Inmateh II - 2010_rev

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH – Agricultural EngineeringAgricultural EngineeringAgricultural EngineeringAgricultural Engineering

1

MAY - AUGUST

e: ISSN 2068 – 2239 p: ISSN 2068 – 4215

INMATEH

vol. 31, No. 2 / 2010


2


3

EditorialEditorialEditorialEditorial

The National Institute of Research-Development for Machines and Installations designed to Agriculture and

Food Industry - INMA BBBBucharest has the oldest and most prestigious research activity in the field of agricultural machinery

and mechanizing technologies in RRRRomania.

Short HistoryShort HistoryShort HistoryShort History � In 1927, the first research Center for Agricultural MachineryCenter for Agricultural MachineryCenter for Agricultural MachineryCenter for Agricultural Machinery in Agricultural RRRResearch Institute of RRRRomania -

ICAR (Establishing Law was published in O.D. no. 97/05.05.1927) was established;

� In 1930, was founded The Testing Department of Agricultural Machinery and Tools The Testing Department of Agricultural Machinery and Tools The Testing Department of Agricultural Machinery and Tools The Testing Department of Agricultural Machinery and Tools by transforming Agricultural

RRRResearch Centre of ICAR - that founded the science of methodologies and experimental techniques in the field (Decision

no. 2000/1930 of ICAR Manager - GHEORGHE IONESCU ŞIŞEŞTI);

� In 1952, was established the RRRResearch Institute for Mechanization and Electrification of Agriculture - ICMA

BBBBãneasa, by transforming the Department of Agricultural Machines and Tools Testing;

� In 1979, the RRRResearch Institute of Scientific and Technological Engineering for Agricultural Machinery and Tools

– ICSITMUA was founded - subordinated to Ministry of Machine BBBBuilding Industry - MICM, by unifying ICMA

subordinated to MAA with ICPMA subordinated to MICM;

� In 1996 the National Institute of RRRResearch-Development for Machines and Installations designed to Agriculture

and Food Industry – INMA was founded – according to G.D. no.1308/25.11.1996, by reorganizing ICSITMUA,

G.D no. 1308/1996 coordinated by the Ministry of Education and RRRResearch G.D. no. 823/2004;

� In 2008 INMA has been accredited to carry out research and developing activities financed from public funds under

G.D. no. 551/2007, Decision of the National Authority for Scientific RRRResearch - ANCS no. 9634/2008.

As a result of widening the spectrum of communication, dissemination and implementation of scientific research results,

in 2000 was founded the institute magazine, issued under the name of SCIENTIFIC PAPERS (INMATEH),(INMATEH),(INMATEH),(INMATEH), ISSN

1583 – 1019.

Starting with volume 30, no. 1/2010, the magazine changed its name to INMATEH INMATEH INMATEH INMATEH ---- Agricultural EngineeringAgricultural EngineeringAgricultural EngineeringAgricultural Engineering,,,, appearing both in print format ( ( ( (ISSN 2068 - 4215), and online (ISSN online: 2068 - 2239). The magazine is bilingual,

being published in RRRRomanian and English, with a rhythm of three issues / year: January-April, May-August, September-

December and is recognized by CNCSIS – with BBBB category. PPPPublished articles are from the field of AGRICULTURAL

ENGINEERING: technologies and techniques equipment for agriculture and food industry, ecological agriculture, renewable

energy, machinery testing, environment, transport in agriculture etc. and are evaluated by specialists inside the country and abroad,

in mentioned domains.

Technical level and performance processes, technology and machinery for agriculture and food industry increasing, according

to requirements and national, European and international regulations, as well as exploitation of renewable resources in terms

of efficiency, life, health and environment protection represent referential elements for the magazine „INMATEHINMATEHINMATEHINMATEH ---- AgriculturalAgriculturalAgriculturalAgricultural

Engineering Engineering Engineering Engineering”.

We are thankful to all readers, publishers and assessors.

EEEEditor in chief, PPPPh.D. Eng. PPPPirnq Ion


4


5

Managing Editorial Board - INMA Bucharest

Editor în Chief Pirnă Ion, General Manager, Prof.Hon. Ph.D.Eng, SR I, Correspondin g member of ASAS, [email protected]

Executive Editor Voicu Emil, Scientific Director,

Ph.D.Eng, SR I; [email protected] VlăduŃ Valentin, Ph.D.Eng, SR II;

[email protected]

Assistant Editor Drâmbei Petronela, Ph.D.Eng, SR I; [email protected]

Logistic support, database Muraru Virgil, Ph.D.Eng, SR I;

[email protected] łicuTania, techn;

[email protected]

Scientific Secretary Ganea Ioan, Ph.D.Eng, TDE II; [email protected]

Official translator Barbu Mihaela, Prof. English, French

Nedelcu Mihail, Ph.D. Eng.

Editorial Board � Acad. HERA Cristian - Romania, Honorary President of

ASAS - Academy of Agricultural and Forestry Sciences "Gheorghe Ionescu Şişeşti", member of Romanian Academy;

� Acad. Prof. Ph.D. SIN Gheorghe - Romania, President of ASAS - Academy of Agricultural and Forestry Sciences "Gheorghe Ionescu Şişeşti";

� Prof. Ph.D. NICOLESCU I. Mihai - Romania, Vicepresident ASAS - Academy of Agricultural and Forestry Sciences "Gheorghe Ionescu Şişeşti";

� Prof. Ph.D. IANCULESCU Marian - Romania, General Secretary of ASAS - Academy of Agricultural and Forestry Sciences "Gheorghe Ionescu Şişeşti";

� Hon.Prof. Ph.D.Eng. GÂNGU Vergil - Romania, President of the Department of Agricultural Mechanization of ASAS - Academy of Agricultural and Forestry Sciences "Gheorghe Ionescu Şişeşti";

� Ph.D. Eng. NICOLESCU C. Mihai - Romania, Scientific Secretary of the Department of Agricultural Mechanization of the ASAS - Academy of Agricultural and Forestry Sciences "Gheorghe Ionescu Şişeşti";

� Hon.Prof. Ph.D. Eng. BRIA Nicolae - Romania, Full member of Academy of Agricultural and Forestry Sciences "Gheorghe Ionescu Şişeşti";

� Assoc.Prof. Ph.D. Eng. BELC Nastasia - Romania, IBA Bucharest;

� Ph.D. Eng. BUłU Alina - Romania, INCDSB Bucharest; � Ph.D. Eng. DRUMEA Petrin - Romania, INOE 2000-IHP

Bucharest; � Eng. BOTU Alexandru - Romania, IPA să Bucharest; � Prof. Ph.D. Eng. PARASCHIV Gigel - Romania, P.U.

Bucharest; � Assoc.Prof. Ph.D.Eng. BIRIŞ Sorin - Romania, P.U. Bucharest; � Prof. Ph.D.Eng. VASILIU Daniela - Romania, P.U. Bucharest; � Prof. Ph.D. Eng. NICULIłĂ Petru - Romania, USAMV Bucharest; � Prof. Ph.D. Eng. MITROI Adrian - Romania, USAMV Bucharest; � Prof. Ph.D. Eng. POPA Mona - Romania, USAMV Bucharest; � Assoc. Prof. Ph.D. Eng. DUMITRU Ilie - Romania,

University of Craiova; � Prof. Ph.D. Eng. RUS Florean - Romania, “Transilvania”

University Braşov; � Prof. Ph.D. Eng. POPESCU Simion - Romania,

“Transilvania” University Braşov; � Prof. Ph.D. Eng. BRĂTUCU Gheorghe - Romania,

“Transilvania” University Braşov; � Prof. Ph.D. Eng. VLASE Sorin - Romania, “Transilvania”

University Braşov; � Prof. Ph.D. Eng. ROŞ Victor - Romania, Technical

University Cluj Napoca;

� Prof. Ph.D. Eng. FILIP Nicolae - Romania, Technical University Cluj Napoca;

� Prof. Ph.D. Eng. łENU Ioan - Romania, USAMV Iaşi; � Assoc.Prof. Ph.D.Eng. BUNGESCU Sorin - Romania,

USAMVB Timişoara; � Ph.D. Eng. QUENDLER Elisabeth - Austria, University

of Natural Resources and Applied Life Sciences, Viena (BOKU);

� Prof. Ph.D.Eng. GÉCZI Gabor - Hungary, Szent István University, Institute of Environmental System;

� Prof. Ph.D.Eng. FENYVESI László - Hungary, Hungarian Institute of Agricultural Engineering Godolo;

� Prof. Ph.D.Eng. KOSUTIC Silvio - Croatia, University of Zagreb;

� Prof.Ph.D.Psih. GANATSIOS Stergios - Grecia, (TEI) Technological Educational Institution of Western Macedonia;

� Ph.D. BIOCCA Marcello - Italia, Agricultural Research Council, Agricultural Engineering Research Unit;

� Ph.D. Eng. STAHLI WALTER - Germany; � Assoc.Prof. Eng. VEZIROV Chavdar - Bulgaria,

University of Rousse; � Assoc.Prof. Ph.D.Eng. MIHAILOV Nikolay - Bulgaria,

University of Rousse; � Assoc.Prof. Ph.D. Eng. BORISOV Boris Georgiev -

Bulgaria, University of Rousse; � Prof. Ph.D. Eng. TOMOV VLADIMIROV Vladimir -

University of Rousse; � Prof. Ph.D. Eng. Miladin Brkić, Serbia, University of

Novi Sad; � Assoc.Prof. Ph.D.Eng. SAVIN Lazar - Serbia, University

of Novi Sad; � Assoc.Prof. Ph.D.Eng. SIMIKIC Mirko - Serbia, University

of Novi Sad; � Assoc.Prof. Ph.D. Eng. HERAK David - Czech Republic,

Czech University of Agriculture Prague; � Assoc.Prof. Ph.D. ERTEKIN Can - Turkey, Akdeniz

University Antalia; � Prof. Ph.D.Eng. USENKO Mykhaylo - Ukraine,

State Technical University Lutsk; � Prof. Ph.D.Sc. Eng. VARTUKAPTEINIS Kaspars -

Latvia, Latvia University of Agriculture, Institute of Agricultural Machinery;

� ir. HUYGHEBAERT Bruno - Belgium, Walloon Agricultural Research Center CRA-W;

� Prof. Ph.D. Eng. FABBRO Dal Inacio Maria - Brazil, Campinas State University.

