Untersuchungen am Mähdrescherhäcksler

ERNTETECHNIK

. . . .. . . . . . .. . . .

Dirk Kämmerer, B ra u nschweig

U nte rsuc h u ngen am Mähdresc h e rhä c ks l er

Der Strohhäcksler am Mähdrescher ist eine Standardausrüstung, die in vielen Ackerbaubetrieben bis zu

1 00 %

der Einsatzzeit in Betrieb ist. An einem stationären Versuchsstand werden grund­

legende Untersuchungen zum Förder- und Schneidvorgang im Mähdrescherhäcksler durchgeführt. Durch die Aufteilung der Antriebsleistung in verschiedene Einzel­

komponenten wird eine genaue Analyse der Auswirkungen von Parametervariatio­

nen ermöglicht. Leistungsbestimmende Parameter können so optimiert und der spezifische Leistungsbedarf gesenkt werden.

D

Feld fi ndet in letzter Zeit vermehrt das ie Zerkleinerung des Strohs a uf dem I nteresse der Landwirtschaft. Die M u lch­

und Direktsaatverfa hren m it ihrer red u­

zierten Boden bearbeitung fordern ein kurzes, schnell verrottendes Häckselgut das gleichmäßig verteilt den Boden be­

deckt. Auf der Maschinenseite bedeuten längere Einsatzzeiten und größere Ar­

beitsbreiten schwierigere Einsatzbedin­

gungen und damit höhere Anforderungen an die eingesetzten Häcksler. Die steigen­

den Strohd urchsätze in Mähdreschern führen zu einer höheren Sch ichtdicke a uf den Sch üttlern und damit a uch i m Stroh­

häcksler. Die Ausführung als Schlegel­

häcksler hat sich eindeutig d u rchgesetzt.

Zur Anpassung an d iese Durchsatzsteige­

rung wurden die Rotord rehzahlen in den letzten Jahrzehnten i m mer weiter gestei­

gert. Bei Drehzahlen bis 4000 m in·1 wer­

den heute U mfangsgeschwindigkeiten der Messerklingen von ü ber 100 m/s er­

reicht. Dies führt dazu, dass der Häcksler heute zu den Aggregaten m it der höch­

sten Leistungsaufnahme im Mähdrescher zä h lt.

Versuchsaufbau

Zur U ntersuch ung des Schneid- und För­

dervorganges in einem Mähdrescher­

häcksler wurde ein stationärer Versuchs­

stand a ufgebaut (Bild 1 ) . Dieser besteht

Dip/. -lng. Dirk Kämmerer ist wissenschaftli­

cher Mitarbeiter am Institut für Landmaschi­

nen und Fluidtechnik der Technischen Universität Braunschweig, Langer Kamp 1 9a, 38106 Braunschweig, e-mail: d.kaemme­

rer@tu-bs.de (Leiter: Prof. Dr -Ing. H.-H.

Harms).

Das Forschungsvorhaben wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (OFG) gefördert.

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aus den Baugru ppen Vorratsband, Tra ns­

portband, dem eigentlichen Häckselag­

gregat und einem Häckselbehälter. Als Antrieb d ient ein 80 kW-Traktor mit einem Keilriemenverstellgetriebe zur Drehzahl­

a n passung zwischen 30 s·1 und 70 s·1 . Das Häckselaggregat hat praxisü bliche Abmessu ngen, ei nzig die Breite des Ro­

tors wurde a uf 850 mm verkleinert, um den Versuchsgutbeda rf zu verringern . Die Messertrommel ist m it vier Reihen pen­

delnd aufgehä ngter, beidseitig ange­

schliffener Doppelmesser besetzt. Die Gegenschneide besteht aus einer Reihe feststehender beidseitig geschliffener Messerklingen , durch die die Schlegel­

messer hind u rchkämmen. Der Abstand der Klingen beträgt jeweils 25 m m .

Neben dem Gesamtantriebsmoment und der Drehzahl werden m it ei ner Date­

nerfassu ngsanlage noch das Schn ittmo­

ment an den Gegenmessern, das Reib­

moment am Gehäusema ntel und die G ut­

austrittsgeschwi nd igkeit a ufgezeichnet.

