Suomen Karjatilatarvike Oy

Materiaalin tehokas ja tasainen siirtäminen on maatilan arjessa tärkeää, oli kyseessä sitten viljan siirto kuivurilta siiloon tai valmiin rehun annostelu ruokintalaitteistolle. Ruuvikuljetin on tähän tehtävään suosittu ja toimintavarma laite yksinkertaisen mekaanisen rakenteensa ansiosta. Usein tilan ahtaat asennuspaikat ja olemassa olevat rakennukset pakottavat kuitenkin asentamaan kuljettimen jyrkkään kulmaan tai jopa pystysuoraan asentoon.

Asennuskulman muutos vaikuttaa muuhunkin kuin tilankäyttöön. Nousukulman jyrkkentyminen muuttaa suoraan laitteiston kykyä siirtää materiaalia sekä moottorilta vaadittavaa voimaa. Kun kulmaa jyrkennetään, painovoima ja materiaalin sisäinen kitka alkavat jarruttaa kuljetusta. Järjestelmän mitoituksessa onkin huomioitava tarkasti asennuskulman vaikutus siirtokapasiteettiin ja sähkömoottorin tehontarpeeseen. Oikealla mitoituksella vältetään laitteiston alimitoitus ja turhat käyttökatkokset sesongin aikana.

Miten ruuvikuljetin toimii ja mihin sen toimintaperiaate perustuu?

Ruuvikuljettimen mekaaninen toiminta perustuu putken tai kourun sisällä pyörivään metalliseen kierteeseen, joka siirtää materiaalia eteenpäin. Vaikka laite on rakenteeltaan yksinkertainen, sen toiminta vaatii fysiikan lakien ja materiaalien ominaisuuksien huomioimista. Jotta vilja tai rehumassa liikkuisi akselin suunnassa eteenpäin, siirrettävä aines ei saa pyöriä vapaasti ruuvin mukana.

Jos materiaali pyörisi täysin samaa vauhtia kierteen mukana, se pyörisi paikallaan akselin ympäri eikä kulkeutuisi eteenpäin. Liikkeen varmistamiseksi tarvitaan materiaalin ja putken tai kourun sisäseinämän välistä kitkaa. Seinämä jarruttaa materiaalia ja estää sitä pyörimästä tyhjää akselin mukana. Kun seinämän kitka pidättelee massaa suhteessa pyörivään kierteeseen, kierre pääsee työntämään tavaraa eteenpäin.

Maataloudessa käsiteltävien materiaalien, kuten kuivan viljan, tuoreviljan tai jauhetun rehuseoksen, fyysiset ominaisuudet vaihtelevat paljon. Materiaalin irtotiheys eli tilavuuspaino sekä sen sisäinen kitkakerroin määrittävät, miten tehokkaasti kierre siirtää sitä vaakatasossa. Esimerkiksi sileä ja kuiva vilja liukuu helposti, jolloin sen kitka seinämää vasten on pienempi. Nihkeämpi tai hienojakoisempi rehu taas luo suuremman kitkan. Nämä ominaisuudet määrittävät sen, kuinka tehokkaasti materiaali lähtee liikkeelle ja kuinka suuri osa ruuvin tilavuudesta saadaan hyödynnettyä siirrossa.

Miten asennuskulma vaikuttaa siirtokapasiteettiin ja tehontarpeeseen?

Kun ruuvikuljetin asennetaan vinoon kulmaan, laitteen kyky siirtää materiaalia muuttuu nopeasti. Painovoiman suunta nimittäin muuttuu suhteessa kuljettimen akseliin. Mitä jyrkempi nousukulma on, sitä enemmän painovoima vetää siirrettävää ainetta takaisin tulosuuntaan.

Kun kulma kasvaa yli 10–15 asteen, alkaa esiintyä takaisinvirtausta eli liukumaa (*slip*). Tällöin osa materiaalista ei enää pysy kierteen muodostamassa taskussa, vaan valuu kierteen harjan ja putken seinämän välisestä raosta takaisin alaspäin. Tämän vuoksi ruuvin todellinen täyttöaste laskee, ja laite pyörittää samaa materiaalia uudelleen ennen kuin se päätyy poistoaukkoon.