INMATEH - Agricultural Engineering vol. 31, no. 2 / 2010

NATIONAL INSTITUTE OF RESEARCH-DEVELOPMENT FOR MACHINES AND INSTALLATIONS DESIGNED TO

AGRICULTURE AND FOOD INDUSTRY - INMA Bucharest

6 Ion Ionescu de la Brad Bd, sector 1, Bucharest

Three issues per year, e ISSN: 2068 – 2239 p ISSN: 2068 – 4215

Edited by: INMA Bucharest

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH - Agricultural EAgricultural EAgricultural EAgricultural Engineeringngineeringngineeringngineering

2


3

CUPRINS / CONTENTS

1. THEORETICAL STUDY OF PILE DISPLACEMENT ON STRAW WAL KER OF CONVENTIONAL COMBINE HARVESTERS /

STUDIUL TEORETIC AL DEPLASARII VRAFULUI PE SCUTURAT ORUL COMBINELOR CONVENłIONALE DE RECOLTAT CEREALE

Ph.D. Eng. Ivan Gh. 1), Ph.D. Eng. Nedelcu M. 1)

1) INMA Bucharest / Romania

5

2. OPTIMIZATION OF WORKING CAPACITY FOR FORAGE HARVESTER COMBINES DRIVEN BY TRACTOR /

OPTIMIZAREA CAPACIT ĂłII DE LUCRU A COMBINELOR DE RECOLTAT FURAJE ACłIONATE DE TRACTOR

Ph.D. Eng. Voicu E. 1), Mat. Cârdei P. 1), Prof. Ph.D. Eng. Popescu S. 2)

1)INMA Bucharest / Romania; 2)Transylvania University Braşov / Romania

11

3. STRUCTURAL ANALYSIS OF MATINA SOIL WORKING MACHINE / ANALIZA STRUCTURALA A MA ŞINII MATINA PENTRU LUCRĂRI ALE SOLULUI

Ph.D. Eng. Muraru V. 1), Ph.D. Eng. Constantin N., Mat. Cârdei P. 1), Eng. Sfîru R. 1) 1)INMA Bucharest / Romania

17

4. EXPERIMENTATION OF MANUFACTURING TECHNOLOGY AND EQUIPMENTS FOR PELLETS / AGRI-PELLETS /

EXPERIMENTAREA TEHNOLOGIEI ŞI A ECHIPAMENTELOR PENTRU FABRICAREA PELEłILOR/AGRIPELEłILOR

Ph.D. Stud. Eng. Danciu A. 1), Ph.D. Eng. Vl ădu Ń V.1), Eng. Matache M. 1), Eng. Mihai M. 1), Ph.D. Eng. Lehrl C. 2)

Prof. Ph.D. Eng. Mihailov N. 3) 1)INMA Bucharest; 2)INCD ECOIND Bucharest; 3)University of Rouse

27

5. METHODS AND TECHNIQUES OF DRAWING UP RISK MAPS FOR SURFACE RA IN EROSION PHENOMENON /

METODĂ ŞI TEHNICĂ DE ÎNTOCMIRE A HĂRłILOR DE RISC PENTRU FENOMENUL DE EROZIUNE PLUVIALĂ DE SUPRAFAłĂ

Eng. Sfîru R. 1), Mat. Cârdei P. 1), Ph.D. Eng. Muraru V. 1), Eng. Herea V. 2) 1)INMA Bucharest / Romania; 2)ICDVV Valea Calugareasca / Romania

35

6. INCREASING LOAD CAPACITY OF CYLINDRICAL GEARS BY OPTIMIZI NG THEIR GEOMETRIC PARAMETERS /

ПОВИШАВАНЕ НА ТОВАРОНОСИМОСТТА НА ЦИЛИНДРИЧНИ ЗЪБНИ ПРЕДАВКИ ЧРЕЗ ОПТИМИЗИРАНЕ НА ГЕОМЕТРИЧНИТЕ ИМ ПАРАМЕТРИ

Assoc. Prof. Ph.D. MEng. Angelova Emiliya 1), Ph.D. MEng. Ronkova Viarka 1), Prof. Ph.D. MEng Nenov Peter 1) 1)Angel Kanchev University of Ruse / Bulgaria

43

7. RESEARCH ON DYNAMIC PROCESSES OF VIBRATION MACHINE WITH UNBALA NCED VIBRATION EXCITERS AND ASYNCHRONOUS ELECTRIC MOTOR /

ДОСЛІДЖЕННЯ ДИНАМІЧНИХ ПРОЦЕСІВ У ВІБРАЦІЙНІЙ МАШИНІ З НЕВРІВНОВАЖЕНИМИ ВІБРО-ЗБУДНИКАМИ І АСІНХРОННИМ ЕЛЕКТРОДВИГУНОМ

Yaroshevich N. 1), Tolstushko N. 1), Usenko M. 1) 1)Lutsk National Technical University / Ukraine

49

8. INTEGRATION OF A MONITORING AND CENTRALIZED WARNING SYSTEM ON TECHNICAL EQUIPMENTS DESIGNED TO PHYTOSANITARY TREATMENTS IN THE CONCEPT OF PRECISION

AGRICULTURE / INTEGRAREA UNUI SISTEM CENTRALIZAT DE MONITORIZARE ŞI AVERTIZARE PE

ECHIPAMENTELE TEHNICE DESTINATE TRATAMENTELOR FITO-SANITARE IN CO NCEPTUL DE AGRICULTURA DE PRECIZIE

Eng. Bolintineanu Gh. 1), Ph.D. Eng. Vl ădu Ń V.1), Eng. Voicea I. 1), Eng. Matache M. 1), Ph.D. Eng. Savin L. 2), Eng. Langenakens J. 3)

1)INMA - Bucharest / Romania; 2)University of Novi Sad / Serbia; 3)Advanced Agricultural Measurement System / Belgium

55

9. COMPARATIVE RESEARCHES REGARDING THE QUALITY AND EFFICIENCY OF G ERMINATING BED PREPARING IN GREENHOUSES THROUGH HOEING AND CUTTING /

CERCETĂRI COMPARATIVE PRIVIND CALITATEA ŞI EFICIENłA ENETGETICĂ A PREGĂTIRII PATULUI GERMINATIV ÎN SERE PRIN S ĂPARE ŞI FREZARE Professor Ph.D.Eng. Br ătucu Gheorghe 1), Ph.D.Eng. Pasztor Judit 1)

Ph.D. Eng. C ăpăŃînă Ionu Ń1)

1) Transilvania University of Braşov / Romania

63


4

10. CONTRIBUTIONS TO STUDY OF KINEMATICS AND DYNAMICS OF VIBRA TING CONVEYORS ENDOWED WITH NON-BALANCED MASS MECHANISM /

CONTRIBUłII PRIVIND STUDIUL CINEMATICII ŞI DINAMICII TRANSPORTOARELOR VIBRATOARE CU MECANISME CU MASE NEECHILIBRATE

Ph.D.Student Br ăcăcescu C. 1), Prof. PhD. Eng. Popescu S. 2), Prof. Ph.D. Eng. Schillaci G. 3)

1)INMA Bucharest / Romania; 2)Transilvania University of Braşov / Romania; 3)University of Catania / Italy

73

11. RESEARCH REGARDING THE USE OF THE GPS IN MONITORING AGRICULTU RAL SOWING / CERCETĂRI PRIVIND UTILIZAREA GPS-ULUI LA MONITORIZAREA LUCR ĂRILOR AGRICOLE DE

SEMĂNAT Ph.D. Eng. P ăunescu D. 1), Prof. Ph.D. Eng. Br ătucu Gh. 2)., Stud. P ăunescu S. 3)., Ph.D. Eng. Atanasov At. 4)

1)Doriansoft SRL / Romania; 2)Transilvania University Braşov / Romania; 3)National Computer Science College „Grigore Moisil” Brasov / Romania; 4)University of Rousse / Bulgaria

79

12. TECHNICAL EQUIPMENT FOR INNOVATIVE TECHNOLOGY OF SOIL PREPARAT ION AND ESTABLISH HOEING CROPS, BASIC PROMOTING SUSTAINABLE AGRICULTURE /

ECHIPAMENT TEHNIC DESTINAT TEHNOLOGIEI INOVATIVE DE LUCRARE A SOL ULUI SI ÎNFIINłARE A CULTURILOR DE PRĂSITOARE, BAZĂ A PROMOVĂRII AGRICULTURII DURABILE