Dies ermöglicht eine Aufteilung der An­

triebsleistung in die Komponenten:

• Schneiden und Reiben am festen Ge- genmesser

• Reibung am Gehäuse

• Beschleunigung des G utes

• Leerlauf

• Sonstiger Leistungsbedarf (Stoß- und Schneidvorgänge des Rotors, . . . ) Versuchsergebnisse

Bild 2 zeigt den Antriebsleistungsbedarf des Versuchshäckslers für trockenes Roggenstroh . Der Anstieg über dem Du rchsatz ergibt ei nen exponentiellen Zusammenha ng. Die a nfangs schon er­

wähnte Drehzahlsteigerung in den letzten Jahrzehnten füh rte zu einem erheblichen Anstieg der benötigten Antriebsleistung.

Bei ei ner Drehzahl­

steigerung u m 45 % von 2700 min·1 auf 3900 min·1 steigt der Leistungsbedarf bei höheren Du rchsät­

zen um 50 bis 60 % . Dieser überpropor-

Bild 1: Skizze der Versuchsanlage Fig. 1 : Sketch of the

tionalen Zunahme des Energiebedarfs steht eine verbesserte Häckselq ualität ge­

genüber.

Die U ntersuchung des Antriebslei­

stu ngsbeda rfs der i n Bild 3 aufgefü h rten G utarten ergaben bei gleichem Feucht­

massed u rchsatz n u r geringe U nterschie­

de in ihrem Leistungsbedarf. Auch das feuchte Weizenstroh benötigt nur eine ge­

ringfügig nied rigere Antriebsleistung als das trockene Stroh, o bwoh l d ie Anzahl der zu schneidenden Halme auf Grund der n ied rigeren Trockenmasse um etwa 25 % kleiner sein m ü sste.

Berechnet man a ber d ie a uf die Trockenmasse bezogen e spezifische An­

triebsleistu ng (ohne Leer Ia ufleistu ng), zeigt sich ein deutlicher U nterschied zwi­

schen trockenem und feuchtem Stroh ( B i ld 3). M it steigendem Durchsatz ergibt sich bei beiden Va rianten a uch eine ein­

deutige Zunahme der spezifischen Lei­

stu ng.

Bild 4 zeigt für feuchtes Weizenstroh d ie Zusammensetzung der Gesamtan­

triebsleistung i n a bsol uten und prozen ­ tualen Werten. D i e Leerlaufleistung kenn­

zeichnet die benötigte Antriebsleistung für den u n belastet drehenden Häcksler, wobei der größte Antei l für die Ü berwin­

d u ng des Luftwidersta ndes der fl iegen­

den Messer benötigt wird . Die Rei blei­

stu ng entsteht d u rch die Reibung des G utes an der zyli nderförmigen Mantel­

fläche des Häckslergehäuses. Dies ge­

sch ieht sowohl a uf der Seite der Gegen­

schneide wie auch auf der gegenüberlie­

genden Fläche, an der ein geringer Gutanteil, der im Auswurf nicht a bge­

schieden wurde, herumgefördert wird . Die Schn ittleistung wurde in zwei iden­

tischen Versuchen m it und ohne einge­

baute Gegensch neiden ermittelt. Die Dif-

test facility '---'

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ferenz der Antriebsleistung wird für das Schneiden der Halme an den festen Klin­

gen der Gegenschneide benötigt. ln d ie­

ser Differenz ist a uch das Reiben des Gut­

es a n den Längsseiten enthalten, da das gesamte Gut d u rch die Zwischenräume der Klingen gefördert werden m uss.

Der m it Rest bezeichnete Leistungsan­

tei l setzt sich aus verschiedenen Faktoren zusammen und enthält auch d ie Be­

sch leunigungsleistung. Zum ü berwiegen­

den Teil sind jedoch die Leistungsanteile für d ie Sch nitt- und Stoßvorgä nge d u rch die rotierenden Messerklingen enthalten , die bei d e r Annahme des G utes aus dem freien Fa l l entstehen.