Kapasiteetin pudotus on huomattavaa. Jo 25 asteen kulmassa siirtoteho voi puolittua. Esimerkiksi 45 asteen kulmassa siirtoteho voi pudota yli puolella verrattuna vaakasuoraan kuljetukseen, vaikka kierrosnopeus ja ruuvin koko pysyisivät samoina. Nimellistä vaakatason siirtokapasiteettia ei siis pidä käyttää mitoituksen perusteena, kun materiaalia nostetaan yläviistoon. Oikean laitteiston ja nousukulman mukaisen mitoituksen valinnassa auttaa tutustuminen erilaisiin kuljetinvaihtoehtoihin, jotta siirtokyky vastaa tilan tarpeita myös vaativissa asennuspaikoissa.

Miki jyrkkä nousukulma vaatii moottorilta enemmän kilowatteja?

Usein oletetaan, että siirtokapasiteetin laskeessa myös moottorilta vaadittava teho pienenisi, koska kuljetettavaa materiaalia on putkessa vähemmän. Käytännössä tilanne on päinvastainen: jyrkkä nousukulma vaatii sähkömoottorilta enemmän kilowatteja (kW) ja suurempaa vääntömomenttia.

Vaakatasossa siirrettäessä moottorin tarvitsee pääasiassa voittaa vain materiaalin ja kuljettimen rakenteiden välinen kitka. Heti kun kuljetin asennetaan vinoon kulmaan, moottori joutuu työntämään materiaalia ylöspäin painovoimaa vastaan. Tällöin sähköenergialla tuotetaan jatkuvasti mekaanista työtä massan nostamiseksi korkeussuunnassa. Samalla takaisinvirtaus eli materiaalin pyöriminen ja valuminen kierteiden yli synnyttää huomattavasti enemmän sisäistä kitkaa ja hankausta putkessa. Nämä lisääntyneet kitkahäviöt ja nostotyö yhdessä kasvattavat akselilla vaadittavaa vääntömomenttia.

Tehontarpeen laskukaavat ja käytäntö osoittavat, että jyrkässä kulmassa moottori joutuu liikuttamaan materiaalia jatkuvasti painovoimaa vastaan. Tästä syystä vinoon tai pystysuoraan asennettava kuljetin vaatii aina huomattavasti suuremman moottorimitoituksen ja järeämmän vaihteiston kuin vastaava vaakatason laite. Oikein mitoitettu teho varmistaa, ettei moottori ylikuumene tai pysähdy silloinkaan, kun kuljetin joudutaan käynnistämään sen ollessa täynnä materiaalia.

Miksi kuljetin tukkeutuu ja miten ylisyöttö tai holvaantuminen estetään?

Yksi tyypillisistä häiriötilanteista ruuvikuljettimen käytössä on mekaaninen jumiutuminen, joka johtuu usein alkupään ylitäytöstä. Kun siilon pohjalta tai syöttösuppilosta valuu materiaalia sisään liian suurella nopeudella, kierteet täyttyvät kokonaan ennen kuin massa ehtii liikkua eteenpäin. Koska putkessa ei ole tällöin vapaata tilaa, materiaali puristuu tiiviiksi massaksi ja pysäyttää ruuvin pyörimisen.

Mekaanisen jumiutumisen estämiseksi ja tasaisen virtauksen takaamiseksi on olemassa hyviä ratkaisuja. Yksinkertaisin tapa on asentaa syöttöaukkoon säädettävät kuristuslevyt. Niiden avulla materiaalin sisäänvirtausta rajoitetaan fyysisesti, jolloin kuljettimen alkupäähän ei pääse kerralla liikaa tavaraa. Tämä säästää sähkömoottoria rasitukselta ja vähentää jatkuvan valvonnan tarvetta.

Toinen toimiva ratkaisu on käyttää progressiivista kierrettä kuljettimen alkupäässä. Tässä mallissa syöttöalueella kierteen nousu on tiheämpi eli kierteiden välimatka on lyhyempi. Kun materiaali siirtyy eteenpäin varsinaiseen nousuputkeen, kierteiden väli pitenee. Ruuvi ottaa vastaan vain pienen määrän materiaalia kierrosta kohden ja kiihdyttää sen liikettä matkan varrella. Näin materiaali ei pääse pakkautumaan tiiviiksi tulpaksi, vaan virtaa tasaisesti eteenpäin. Haastaville, helposti holvaantuville materiaaleille voidaan asentaa erilliset syöttöruuvit, jotka rikkovat holvauksen mekaanisesti ja ohjaavat tavaran tasaisena virtana kuljettimelle.