Ph.D. Eng. Marin E. 1), Ph.D. Stud. Soric ă C. 1), Ph.D. Stud. Manea D. 1), Vezirov Z. 2) 1)INMA Bucharest / Romania; 2)University of Rouse / Bulgaria

87

13. EXPERIMENTAL RESEARCHES CONCERNING DYNAMICS AND ENERGETIC OF TWO-W HEEL TRACTOR - MOWER SYSTEMS /

CERCETĂRI PRIVIND DINAMICA ŞI ENERGETICA AGREGATULUI FORMAT DIN TRACTOR MONOAX ŞI COSITOARE

Ph.D. Eng. Mocanu V. 1), Ph.D. Eng. Hermenean I. 1) 1) ICDP Braşov / Romania

93

14. EXPERIMENTAL RESEARCHES ON THE INFLUENCE OF TYRE PR ESSURE AND INTENSITY OF TRAFFIC TRACTOR WHEELS ON PENETRATION RESISTANCE AN D APPARENT DENSITY OF

AGRICULTURAL SOILS / CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND INFLUEN łA PRESIUNII DIN PNEURI ŞI A

INTENSITĂłII TRAFICULUI ROłILOR TRACTORULUI ASUPRA REZISTEN łEI LA PENETRARE ŞI DENSITĂłII APARENTE A SOLURILOR AGRICOLE

Ph.D. Eng. Loghin Fl. 1), Prof. Ph.D. Popescu S. 1), Math. Cârdei P. 2), Prof. Ph.D. Karamousantas D. 3)

1)Transilvania University of Braşov / Romania, 2)INMA Bucharest / Romania, 3)TEI Kalamata / Greece

99


5

THEORETICAL STUDY OF PILE DISPLACEMENT ON STRAW WAL KER OF

CONVENTIONAL COMBINE HARVESTERS /

STUDIUL TEORETIC AL DEPLASARII VRAFULUI PE SCUTURAT ORUL COMBINELOR CONVENłIONALE DE RECOLTAT CEREALE

Ph.D. Eng. Ivan Gh. 1), Ph.D. Eng. Nedelcu M. 1)

1) INMA Bucharest Tel: 021 269 32 55; Fax: 021/269.32.73; E-mail: [email protected]

Abstract: The conventional harvesting combines for cereal comprise a shaker aiming (straw walkers) to separate the seeds out of straws coming from the threshing apparatus. The working capacities of the straw walkers and implicitely of harvesting combine depend on the configuration and kinematic regime of shaker. The aim of the study is to determine these characteristics based on a mathematical model of pile movement on this type of straw walker. Theoretical research in this area do not realize totally this mathematical model. The article presents the first part of the study. Keywords: harvesting combine, pile displacement, straw walkers INTRODUCTION

The straw walkers on two axes is one of the main working parts of a conventional cereal harvesting combine. It is positioned in the technological flow of these combines between the tangential threshing device and the cleaning system (Fig.1).

Rezumat: Combinele convenŃionale de recoltat cereale au în componenŃă un sistem de scuturare (scuturător) care separă seminŃele din vraful rezultat de la aparatul de treier. Capacitatea de lucru a sistemului de scuturare şi implicit a combinei de recoltat depinde de caracteristicile constructive şi funcŃionale ale acestuia. Obiectivul studiului este determinarea acestor caracteristici pe baza unui model matematic al deplasării vrafului pe acest tip de scuturator. Cercetările teoretice din acest domeniu nu realizează în totalitate acest model matematic. Articolul prezintă prima parte a studiului. Cuvinte cheie: combina de recoltat, deplasarea vrafului, scuturător INTRODUCERE

Scuturătorul cu cai pe două axe este unul dintre organele principale de lucru ale combinelor convenŃionale de recoltat cereale. Este poziŃionat în cadrul fluxului tehnologic al acestor combine între aparatul de treier tangenŃial şi sistemul de curăŃire (fig.1).

Fig. 1 - Main working parts of a conventional cereal harvesting combine / Organele principale ale unei combine convenŃionale de recoltat cereale

Vegetal mass arrived on straw walkers on two axes

(Fig. 2) from the threshing device, is a mixture of long straw, short straws, hulls and seeds. This mixture called pile undergoes regular snatches to release seeds and straws separation, directing them to the cleaning system and removal of straws from the combine with as small losses in grains [4,5]..

Masa vegetală, ajunsă pe scuturătorul cu cai (fig.2) de la aparatul de treier, este un amestec format din paie lungi, paie scurte, pleavă şi seminŃe. Acest amestec, denumit vraf, este supus unor scuturări periodice în vederea eliberării şi separării seminŃelor din paie, dirijarea acestora către sistemul de curăŃire şi evacuarea paielor din combină, cu pierderi de seminŃe cât mai mici [4,5].

Fig. 2 – Straw walkers on two axes / Scuturator cu cai pe două axe


6

To current conventional combines the two-axle straw walker consist of 4÷8 shaker elements (the straw walkers) and two crankshafts (called axes), in which the back is for power of straw walker. The shaker elements (Fig.3) are made of tin, a length of 3.3÷4.6m, width of an item being 0.21÷0.28m, have in composition a number of cascades and sieves for seed separation and are usually, in trough cross-section in form of chute. The chute has side walls with jagged edges for retaining and advancing of the pile on the shaking elements. If the shaking elements are not provided with chutes, underneath is an inclined plane for directing the components separated through sieves to the cleaning system. The shaker elements have a plane-parallel motion, any point in doing circles of radius equal to radius arrangement of crankpin journals of straw walker crankshafts and comprises three functional areas: supply, separation and disposal. On all functional areas is carrying out the separation of seeds from pile, but the separation area has the optimal constructive characteristics necessary for separation.

La combinele convenŃionale actuale, scuturătorul cu cai pe două axe este compus din 4÷8 elemente de scuturare (denumite cai) şi doi arbori cotiŃi (denumiŃi axe), din care cel posterior este pentru acŃionarea scuturătorului. Elementele de scuturare (fig.3) sunt executate din tablă, au lungimea de 3,3÷4,6m, lăŃimea unui element fiind de 0,21÷0,28m, au în compunere un număr de cascade şi site de separare a seminŃelor şi sunt, de regulă, în secŃiune transversală sub formă de jgheab. Jgheabul are pereŃii laterali cu marginile zimŃate pentru reŃinerea şi avansul vrafului pe elementele de scuturare. În cazul în care elementele de scuturare nu sunt prevăzute cu jgheaburi, sub acestea se află un plan înclinat pentru dirijarea componentelor separate prin site către sistemul de curăŃire. Elementele de scuturare au o mişcare plan-paralelă, orice punct efectuând cercuri de rază egală cu raza de dispunere a manetoanelor arborilor cotiŃi ai scuturătorului şi au în compunere trei zone funcŃionale: alimentare, separare şi evacuare. Pe toate zonele funcŃionale se realizează separarea seminŃelor din vraf, dar zona de separare are caracteristicile constructive optime necesare separării.

Fig. 3 - Representation of functional areas of a shaking element / Reprezentarea zonelor funcŃionale ale unui element de scuturare

The shakers of current harvester combines are with

independent straw walkers, which shaking elements are extended circular some over others with different angles, each element acting only on the pile found above him. These straw walkers are indicated in the case of pile with short straws, result from the threshing machines with multiple rotors of current harvester combines.

In Figure 4 is represented the trajectory of displacement of the pile located on separation area of an shaker element, at a complete rotation of the crankshaft, for a cascade and the active part of jagged edges which make with the separation sieve an angle of 900+δ.

Scuturătoarele combinelor actuale sunt scuturătoare cu cai independenŃi, care au elementele de scuturare decalate circular unele faŃă de altele cu unghiuri diferite, fiecare element acŃionând numai asupra vrafului aflat deasupra lui. Aceste scuturatoare sunt indicate în cazul vrafului cu paie scurte, rezultat din aparatele de treier cu rotoare multiple ale combinelor actuale.

În figura 4 este reprezentată traiectoria deplasării vrafului aflat pe zona de separare a unui element de scuturare, la o rotaŃie completă a arborelui cotit, pentru o cascadă şi partea activă a marginilor zimŃate ale jgheaburilor care fac cu sita de separare un unghi 900+δ.

Fig. 4 - Trajectory of the pile displacement on the separation area of an element of shaking at a complete rotation


7

/ Traiectoria deplăsarii vrafului pe zona de separare a unui element de scuturare la o rotaŃie completă MATERIALS AND METHOD

The pile displacement on the shaker element is donne in the following successive stages: 1. the pile is compressed on the shaker element [A3A 1]; 2. the pile detaches from the sieve and slide on the

cascade [A 1A 2]; 3. pile jumping [A 2A 3];

The diagram of forces acting on a particle of pile driven by cascade and by the active side of jagged edges of the shaker element, found in Section A1, is shown in Figure 5.

MATERIALE ŞI METODĂ Deplasarea vrafului pe elementul de scuturare se

face în următoarele etape succesive: 1. vraful se comprimă pe elementul de scuturare [A3A1]; 2. vraful se desprinde de sită şi alunecă pe cascadă

[A1A2]; 3. saltul vrafului [A2A3];

Diagrama forŃelor care acŃionează asupra unei particule de vraf antrenată de cascada şi de partea activă a marginilor zimŃate ale elementului de scuturare, aflat în punctul A1, este prezentată în figura 5.