Bei der prozentualen Zusam menset­

zung der Gesamtantriebsleistung ( Bild 4b) ist der relativ hohe Anteil der Leerl­

aufleistung zu erkennen, der im Wesent­

lichen durch die hohe Antriebsd rehzah l verursacht wird . Der größte Leistungsa n­

teil wird bei dem feuchten Weizenstroh an

der Gegenschneide für das Sch neiden verbraucht. Bei ähnlichen Absolutwerten für d ie Gesamta ntriebsleistung von feuchtem und trockenem Gut ist der pro­

zentuale Anteil für das Schneiden an der Gegenschneide von trockenem Weizen­

stroh (h ier nicht dargestellt) in diesem Fall etwa nur ha l b so groß wie bei dem dargestel lten feuchten Gut. Trotz geringe­

rer Trockenmasse und damit kleinerer Anza h l zu schneidender Halme wird für die geringere Anzahl an Schnitten eine etwa doppelt so hohe Schn ittleistung und damit Energie verbraucht wie bei trocke­

nem Gut. Eine Siebanalyse der Häcksel­

proben ergab eine geringfügig bessere Häckselqualität der trockenen Variante.

Der Grund für den höheren Schnittlei­

stungsbeda rf der feuchten Halme liegt zum einen in der nied rigeren Biegestei­

figkeit der Halme und zum anderen bei­

spielsweise im U ntersch ied von Reife­

grad, Weizensorte und Wachstu msbedin­

r---, gungen. Speziell der 50 �---, U nterschied im Rei­

fegrad trat deutlich hervor. Hatte das 40

3900 U/min, rpm - .. - 3600 U/min, rpm -- 3300 U/min, rpm - 2700 U/min, rpm

• trockene Gut eine

a ) ⁴⁰

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einheitl iche Gelbfärbung, so waren bei feuchtem Stroh noch deutl ich grü ne Be­

reiche an den Halmen zu e rkennen.

Fazit

M it der G utfeuchte a l s betriebstechni­

schem Parameter und der Antriebsd reh­

zahl a ls konstruktivem Para meter wurden zwei wesentliche leistu ngs beeinflussende Größen vorgestellt. Der Ei nfluss der un­

tersuchten Strohsorten war ü berraschend gering. Die U ntersuch u ngen am Mähdre­

scherhäcksler werden m it der systemati­

schen Variation und O ptimierung kon­

struktiver G rößen fortgesetzt. Z u r besse­

ren Analyse der Sch neid- und Fördervorgänge sol l eine Hochgeschwin­

d igkeitskamera zum Ei nsatz kommen.

Schl üsse lwörter

Mähd rescherhäcksler, Leistu ngsbeda rf, Schnittleistung, Strohsorte

Keywords

Combinechopper, power consu m ption , cutting power, straw typ

[

Antriebsleistung

0 5 1 0

Durchsatz [tlh]

throughput

1 5

Bild 2: Antriebsleistung beim Häckseln von Roggenstroh (U ⁼ 1 4 %) für verschiedene Drehzahlen und Durchsätze

Fig. 2. Driving power for chopping rye straw ( motsture U = 1 4 % w. b.) at various revolutions versus throughput

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0,5 0,0

7,2 1 0,8

Durchsatz [tlh] ^{1 4,4} throughput

D Roggenstroh U=12%

rye straw

lil Weizenstroh U=12%

wheat straw

D S.-gerstenstroh U=12%

summerbarley straw

• Weizenstroh U=32%

wheat straw

Bild 3: Spezifische Antriebsleistung verschiedener Strohsorten und Durchsätze

Fig. 3: Specific driving power for various of straw varieties versus throughput

53. Jahrgang LANDTEC H N I K 6/98

Cl driving power

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1 0

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Durchsatz [t!h]

throughput

1 4,4 1 8,0

b) ^{1 00%}

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0,0 3,6 7,2 1 0,8 1 4,4 1 8,0

Durchsatz [tlh]

throughput

Bild 4: Zusammensetzung der Antriebsleistung beim Häckseln von Weizenstroh (U ⁼ 32 %, 3300 min-1) a) absolute Werte, b) relative Werte

Fig.4: Composition of driving power for chopping wheat straw (motsture U = 32% w. b., 3300 rpm) versus throughput a) in absolute terms, b) in relative terms

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