Miten akselitiivisteitä ja laakereita huolletaan oikein?

Maatilan laitteet toimivat usein ympäristössä, jossa on runsaasti pölyä, kosteutta ja lämpötilanvaihteluita. Ruuvikuljettimen pitkän käyttöiän kannalta tärkeimpiä osia ovat akselin päädyissä sijaitsevat laakerit ja niiden tiivisteet. Jos huolto laiminlyödään, hienojakoinen viljapöly ja rehun lisäaineet, kuten happamat säilöntäaineet ja mineraalit, pääsevät tunkeutumaan laakeripesän sisään.

Hienojakoinen pöly toimii laakerin sisällä hiomapaperin tavoin kuluttaen metallipinnat nopeasti. Tämä johtaa aluksi laitteen äänekkääseen käyntiin ja lopulta laakerin vaurioitumiseen kesken kiireisimmän sesongin. Yleinen virhe huollossa on ylirasvaus. Jos rasvaa puristetaan laakeriin liian suurella paineella, ylimääräinen voiteluaine voi rikkoa tiivisteen herkän huuliosan. Vaurioitunut tiiviste menettää kykynsä pitää pölyä loitolla, mikä nopeuttaa kulumista entisestään.

Oikeaoppinen huolto perustuu säännöllisyyteen ja maltilliseen otteeseen. Voitelussa kannattaa käyttää valmistajan suosittelemia, vaativiin olosuhteisiin tarkoitettuja korkealaatuisia vaseliineja, jotka hylkivät kosteutta eivätkä kerää likaa. Rasvaa lisätään pieni määrä kerrallaan säännöllisin väliajoin käyttökauden aikana. Säännöllinen huolto pitää akselitiivisteet joustavina ja estää epäpuhtauksien pääsyn laakereihin. Tämä säästää työtunteja ja vähentää yllättäviä käyttökatkoja.

Miten modernit moduulirakenteet ja taajuusmuuttajat helpottavat tilan arkea?

Nykyaikainen kuljetintekniikka tehostaa tilojen arkea. Merkittävä kehitysaskel on taajuusmuuttajien yleistyminen sähkömoottoreiden ohjauksessa. Taajuusmuuttaja mahdollistaa moottorin pehmeän käynnistyksen, jolloin laite ei käynnisty rajulla nykäisyllä. Tämä suojaa sähköverkkoa kuormituspiikeiltä ja vähentää ketjuihin, akseleihin sekä kierteisiin kohdistuvaa mekaanista rasitusta.

Pehmeän käynnistyksen lisäksi taajuusmuuttajalla voidaan säätää kuljettimen pyörimisnopeutta portaattomasti. Tästä on hyötyä silloin, kun samalla laitteella siirretään erilaisia materiaaleja. Esimerkiksi herkästi rikkoutuvaa siemenviljaa voidaan ajaa hitaammalla nopeudella vaurioiden välttämiseksi, kun taas kuivaa rehuviljaa siirretään täydellä teholla työn joutuisuuden varmistamiseksi. Nopeuden hallinta auttaa myös optimoimaan täyttöastetta jyrkissä kulmissa, mikä minimoi takaisinvirtauksen.

Toinen käytännön työtä helpottava tekijä on moduulirakenne. Kuljetinta ei tarvitse toimittaa yhtenä pitkänä ja hankalasti käsiteltävänä putkena, vaan se kootaan vakioiduista jatko-osista. Tämä helpottaa asennusta ahtaissa sisätiloissa ja pidentää investoinnin käyttöikää. Jos tilan tarpeet muuttuvat vuosien varrella – esimerkiksi siilojärjestystä uusitaan tai laitteisto siirretään toiseen rakennukseen – kuljettimen pituutta tai asennuskulmaa voidaan muuttaa joustavasti lisäämällä tai poistamalla moduuleja ilman tarvetta uusia koko järjestelmää.

Oikean asennuskulman valinta, tarkka moottorimitoitus ja huollon suunnittelu takaavat, että materiaalien siirto toimii tilalla luotettavasti päivästä toiseen. Kun fysiikan lait ja materiaalien ominaisuudet otetaan huomioon jo suunnitteluvaiheessa, vältytään alimitoitukselta ja varmistetaan paras mahdollinen hyötysuhde kaikissa olosuhteissa.