Fig.5 - Diagram of forces acting on a particle of pile located on the shaker element, in the point A 1 / Diagrama forŃelor care acŃionează asupra unei particule de vraf aflată pe elementul de scuturare, în punctul A 1

Within the range [A0 A1], the pile located on the sieve

is compressed by the shaker element which is rising. To find the angle of detachment of the pile from sieve ωt1, place the equilibrium condition of forces acting on the particle pile in the point A1:

Pe intervalul [A0 A1], vraful aflat pe sită este comprimat de elementul de scuturare în urcare. Pentru a afla unghiul de desprindere a vrafului de sită ωt1, se pune condiŃia de echilibru a forŃelor care acŃionează asupra particulei de vraf, în punctul A1:

( ) ( ) ( )2 21 1mω rsin ωt +δ = mgcos(α+δ) + fm gsin α+δ +ω rcos ωt +δ

(1)

Results the value of the angle of separation of straw from the sieve ωt1 :

Rezultă valoarea unghiului de desprindere a paielor de sită ωt1 :

( )( ) ( ) ( ) ( ) ( )

( )22 2

1 2

k 1 + f - c o s α + δ + f s in α + δ -f c o s α + δ + f s in α + δω t k ,α ,δ , f = a c o s - δ

k 1 + f

2)

where: ωt1 is the separation angle of the pile from sieve; m – mass of a pile particle; ω – angular velocity of the shaker element; r – ordering range of the crankshaft journals of the straw walker; α – inclination of the separation sieve to the horizontal; δ – angle of cascade and active part of the jagged edges in relation to the verical of the sieve; f – friction coefficient of the pile on cascade (f = 0,3÷0,5 at a seed moisture of 6÷28%);

k – kinematic regime of the straw walker 2k = ω r/g

(to current combines k = 1,89÷4,06); g – gravitational acceleration;

For f = 0,4 and δ = 00, function diagrams ωt1(k,α) are shown in Figure 6.

unde: ωt1 este unghiul de desprindere a vrafului de sită; m – masa particulei de vraf; ω – viteza unghiulară a elementului de scuturare; r – raza de dispunere a manetoanelor arborelui cotit al scuturătorului; α – unghiul de înclinare al sitei de separare în raport cu orizontala; δ – unghiul cascadei şi părŃii active a marginilor zimŃate în raport cu vericala sitei; f – coeficientul de frecare al vrafului pe cascadă (f = 0,3÷0,5 la o umiditate a seminŃelor de 6÷28%);

k – regimul cinematic al scuturătorului 2k = ω r/g (la

combinele actuale k = 1,89÷4,06); g – acceleraŃia gravitaŃională;

Pentru f = 0,4 şi δ = 00, diagramele funcŃiei ωt1(k,α) sunt prezentate în figura 6.


8

Fig. 6 - ωt1(k α) function charts, for f = 0,4 and δ = 00 / Diagramele funcŃiei ωt1(k,α), pentru f = 0,4 şi δ = 00

According to the diagrams in Figure 6, for kinematic

regimes of the straw walkers of current combines, detachment angle of the pile from sieve ωt1 varies inversely with kinematic regime k, influence of sieve angle α to the horizontal being very low.

For f = 0,4 şi α = 240, function charts ωt1(k,δ) are shown in Figure 7.

Conform diagramelor din figura 6, pentru regimurile cinematice ale scuturătoarelor combinelor actuale, unghiul de desprindere a vrafului de sită ωt1 variază invers proporŃional cu regimul cinematic k, influenŃa unghiului sitei în raport cu orizontala α fiind foarte redusă.

Pentru f = 0,4 şi α = 240, diagramele funcŃiei ωt1(k,δ), sunt prezentate în figura. 7

Fig. 7 - ωt1 (k, δ) function charts, for f = 0,4 and α = 240 / Diagramele funcŃiei ωt1 (k,δ), pentru f = 0,4 şi α = 240


9

According to the diagrams in Figure 7, detachment angle of the pile from sieve ωt1 varies inversely with kinematic regime k and with cascade angle δ, size of the latter having an important influence on the value of angle ωt1.

For α = 240 and δ = 00, function charts ωt1(k,f) are shown in Figure 8.

Conform diagramelor din figura 7, unghiul de desprindere a vrafului de sită ωt1 variază invers proporŃional cu regimul cinematic k şi unghiul cascadei δ, mărimea acestuia din urmă având o influenŃă importantă asupra valorii unghiului ωt1.

Pentru α = 240 şi δ = 00, diagramele funcŃiei ωt1(k,f) sunt prezentate în figura 8.

Fig. 8 - ωt1(k,f) function chart for α = 240 and δ = 0 / Diagrama funcŃiei ωt1(k,f), pentru α = 240 şi δ = 00

According to the diagrams in Figure 8, detachment

angle of the pile from sieve ωt1 varies inversely with kinematic regime k and directly proportional to the friction coefficient f, the size of the latter having an important influence on the value of angle ωt1.

RESULTS

Analyzing the diagrams in Figures 6, 7, 8, follows: - ωt1 angle varies inversely with

kinematic regime k and the angle δ; - ωt1 angle varies in direct proportion to

the coefficient of friction f; - angle α has very little influence on the

angle ωt1; - angle of friction δ and f have an

important influence on the angle ωt1; Seed release from pile is even better since it is

longer in motion against the shaker element [6] and therefore the detachment angle of the pile from sieve ωt1 must be minimized. Analyzing Figures 6, 7 and 8, it follows that for an angle of separation sieves against the horizontal α, chosen from considerations on the location of straw walkers on the combine, kinematic regime k must be as large and angle between the cascade and the active side of jagged edges against the vertical of the separation sieve δ > 0. Also, friction coefficient f must be as small.

Conform diagramelor din figura 8, unghiul de desprindere a vrafului de sită ωt1 variază invers proporŃional cu regimul cinematic k şi direct proporŃional cu coeficientul de frecare f, mărimea acestuia din urmă având o influenŃă importantă asupra valorii unghiului ωt1.

REZULTATE

Din analiza diagramelor din figurile 6, 7, 8, rezultă: - unghiul ωt1 variază invers proporŃional cu

regimul cinematic k şi unghiul δ; - unghiul ωt1 variază direct proporŃional cu

coeficientul de frecare f; - unghiul α are o influenŃă foarte redusă

asupra unghiului ωt1; - unghiul δ şi coeficientul de frecare f au o

influenŃă importantă asupra unghiului ωt1; Eliberarea seminŃelor din vraf este cu atât mai bună cu

cât acesta se află mai mult timp în mişcare în raport cu elementul de scuturare [6], prin urmare valoarea unghiului de desprindere a vrafului de sită ωt1 trebuie să fie cât mai redusă. Din analiza figurilor 6, 7 şi 8, rezultă că pentru un unghi al sitelor de separare în raport cu orizontala α, ales din considerente privind amplasarea scuturătorului pe combină, regimul cinematic k trebuie să fie cât mai mare şi unghiul cascadei şi părŃii active a marginilor zimŃate în raport cu vericala sitei de separare δ > 0. De asemenea, coeficientul de frecare f trebuie să fie cât mai mic.


10

Fig. 9 - Wrong constructive solutions for the cascades of the shaking elements/ SoluŃii constructive greşite pentru cascadele elementelor de scuturare

CONCLUSIONS

Following the presented, building of shaking elements should avoid the existence of thresholds from the top of the cascades, straw lifters mounted above the cascades and perforation of cascade walls, all these preventing the pile movement and therefore seed release (fig. 9).

The straw lifters are needed on the separation area of shaking elements provided by plan separation sieves, but the lifters must not exceed the upper side of the cascades.

CONCLUZII Ca urmare a celor prezentate, construcŃia elementelor de

scuturare trebuie să evite existenŃa pragurilor din partea superioară a cascadelor, ridicătorii de paie montaŃi deasupra cascadelor şi perforarea pereŃilor cascadelor, toate acestea împiedicând mişcarea vrafului şi prin urmare eliberarea seminŃelor (fig.9).

Ridicătoarii de paie sunt necesari pe zona de separare a elementelor de scuturare prevăzute cu site de separare plane, dar ridicătorii nu trebuie să depaşească partea superioară a cascadelor.

REFERENCES 1. Ivan Gh., Popescu S. (2008) - A new theory regarding

the vegetal matter displacement on shaker straw walkers disposed on two axes at conventional harvesting combines, 10th. International congress on Mechanization and Enery in Agriculture, 175-178, ISBN: 978-975-7666-93-6, Antalya - Turkiye;

2. Ivan Gh. (2009) - Improving shaking Systems of cereal harvesting combines, Ed.”Terra Nostra”, Iasi, ISBN: 978-973-1888-29-3;

3. Ivan Gh., Ganea I. (2009) – Considerations on the shaking process at the conventional cereal harvesting combines, Agricultural Engineering, p. 381-386, ISSN: 0083-5569, Hannover;

4. Krasnicenko A.V. (1962-1964) - Handbook of Agricultural Machinery Builder – vol. 2, p. 388-394, Technical Publishing House Bucharest;

5. Letoşnev M.N. (1959) - Agricultural Machinery, p. 423-510, State Agro-Forestry Publishing House, Bucharest;

6. Neculaiasa V., Dănilă I. (1986) - Grain Harvesters, Polytechnic Institute of Iasi.

BIBLIOGRAFIE 1. Ivan Gh., Popescu S. (2008) - O noua teorie cu privire

la deplasarea materialului vegetal pe scuturatorul cu cai pe doua axe la combinele convenŃionale de recoltat, 10th International congress on Mechanization and Enery in Agriculture, p.175-178, ISBN: 978-975-7666-93-6, Antalya – Turkiye;

