Junkkari W-sarjan kylvölannoittimien vannaspainatuksen jousitusmekanismin kehitys

Abstract

Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli Junkkarin W-sarjan kylvölannoittimien vannaspainatuksen säätöön käytetyn jousitusratkaisun kehittäminen. Työn tarkoituksena oli tutkia ja vertailla sekä nykyisen että aiemmin käytössä olleiden jousitusratkaisujen rakenteellista kestävyyttä. Tutkimuksen kohteena olivat kumivääntöjousitus ja kaksi erilaista lehtijousitus-tyyppistä ratkaisua. W-sarjan koneissa on niiden tuotannon alkuvuosina käytetty vannaspainatuksen säätöön kumivääntöjousitusta, mutta kyseisen jousitusratkaisun kanssa ilmenneiden ongelmien vuoksi on siirrytty nykyisin käytössä olevaan lehtijousityyppiseen rakenteeseen. Lehtijousituksessa käytetään päällekkäin kolmea taivutettua teräslattaa, vaikkakin myös suoria jousia on ollut käytössä. Nykyisen jousitusratkaisun kohdalla ongelmaksi on muodostunut jousien katkeilu haastavammissa olosuhteissa, ja sen vuoksi yrityksessä toivottiin, että asiaa tutkittaisiin tämän opinnäytetyön puitteissa. Työ aloitettiin tutustumalla vantaiston toimintaan vaikuttaviin tekijöihin, kuten suomalaiseen maaperään ja maalajeihin, kylvöalustan muokkaukseen sekä erilaisiin viljelymenetelmiin. Tämän jälkeen käytiin läpi kylvökoneiden rakennetta ensin yleisellä tasolla, ja sen jälkeen perehdyttiin tarkemmin Junkkarin W-sarjan koneiden toimintaperiaatteeseen. Varsinainen kehitystyö aloitettiin luomalla tutkittavista kokonaisuuksista CAD-ohjelmaa käyttäen 3D-mallit. Ensin malleja hyödynnettiin vannasgeometrian ja sen käyttäytymisen alustavaan tarkasteluun, jonka jälkeen niiden pohjalta luotiin simulointimallit FEM-analyysiä varten. Jousitusratkaisujen rakenteellista lujuutta ja jousituksen vantaalle tuottamaa painatusvoimaa tutkittiin FEM-ohjelmalla suoritettujen simulointien avulla. Vannaspainatuksen todellinen säätöalue selvitettiin lopuksi fyysisillä mittauksilla, jotta simulointituloksia voitiin verrata todellisiin mittausarvoihin. Kumivääntöjousituksessa käytettyä kumimateriaalia tutkittiin kovuusmittauksen ja puristuskokeiden avulla. Työssä käydään yleisesti läpi myös muita hyperelastisten materiaalien laskentaan ja simulointiin liittyviä seikkoja. Työn tuloksena saatiin eri jousitusratkaisuista luodut FEM-laskentamallit, joiden antamat tulokset voitiin todeta kohtalaisen todenmukaisiksi. Lisäksi kumijousituksen suunnittelusta, hyperelastisten materiaalien simuloinnista sekä tutkimuksen kohteena olleista jousitusvaihtoehdoista kerääntyi runsaasti hyödyllistä tietoa. Työhön kerättyä aineistoa voi hyödyntää jousitusratkaisun suunnittelussa myös jatkossa.