų dyla intensyviau ir pasiekia kritinę būklę. Kiti 50 proc. peiliukų dar gali būti naudojami.

Peiliukų ašmenų kampo įtaka

Peiliuko ašmenų pjovimo briaunai tenka pagrindinė apkrova, sukelianti didžiausius įtempimus ir dilimą. Todėl dantukų dilimas (briaunos apvalėjimas) prasideda nuo jų viršūnės ir žemėjant dantukams plinta nuo pjovimo briaunos (arba viršūnės dantytuose peiliukuose) tolyn. Kuo didesnis nudilimas (viršūnių apvalėjimas), tuo didesnis smulkinamos augalinės masės ir peiliuko susidūrimo kampas (artimas 90^o), tuo didesnė apkrova pjovimo paviršiui, todėl patiriamos ir didesnės energijos sąnaudos.

Naudodamiesi erozinio dilimo dėsningumais, darome prielaidą, kad skirtingas peiliukų ašmenų kampas turi įtakos dilimui. Šiaudų masės su abrazyvo dulkėmis kritimo kampas į paviršių sudaro skirtingą dilimo intensyvumą. Erozinio dilimo mikroabrazyvo dalelėmis esant 10–15^o kampui mechanizmas yra paviršiaus mikropjovimas.

Nustatyti dilimo ir peiliukų ašmenų kampo dydžiai turi tiesinį tarpusavio ryšį. Kuo mažesniu kampu užgaląstas ašmuo, tuo dilimas mažesnis. Tai verčia daryti išvadą – kuo ilgiau bus naudojamas peiliukas, tuo labiau jo ašmuo apvalės, tuo labiau atlikdamas tuos pačius darbus jis atšips ir dils.

Tiriant nustatyta, kad mažiausiai dilo ir atitinkamai didžiausią potencialų resursą turi kiečiausi peiliukai. Atliktas metalografinis tyrimas rodo, kad kiečiausiuose peiliukuose Alt 2 (568 HV) dominuoja martensitinė mikrostruktūra. Mažo anglies kiekio ir mažo kietumo peiliukuose Alt 5 (394 HV) dominuoja beinitinė mikrostruktūra. Grūdinimo specifika – maža peiliuko ašmenų metalo masė, spartus indukcinis įkaitinimas, lydimas spartaus aušimo spinduliuojant, ir nepakankamas laikas iki grūdinimo pradžios visiškam struktūriniam įkaitinto plieno virsmui.

Pradėjusias dilti peiliukų dantukų (ašmenų) viršūnes, ant kurių 70–90^o kampu patenka javų šiaudai ir kt. smulkinamų augalų masė, padengia nevienalyčiai ploni augalinės kilmės apnašų (dervų) sluoksniai. Vizualiai tai beveik nepastebima. Šių nevienalyčių dervų storis iki 5–7 μm, plotas gali siekti iki 1/3 peiliuko ašmenų paviršiaus ploto. Apnašos didina smulkinamos masės ir peiliukų pjovimo paviršių trintį, todėl smulkintuvas pradeda dirbti ne taip efektyviai.

Peiliukų dantukų pažeidimų pobūdis ir intensyvumas priklauso nuo abrazyvo dalelių kritimo kampo į paviršių. Normaliu atveju sustabdžius kombainą smulkintuvo peiliukai žvilga, bet mikroskopu 5 000–1 000 kartų padidintas vaizdas yra kitoks.

Peiliuko ašmenims atbukus (suapvalėjus), matyti abrazyvo kritimo į paviršių kampo skirtumai. Peiliuko ašmenų viršūnėje mikrodalelės krinta artimu statmenam kampui. Kai su šiaudais esanti abrazyvo dalelė krinta į paviršių statmenai, ji „plaka“ (deformuoja ir perdeformuoja) metalą, o likusiame paviršiuje dominuoja dilimas mikropjovimu (smėlio grūdeliai skuta peiliukų pjovimo briaunų paviršius nuo jų atšokdami „rikošetu“). Per javapjūtę vidutiniškai peiliukai nudilo po 3,8 g, o visa peiliuko masė yra 220–222 g, t. y. tik 1,72 proc. masės, bet juos jau reikia keisti.

Mažiausio kietumo peiliukų paviršiai patiria didžiausius mechaninius pažeidimus ir nudilimus.

Mikroabrazyvų vaidmuo

Plieninių peiliukų (350–568 HV) ir šiaudų mechaninės savybės skiriasi radikaliai, todėl tiesiogiai šiaudų smulkinimo sukeliamas dilimas būtų itin lėtas. Dilimą sukelia ne šiaudo ir peiliuko tiesioginė sąveika, bet šiaudus dengiančios dulkės ir mikroabrazyvai. Kuo javai, rapsai ar kt. derlius labiau išguldyti, tuo daugiau augalai dulkėti ir aplipę smulkiomis dirvožemio dalelėmis, todėl smulkintuvo peiliukų ir šiaudų masės sąveikos rezultatus (dilimą) galima paaiškinti tribologiniu aspektu.

Taigi, smulkintuvo peiliukus, judančius ~91,6 m/s greičiu, veikia erozija (mikroabrazyvo dalelės), o kuo kietesnis peiliukas, tuo lėčiau jis dils.

Dėl smulkintuvo peilių dantukų dilimo susidaro skirtingos kontakto su smulkinama biomase sąlygos. Smūgio kampas didėja nuo pradinio 10–15o iki 90o kampo dantukų viršūnėje. Kuo didesnis nudilimas, tuo šiaudų trupinimas (bet ne pjovimas) tampa intensyvesnis. Dėl didelių smūginių kontaktinių apkrovų užapvalėjusių dantukų viršūnėse pradeda susidaryti biomasės liekanų dervos, kurios gana patvarios. Jos didina trinties jėgas ir smulkintuvo darbas tampa ne toks efektyvus. Ašmenų kampas yra svarbus veiksnys smulkintuvo darbo efektyvumui.

Norint pasiekti didesnį šiaudų smulkintuvų peiliukų išdirbį, jie turi būti labiau įgrūdinami, o ašmenų kampas galandamas mažesniu kampu. Kampas, žinoma, gali būti vertinamas vizualiai, jei šalia yra keli skirtingų gamintojų peiliukai, o kietumas – įvairiais būdais pagal patirtį: kas dilde, kas pagal skambesį, kas pagal rezultatą brūkštelėjus du peiliukus vieną į kitą...