2. Ivan Gh. (2009) - ÎmbunătăŃirea sistemelor de scuturare al combinelor de recoltat cereale, Ed.”Terra Nostra”, Iasi, ISBN: 978-973-1888-29-3;

3. Ivan Gh., Ganea I. (2009) – ConsideraŃii asupra procesului de scuturare la combinele conventionale de recoltat cereale, Agricultural Engineering, p. 381-386, ISSN: 0083-5569, Hanovra;

4. Krasnicenko A.V. (1962-1964) - Manualul constuctorului de Maşini Agricole – vol. 2, p. 388-394, Editura Tehnică Bucureşti;

5. Letoşnev M.N. (1959) - Maşini agricole, pag. 423-510, Editura Agrosilvică de Stat-Bucureşti;

6. Neculaiasa V., Dănilă I. (1986) - Maşini de recoltat cereale, Institutul Politehnic Iaşi.


11

OPTIMIZATION OF WORKING CAPACITY FOR FORAGE HARVEST ER

COMBINES DRIVEN BY TRACTOR /

OPTIMIZAREA CAPACIT ĂłII DE LUCRU A COMBINELOR DE RECOLTAT FURAJE ACłIONATE DE TRACTOR

Ph.D. Eng. Voicu E. 1), Mat. Cârdei P. 1), Prof. Ph.D. Eng. Popescu S. 2)

1)INMA Bucharest; 2)Transylvania University Braşov Tel: 021 269 32 55; Fax: 021/269.32.73; E-mail: [email protected]

Abstract: The paper presents experimental results and theoretical work on optimizing the capacity of the unit consisting of the trailed CTF forage harvester combine driven by the 65 hp (U650) tractor, at the work harvesting alfalfa and corn silage. Were experimentally determined operating indices of forage harvester and using an algorithm were developed diagrams which determine the working speed of the unit depending on plant production per hectare to achieve an optimal working capacity. Keywords: aggregate, forage harvester combine, working capacity, tractor INTRODUCTION

Mechanization of the harvest, transport and forage ensilage has a particular importance to perform in a short time and at high quality the operations of the feed preparation technologies, to reduce labor requirements and phisical effort.

Most suitable machine for harvesting silage forage plants in view of ensilage are the forage harvester combines which can perform simultaneously harvesting and chopping forage with direct loading into trailers for transport. They are equipped with specialized equipment for forage harvesting plant grass and maize silage [1].

Forage harvest and transport from the small and medium-sized farms is carried out using as source of energy the agricultural tractors on wheels used to produce other agricultural work, tractors found in endowment and are well known by farmers and the reasons underlying their use are economic, but social also.

The main requirement for obtaining a good silage quality is the length of feed chopping(10 ... 15 mm) and filling the silo to be made in 4...5 days completed by an appropriate compaction [4]. An important role for completion shortly of a forage silo it has the forage combine harvester which must to be able to operate at maximum working capacity. MATERIALS AND METHOD

The experimental research was conducted with an aggregate consisting of of the CTF trailed forage combine harvester and the 65 HP tractor on wheels(Fig. 1), at the harvested alfalfa and corn silage.

The main technical characteristics of the aggregate are: a - CTF towed forage harvester combine:

Machine Type …………………………………. Towed; Drive ……............ from the tractor PTO, n = 540 rpm; Type of supply system ………….......... with 4 rollers; Drum chopping:

- Type: cylindrical with knives placed in cascade; - diameter, mm…………………………………600; - width, mm……..………………………………560; - number of knives, pcs….….…………4 x 10=40; - speed, rpm ……...……………………………826;

Chopping length, mm ………………. 8…35 (6 trepte);

Rezumat: In lucrare se prezintă rezultatele experimentale şi teoretice privind optimizarea capacităŃii de lucru ale agregatului constituit din combina tractată de recoltat furaje CTF acŃionată de tractorul de 65 CP (U650), la recoltat lucernă şi porumb siloz. Pe cale experimentală s-au determinat indicii de exploatare ai combinei de recoltat furaje, iar prin folosirea unui algoritm de calcul s-au elaborat nomograme prin care se determină viteza de lucru a agregatului în funcŃie de producŃia vegetală la hectar pentru obŃinerea unei capacităŃi de lucru optime. Cuvinte cheie: agregat, capacitate de lucru, combina de furaje, tractor INTRODUCERE

Mecanizarea lucrărilor de recoltare, transport şi însilozare a furajelor are o importanŃă deosebită pentru efectuarea în timp scurt şi de calitate superioară a operaŃiilor din cadrul tehnologiilor de pregătire a furajelor, pentru reducerea necesarului de forŃă de muncă şi de efort fizic.

Cele mai adecvate maşini pentru recoltarea plantelor furajere în vederea însilozării sunt combinele de furaje care pot efectua concomitent recoltarea şi tocarea acestora cu încărcare directă în remorci pentru transport. Acestea sunt prevăzute cu echipamente specializate pentru recoltarea plantelor furajere ierboase şi a porumbului pentru siloz [1].

Recoltarea şi transportul furajelor din cadrul fermelor mici şi mijlocii, se realizează utilizând ca sursă energetică tractoarele agricole pe roŃi folosite la realizarea celorlalte lucrări agricole, tractoare care se află în dotare şi sunt bine cunoscute de către fermieri, iar motivele care stau la baza utilizării acestora sunt de natură economică, dar şi socială.

Principala cerinŃă pentru obŃinerea unui siloz de bună calitate o constituie lungimea de tocare a furajelor (10…15 mm), iar umplerea silozului să se facă în 4…5 zile finalizată de o tasare corespunzătoare [4]. Un rol important pentru finalizarea în scurt timp a unui siloz din plante furajere îl are combina de furaje care, trebuie să funcŃioneze la capacitatea de lucru maximă. MATERIALE ŞI METODA

Cercetările experimentale au fost efectuate cu un agregat constituit din combina tractată de recoltat furaje CTF şi tractorul de 65 CP pe roŃi (fig.1), la recoltat lucernă şi porumb siloz.

Principalele caracteristici tehnice ale agregatului sunt următoarele: a - Combina de recoltat furaje CTF:

Tipul maşinii………………………………….tractată; AcŃionarea: de la priza de putere a tractorului, n=540 rot/min; Tipul sistemului de alimentare………….cu 4 valŃuri; Toba de tocare:

- tipul: cilindrică cu cuŃite aşezate în cascadă; - diametrul, mm……………………………600; - lăŃimea, mm………………………………560; - numărul de cuŃite, buc……………4 x 10=40; - turaŃia, rot/min……………………………826;

Lungimea de tocare, mm ………. 8…35 (6 trepte); Masa combinei, kg…………………………..1600;


12

Mass of combine, kg………..……………………..1600; Working width of equipment:

- for harvested grass, m………………………..2,1 - for harvested corn silage, rows…..……..2x0,7m

b - U 650 Tractor - Type ………..on wheels, (4x2) made in UT Brasov, Romania; - Engine power, HP (kW)……………………. 65, (47,8); - Rated engine speed, rpm ………………………..1800; - Maximum engine torque, Nm ..……………………289; - Travel speed, km / h:

- slow range: 2,63; 4,28; 5,87; 7,78; 18,43; - Fast range: 3,90; 6,28; 8,70, 11,53; 27,32;

- Tractor mass, kg …...……………………………..3380; - Tractor axle weight distribution, front / rear,[%] ………..…………35/65; - PTO: ……….. six grooves, placed behind the tractor; - PTO speed (at rated engine speed)………..540 rpm; - Three-point suspension mechanism………………. SR ISO 730-1: 2000, ctg.2; - Traction device ….…………. coupling bar with holes.

LăŃimea de lucru a echipamentelor: - recoltat ierboase, m…………..…………..2,1 - recoltat porumb siloz, rânduri………..2x0,7m

b - Tractorul U 650 - Tipul …pe roŃi, (4x2) fabricat la UT Braşov, România; - Puterea motorului, CP (kW)………………. 65, (47,8); - TuraŃia nominală a motorului, rot/min…………..1800; - Cuplul maxim al motorului, Nm……………………289; - Viteze de deplasare, km/h:

- gama lente: 2,63; 4,28; 5,87; 7,78; 18,43; - gama rapide: 3,90; 6,28; 8,70, 11,53; 27,32;

- Masa tractorului, kg ……………………………..3380; - RepartiŃia masei tractorului pe punŃi, fată/spate,[%] ……………35/65; - Priza de putere: ……cu şase caneluri, plasată în

spatele tractorului; - TuraŃia prizei de putere

(la turaŃia nominală a motorului) ………..540 rot/min; - Mecanismul de suspendare în trei puncte..………..

SR ISO 730-1: 2000, ctg.2; - Dispozitivul de tracŃiune……bară de cuplare cu găuri.

Fig. 1 - Trailed forage combine CTF in aggregate with the tractor U 650, at harvested alfalfa / Combina tractată de furaje CTF în agregat cu tractorul U 650, la recoltat lucernă

In the tests was followed to achieve the following

objectives: - The power Pp transmitted through the PTO is determined

by the relationship [2], [3]: Pp = Mp · ωp · 10 -3 [kW ]

where: Mp is the torque transmitted by the PTO shaft, in N • m; ωp - angular velocity of PTO shaft, in rad / s.

- The power required to tow the combine in work on horizontal field is calculated with the relation [2], [3]:

Pt = Ft⋅ Vl ۟ 10-3 [kW], where: Ft is the tractive force measured at coupling rod, in N; Vl - working speed (displacement) of aggregate in m s. To achieve these objectives was necessary to determine, direct or indirect, of the following parameters: � torque and PTO shaft speed transmitted to the combine

from the tractor; � traction and pressure forces from the connection

coupling between the tractor and combine; � actual travel speed (working) of the track - forage

combine system; � determination of exploitation index. Measurement of traction force of the combine and of the hitch pressure force on the body of the tractor was made with a special tow bar, mounted instead of the cross drawbar of the tractor. The crossbar was mounted between the lower tie rods of the three-point suspension mechanism of the tractor being provided with electric transducers (TER)

În cadrul încercărilor s-a urmărit atingerea următoarele obiective principale: - Puterea Pp transmisă prin priza de putere se determină

cu relaŃia [2], [3]: Pp = Mp · ωp · 10 -3 [kW ]

unde: Mp este momentul de torsiune transmis de arborele prizei de putere, în N·m; ωp - viteza unghiulară a arborelui prizei de putere, în rad/s.

- Puterea necesară tractării în lucru a combinei pe teren orizontal se calculează cu relaŃia [2], [3]:

Pt = Ft⋅ Vl ۟ 10-3 [kW], unde:

Ft este forŃa de tracŃiune măsurată la bara de cuplare în N; Vl - viteza de lucru (de deplasare ) a agregatului în m/s. Pentru realizarea acestor obiective a fost necesară

determinarea, directă sau indirectă, a următorilor parametri: � momentul de torsiune şi turaŃia arborelui prizei de

putere transmis combinei de la tractor; � forŃele de tracŃiune şi de apăsare din cupla de

legătură dintre tractor şi combină; � viteza reală de deplasare (de lucru) a sistemului

tractor - combină de furaje; � determinarea indicilor de exploatare.

Măsurarea forŃei de tracŃiune a combinei şi a forŃei de apăsare a proŃapului pe corpul tractorului s-a realizat cu o bara de tracŃiune speciala, montată în locul barei transversale de tracŃiune a tractorului. Bara transversală s-a montat între tiranŃii inferiori ai mecanismului de suspendare în trei puncte ai tractorului, fiind prevăzută cu


13

properly installed. Determination of torque and speed of the tractor

PTO shaft to drive the combine was done with a special measuring device mounted between the end of tractor PTO shaft and cardan transmission for driving the combine. Measuring device is equipped with electro-transducers (TER) to determine the torque and a pulse transducer for measuring angular velocity of PTO shaft. For processing these data was used NSOFT software package (USA), from INMA Bucharest endowment. Determination of the travel speed of the system (working speed of machine) was done with an extra wheel (5th wheel called) non-slip running parallel with the tractor wheels, the wheel being provided with speed sensor for measuring angular speed. Actual working capacity of the aggregate has been determined based on measurement sheets by the countdown time to make a certain amount of work.

RESULTS

Testings were made with the combine harvester equipped with EI grass harvesting equipment to harvest alfalfa with crop production of 14.2 t / ha and humidity of 74.8% and the EPS equipment to harvest corn silage with production of 27.3 tons per ha.

Following tests carried out resulted the following: � for trowing and empty driving of the CRF combine

(without towing the trailer) with corn silage harvesting equipment, the effective power transmitted by U-650 tractor engine was approximately 12.63 kW and fitted with grass harvester equipment 15.34 kW representing 26.5% and 32.3% of engine power of 47.8 kW (65 hp), the rest being available for making the technological process of the combine, [4];

� the effective power transmitted by the tractor engine to tow and drive the combine while working was 42.75 kW at corn silage harvested and 44,3 kW at harvested alfalfa which corresponds to an U-650 tractor engine load of 89.5% at harvested corn silage, respectively 92.5% at alfalfa harvested [4].

Corresponding to power requirement determined above, the actual optimal working capacity of the towed combine CTF was:

- at harvested alfalfa: Wef=18,20 t/h (5 kg/s) at 6.4 km/h working speed;

- at harvested corn silage: Wef=24,85 t/h (6,8 kg/s) at 6.4 km/h working speed;

Tests were conducted in accordance with the INMA procedure, on testing forage harvesting machinery.

Following the tests carried out, the effective working capacity of the CTF combine corresponding to the U650 tractor engine load at approx. 80% was:

- at the harvested alfalfa: Wef=18,20 t/h (5 kg/s), for working speed of 6.4 km / h;

- at the harvested corn silage: Wef=24,85 t/h (6,8 kg/s), for working speed of 6.4 km / h.

If the operating speed of the machine is smaller, the flow of material entering in the technological flow of the combine is small, resulting in a working capacity of less than optimal; if the working speed is greater, then the energy consumption required by the technological process can exceed the power of the tractor engine, leading to lower its speed to the danger of clogging the working bodies of the combine.

In reality forage crop production which is harvested with forage combine harvesters varies depending on the number of scythe that is harvested, on climatic conditions and on stage of plant vegetation. From experiments performed by INMA Bucharest, over 10 years working for various

traductoare electrotensometrice (TER) montate corespunzător. Determinarea momentului de torsiune şi a turaŃiei arborelui

prizei de putere al tractorului pentru acŃionarea combinei s-a făcut cu un dispozitiv special de măsurare montat între capătul arborelui prizei de putere a tractorului şi transmisia cardanică pentru acŃionarea combinei. Dispozitivul de măsurare este prevăzut cu traductoare electrotensometrice (TER) pentru determinarea momentului de torsiune şi cu un traductor de impulsuri pentru măsurarea vitezei unghiulare a arborelui prizei de putere.

Pentru prelucrarea acestor date s-a folosit pachetul de programe NSOFT (SUA), aflat în dotarea INMA Bucureşti.

Determinarea vitezei de deplasare a sistemului (viteza de lucru a maşinii) s-a făcut cu o roată suplimentară, (denumită roata a 5-a) care rulează fără patinare paralel cu roŃile tractorului, roata fiind prevăzută cu traductor pentru măsurarea vitezei unghiulare.

Capacitatea efectivă de lucru a agregatului s-a determinat pe baza fişelor de măsurători prin cronometrarea timpului pentru efectuarea unui anume volum de lucru.

REZULTATE

Încercările s-au efectuat cu combina dotată cu echipamentul pentru recoltat ierboase EI la recoltat lucernă cu producŃia vegetală de 14,2 t/ha şi umiditatea de 74,8 % şi cu echipamentul EPS la recoltat porumb siloz cu producŃie de 27,3 t/h.

În urma încercărilor efectuate au rezultat următoarele: � pentru tractarea şi acŃionarea în gol a combinei CTF

(fără a tracta remorca) cu echipament de recoltat porumb siloz, puterea efectivă transmisă de motorul tractorului U-650 a fost de cca 12,63 kW, iar cu echipament de recoltat ierboase de 15,34 kW reprezentând 26,5% şi respectiv 32,3% din puterea motorului de 47,8 kW (65 CP), restul fiind disponibil pentru efectuarea procesului tehnologic al combinei [4];

� puterea efectivă transmisă de motorul tractorului pentru tractarea şi acŃionarea combinei în timpul lucrului a fost de 42,75 kW la recoltat porumb siloz şi 44,3 kW la recoltat lucernă ceea ce corespunde unei încărcări a motorului tractorului U-650 de 89,5% la recoltat porumb siloz, respectiv 92,5% la recoltat lucernă [4]. Corespunzător necesarului de putere determinat mai

sus, capacitatea efectivă optimă de lucru a combinei tractate CTF a fost:

- la recoltat lucerna: Wef=18,20 t/h (5 kg/s), pentru viteza de lucru de 6,4 km/h;

- la recoltat porumb siloz: Wef=24,85 t/h (6,8 kg/s), pentru viteza de lucru de 6,4 km/h.

Încercările s-au efectuat în conformitate cu procedura INMA, privind încercarea maşinilor pentru recoltat furaje.

În urma încercărilor efectuate, capacitatea efectivă optimă de lucru a combinei tractate CTF corespunzătoare unei încărcări a motorului tractorului U650 la cca. 80 %, a fost:



În cazul când viteza de lucru a maşinii este mai mică, debitul de material care intră în fluxul tehnologic al combinei este mic, rezultând o capacitate de lucru inferioară celei optime; dacă viteza de lucru este mai mare atunci consumul energetic necesar procesului tehnologic poate depăşi puterea motorului tractorului, conducând la scăderea turaŃiei acestuia cu pericol de înfundare a organelor de lucru a combinei.

În realitate producŃiile culturilor furajere care se recoltează cu combina de furaje variază în funcŃie de numărul coasei ce se recoltează, de condiŃiile pedoclimatice, de stadiul de vegetaŃie al plantelor. Din experimentările efectuate de INMA Bucureşti, pe o perioadă de 10 ani pentru diverse condiŃii de


14

conditions with harvesting machinery, vegetable crop yields mass limits vary: for alfalfa 10 ... 30 t / ha (1 ... 3 kg/m2) and corn silage for 15 ... 45 t / ha (1,5 ... 4 kg/m2).

In these circumstances it is important to link the working speed of the combine and the green mass production per ha, so that to obtain an optimal working capacity or near capacity to this, situation leading to a reduced specific fuel consumption and optimum tractor engine load.

The effective working capacity of a towed forage combine harvester is determined with known relationship[1]:

lucru cu maşini de recoltat furaje, producŃiile de masă vegetală ale culturilor variază în limitele: pentru lucernă 10…30 t/ha (1-3 kg/m2); iar pentru porumb siloz 15…45 t/ha (1,5…4 kg/m2).

În aceste condiŃii este important să se stabilească o corelaŃie între viteza de lucru a combinei şi producŃia de masă verde la ha, astfel încât să se obŃină o capacitate de lucru optimă sau o capacitate apropiată de aceasta, situaŃie care conduce la un consum specific redus de combustibil şi o încărcare optimă a motorului tractorului.

Capacitatea efectivă de lucru a unei combinei tractate de furaje se determină cu relaŃia cunoscută [1]:

Wef = Bl · v · P [kg/s], (1)

where: Bl is the width of working equipment in m; v – working speed, in m/s; P - plant production, in kg/m2.

Based on the above, were done on computer graphics of the working relations with Mathcad program, version 2001 professional. With these provisions can be represent graphic the admissible velocity field for a given crop, (Fig. 2).

unde: Bl este lăŃimea echipamentului de lucru în m; v - viteza de lucru, în m/s; P - producŃia vegetală, în kg/m2.

În baza celor prezentate mai sus, s-au realizat pe calculator reprezentările grafice ale relaŃiilor de calcul cu ajutorul programului Mathcad, versiunea 2001, profesional. Cu aceste precizări se poate reprezenta grafic domeniul vitezelor admisibile pentru o producŃie vegetală dată, (fig. 2).

Fig. 2 - Determining the rate of working speed of the forage cumbine for the optimal working capacity / Determinarea vitezei de lucru a combinei de furaje pentru capacitatea optimă de lucru

Seen in this way, the problem of determining the maximum

allowed working speed, are reduced to the formula: Privită în acest mod, problema determinării vitezei

maxime de lucru permise, se reduce la formula:

m a xe fm a x

l

Wv

B p=

⋅ (2)

This maximum operating speed is dependent on the type of tractor with which is working. In other words, knowing crop production (average) and working width of the equipment (which is fixed), the operating speed for an optimal capacity of the combine is ordinate point on the hyperbole in Fig.2 whose abscissa is plant production.

If we consider production / ha P and the working width Bl as constants, the relationship (1) is the equation of a bundle of straight lines where v is variable:

Această viteză maximă de lucru este dependentă de tipul de tractor cu care se lucrează. Altfel spus, cunoscând producŃia vegetală (medie) şi lăŃimea de lucru a echipamentului (care este fixă), viteza de lucru pentru o capacitate optimă de lucru a combinei se găseşte ca fiind ordonata punctului de pe hiperbola din fig. 2 a cărui abscisă este producŃia vegetală.

Dacă se consideră producŃia la ha P şi lăŃimea de lucru Bl constante, relaŃia (1) reprezintă ecuaŃia unui fascicul de drepte în care v este variabilă:

Wef = (P·Bl)·v=c·v (3)

Where: c = P·Bl, is constant The graphic representation of this relationship is given

in Figure 3 for harvesting lucerne and in Figure 4 for harvested maize silage [5].

If for exemple is considered the CTF trailed combine in aggregate with U650 tractor to harvest alfalfa producing 18 t / ha, results that this aggregate will work best at speeds of 4.28 km / h (1.2 m / s). If the unit would move with speed of 5.87 km / h (following in ascending order), would exceed the optimum working capacity of the combine which is 5 kg / sec, with the danger of overloading the tractor engine that leads to decrease speed and to the risk of clogging the working organs of the combine.

unde: c = P·Bl, este constantă Reprezentarea grafică a acestei relaŃii este dată în

figura 3 pentru recoltat lucernă şi în figura 4 pentru recoltat porumb siloz [5].

Dacă de exemplu se consideră combina tractată CTF în agregat cu tractorul U650 la recoltat lucernă cu producŃie de 18 t/ha, rezultă că acest agregat va lucra optim la viteza de 4,28 km/h (1,2 m/s). În cazul când agregatul s-ar deplasa cu viteza de 5,87 km/h (următoarea în ordine crescătoare), s-ar depăşi capacitatea optimă de lucru a combinei de 5 kg/s, existând astfel pericolul de supraîncărcare a motorului tractorului care conduce la scăderea turaŃiei apărând pericolul de înfundare a organelor de lucru ale combinei.


15

Fig. 3 - Linking operating speed and vegetal mass production with working capacity to harvested alfalfa / Corelarea vitezei de lucru şi a

producŃiei de masă vegetală cu capacitatea de lucru la recoltat lucernă (Wefoptim=18,2 t/h)

From the diagrame in Figure 3 it is noted that harvesting alfalfa crops producing 10 ... 32 t / ha, using CTF combine, working speed range with the tractor U650 is between 2.63...8.7 km / h, lower speeds being used to harvest crops with higher yields.

Din graficul din figura 3 se observă că la recoltarea culturilor de lucernă cu producŃie de 10…32 t/ha, utilizând combina CTF, gama vitezelor de lucru cu tractorul U650 este cuprinsă între 2,63…8,7 km/h, vitezele inferioare fiind utilizabile la recoltarea culturilor cu producŃii mari.

Fig. 4 - Linking operating speed and vegetal mass production with working capacity to harvested corn silage / Corelarea vitezei de lucru şi a producŃiei de masă vegetală cu capacitatea de lucru la recoltat porumb siloz (Wefoptim=24,85 t/h)

From the graph in Figure 4 rewsults that for harvesting

corn silage having the crop production 15 ... 45 t / ha, the U650 tractor working speed range is between the limits 3.9 ... 7.78 km / h. Lower speeds are used for harvesting crops with higher yields [5]. CONCLUSIONS:

Following tests carried out with CTF forage trailed

Din graficul din figura 4 rezultă că pentru recoltarea culturile de porumb siloz cu producŃia de 15…45 t/ha, gama vitezelor de lucru cu tractorul U650 este cuprinsă între limitele 3,9…7,78 km/h. Vitezele inferioare se utilizează pentru recoltarea culturilor cu producŃii mai mari [5]. CONCLUZII:

În urma încercărilor efectuate cu combina tractată de


16

combine driven by 65 hp tractor U650 on wheels resulted following: � to tow and empty driving of the CTF combine (without

tow the trailer) with corn silage harvesting equipment, effective power transmitted by U-650 tractor engine was about 12.63 kW and the grass harvesting equipment 15.34 kW representing 26.5% and 32.3% from engine power of 47.8 kW (65 hp), the rest being available to technological process of the combine that determines the working capacity;

� the effective power transmitted by the tractor engine to tow and drive the combine while working was 42.75 kW at harvested corn silage and 44.3 kW at harvested alfalfa which corresponds to a U-650 tractor engine load of 89.5% at harvested corn silage, respectively 92.5% at harvested alfalfa.

Corresponding to power requirements determined above, the optimal effective working capacity of the towed CTF combine was:

- harvesting alfalfa: Wef=18,20 t/h (5 kg/s), for working speed of 6.4 km / h;

- harvesting corn silage: Wef=24,85 t/h (6,8 kg/s), for working speed of 6.4 km / h;

The working capacity of forage combine depends on plant mass production per hectare, and for optimal working capacity must be set working speed of the aggregate.

Knowing the optimal working capacity of the forage combine, the working width of the equipment and the vegetal production per hectare, can be done graphics to determine the working speed to obtain an optimum operation regime of the combine. REFERENCES [1] Dănilă I., Neculăiasa V. - Agricultural machinery for harvesting, Vol.l, 2 şi 3, Polytechnic Institute "Traian Vuia" Timişoara, 1987 [2] I. MihăŃoiu, I. Demetrescu, Caraciugiuc Gr., Fulga E., - Tractors, CERES Publishing, Bucureşti, 1984; [3] Mănişor P. - Mechanization and automation of works in animal husbandry, CERES Publishing, Bucureşti, 1994 [4] Moldovan G. – Grinding process of maize silage, Hyperborrea Publishing House, Turda, 1998; [5] Voicu E. (2007) - Doctoral Thesis „Research on dynamic and energy optimization, of the aggregat tractor with forage combine harvester", Transilvania University of Brasov, Faculty of Mechanical Engineering.

furaje CTF acŃionată de tractorul de 65 CP pe roŃi, U650 au rezultat următoarele: � pentru tractarea şi acŃionarea în gol a combinei CTF (fără

a tracta remorca) cu echipament de recoltat porumb siloz, puterea efectivă transmisă de motorul tractorului U-650 a fost de cca 12,63 kW, iar cu echipament de recoltat ierboase de 15,34 kW reprezentând 26,5% şi respectiv 32,3% din puterea motorului de 47,8 kW (65 CP), restul fiind disponibil pentru efectuarea procesului tehnologic al combinei şi care determină capacitatea de lucru;

� puterea efectivă transmisă de motorul tractorului pentru tractarea şi acŃionarea combinei în timpul lucrului a fost de 42,75 kW la recoltat porumb siloz şi 44,3 kW la recoltat lucernă ceea ce corespunde unei încărcări a motorului tractorului U-650 de 89,5% la recoltat porumb siloz, respectiv 92,5% la recoltat lucernă.

Corespunzător necesarului de putere determinat mai sus, capacitatea efectivă optimă de lucru a combinei tractate CTF a fost:



Capacitatea de lucru a combinei de furaje depinde de producŃia de masa vegetală la hectar, iar pentru o capacitate optimă de lucru trebuie stabilită viteza de lucru a agregatului.

Cunoscând capacitatea optimă de lucru a combinei de furaje, lăŃimea de lucru a echipamentului şi producŃia vegetală la hectar, se pot realiza reprezentări grafice pentru determinarea vitezei de lucru în vederea obŃinerii unui regim optim de exploatare a combinei. BIBLIOGRAFIE [1]. Dănilă I., Neculăiasa V. - Maşini agricole de recoltat, Vol. 1, 2 şi 3, Institutul Politehnic "Traian Vuia" Timişoara, 1987; [2]. MihăŃoiu I, Demetrescu I., Caraciugiuc Gr., Fulga E. - Tractoare, Editura CERES, Bucureşti, 1984; [3]. Manişor P. (1994) - Mecanizarea şi automatizarea lucrărilor în zootehnie, Editura CERES, Bucureşti, 1994; [4]. Moldovan G. – Procesul de tocare a porumbului siloz, Editura Hiperboreea, Turda, 1998; [5]. Voicu E. (2007) - Teza de doctorat „Cercetări privind optimizarea dinamică şi energetică a agregatului tractor cu combină de recoltat furaje", Universitatea Transilvania din Brasov, Facultatea de Inginerie Mecanică.


17

STRUCTURAL ANALYSIS OF MATINA SOIL WORKING MACHINE /

ANALIZA STRUCTURALA A MA ŞINII MATINA PENTRU LUCRĂRI ALE SOLULUI

Ph.D. Eng. Muraru V. 1), Ph.D. Eng. Constantin N., Mat. Cârdei P. 1), Eng. Sfîru R. 1)

1)INMA Bucharest Tel: 021/269.32.76; Fax: 021/269.32.73; E-mail: [email protected]

Abstract: The article presents the structural analysis of MATINA machine including the calculation of resistance, expression of the interaction forces with the ground, tractor hinging modeling and main results used in design. The article includes elements of optimization of machine structure and relevant directions aimed to improve the working qualities and constructive behavior of tractor aggregate and MATINA machine. The multifunctional aggregate for soil working in agricultural holdings, which this paper analyzes, calls the attention on preserving agriculture system, which ensures competitive productions, similar in terms of quantity and quality to those obtained through classical system, but with diminished costs and high rate of return, by improving, at the same time, soil features and environement protection.By a single passage, the multifunctional soil working aggregate MATINA performs: deep soil loosening (25÷30 cm), germinating bed preparation (12÷15 cm) and additional soil chopping and levelling. Keywords: calculation, optimization, structural analysis

1. INTRODUCTION

Structural analysis of the resistance structure and some structures attached to MATINA machine has the following objectives: O1) Checking the resistance of the structure in different working situations; O2) Checking the sufficiency or excess of traction force and their likely effect; O3) Investigation of occurrence of optimized variants in order to reduce the consumption of material, including the weight; O4) Extracting the main elements of stereodynamics helpful in calculating the dynamics of movement in transport; O5) Design of complex versions of the machine (with the possible addition of working bodies or protection elements).

These are general goals of structural analysis, as one can notice in [1], [5], [6], [7], [10], [12] and [15]. This paper will cover only objective O1.

2. MATERIALS AND METHOD 2.1. Mathematical model

Mathematical model of the structural core of soil processing machine MATINA is a structural model with an one dimension type bar finite elements, called in the library of finite elements of program COSMOS/M 2.8,as BEAM3D. Other references to this finite element can be found in [3], [9], [10], [13] for instance.

Exccept the resistance structure, the model also includes some additional bars, which are not real elements, but shape real items that it is not necessary to represent physically within the model, but, only by the forces generated by them on the structure.

The introduction of these elements is justified by the fact that, this way it is performed a distribution of forces stressing the structure, in fact, very similar to what happens in reality.

Rezumat. Articolul prezinta analiza structurala a masinii MATINA care cuprinde calculul de rezistenta, exprimarea fortelor de interactiune cu solul, modelarea articularii la tractor si principalele rezultate utilizabile in proiectare. Lucrarea cuprinde elemente de optimizare a structurii masinii si directii de continuare in scopul imbunatatirii calitatilor constructive si comportamentul in lucru a agregatului tractor, masina MATINA. Agregatul multifuncŃional de lucrat solul în exploataŃii agricole, a cărui analiză se prezintă în acest articol, promovează sistemul de agricultură conservativă, sistem care asigură producŃii competitive cantitativ şi calitativ cu cele obŃinute în sistemul clasic, însă cu costuri reduse şi profit ridicat, în condiŃiile ameliorării însuşirilor solului şi protecŃiei mediului. La o singură trecere, agregatul multifuncŃional de lucrat solul MATINA execută: afânarea solului în profunzime (25÷30 cm), pregătirea patului gerinativ (12÷15 cm) şi mărunŃirea şi nivelarea suplimentară a solului.

Cuvinte cheie: analiza structurala, calcul, optimizare

1. INTRODUCERE

Analiza structurala a structurii de rezistenŃă şi a unor structure anexe ale maşinii MATINA are următoarele obiective: O1) Verificarea la rezistenŃă a structurii în diferite situaŃii de lucru. O2) verificarea suficienŃei sau excesului de forŃă de tracŃiune şi a efectului probabil al acestora. O3) Investigarea existenŃei unor variante optimizate, în sensul reducerii consumului de material, implicit a greutăŃii. O4) Extragerea principalelor elemente stereodinamice, utile în calculul dinamicii deplasării în transport. O5) ConcepŃia unor variante complexe ale maşinii (prin eventuala adăugare de organe de lucru sau a unor elemente de protecŃie).

Acestea sunt obiective genrale în analiza structurală, cum se poate observa în [1], [5], [6], [7], [10], [12] şi [15]. În acest articol se va trata numai obiectivul O1.

2. MATERIALE SI METODA 2.1. Modelul matematic Modelul matematic al structurii de rezistenŃă al maşinii de prelucrat solul MATINA este un model structural cu elemente finite cu o dimensiune, de tip bară, numite BEAM3D, în biblioteca de elemente finite a programului COSMOS/M 2.8. Alte referinŃe la acest tip de element finit se găsesc în [3], [9], [10], [13] de exemplu. În afară de structura de rezistenŃă modelul include şi unele bare suplimentare, care reprezintă elemente ce nu sunt reale, dar modelează elemente reale pe care nu este necesar să le reprezentăm fizic pe model, ci numai prin forŃele generate de acestea asupra structurii. Introducerea acestor elemente se justifică prin faptul că, în acest fel, se realizează o repartiŃie a forŃelor care solicită structura, foarte apropiată de realitate.


18

2.1.1 Geometry of the structure The geometry of the model is represented by the

central axis of the bars components of the structure designed, having the above additional elements aimed to better distribute the load in line with reality.

Structural Model of the MATINA consists of 89 bars numbered and distributed as one can seen in figure 1.

Characteristics of their sections and other information about each of these bars are given in Table 1. In the model also appear bars necessary for construction and that were not removed in order to be exploited in a possible evolved model - bars 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, and three bars - 98, 99, 100 - which represent the coupling system of the tractor, which are the finite element mesh with the characteristics specified in Table 1.

Bars 1 and 4 actually form a single bar (the separation is done for reasons of efficient mesh) constituting the binding element to the tractor for MATINA machine (what for other equipment is called hitch).

Bars 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 and 55 are components of the central bar of strength, because the bars have the same section. Bar 8 is a bar that actually has variable section, however, for this model we have equated it with a constant section bar,which has not a resistance role in work.

2.1.1. Geometria structurii Geometria modelului se reprezintă prin axa centrală a barelor componente ale structurii concepute de proiectant, având în plus elementele suplimentare susmenŃionate cu rolul de a distribui încărcările în mai bună concordanŃă cu realitatea. Modelul structural al maşinii MATINA este format din 89 de bare, numerotate şi repartizate după cum se observa în figura 1. Caracteristicile secŃiunilor acestora, precum şi alte informaŃii despre fiecare dintre aceste bare, sunt date în tabelul 1. În model mai apar bare necesare construcŃiei şi care nu au fost şterse în vederea valorificării într-un eventual model evoluat – barele 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, precum şi trei bare – 98, 99, 100 – care reprezintă sistemul de cuplare al tractorului, care sunt discretizate în elemente finite cu caracteristicile specificate în tabelul 1. Barele 1 şi 4 formează de fapt o singură bară (separarea făcută este din motive de discretizare eficientă), formând elementul de legare la tractor pentru maşina MATINA (ceea ce la alte utilaje se numeşte proŃap). Barele 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 şi 55 sunt componentele barei centrale de rezistenŃă, având aceeaşi secŃiune. Bara 8 este o bară care în realitate are secŃiune variabilă, însă, pentru acest model am echivalat-o cu o bară de secŃiune constantă, aceasta neavând rol de rezistenŃă în lucru.

Fig. 1 – The bars of the structure model / Barele componente ale modelului structurii

Table 1 / Tabel 1 The bars features of the MATINA machine structural model / Caracteristicile barelor modelului structural al ma şinii MATINA

Bar label / Eticheta

barei

Bar type / Tip bar ă [mm]

Sectional area / Aria sec Ńiunii transversale

[mm 2]

Moment of inertia Iy /

Moment de iner Ńie Iy

[mm 4]

Moment of inertia Iz /

Moment de inertie lz

[mm 4]

Section depth/

Adâncime sectiune

[mm]

Section width / LăŃime

Sectiune [mm]

Rc

1 Square pipe / Teava patrată 120 x 120 x 8

3584 7531180 7531180 120 120 1


3584 7531180 7531180 120 120 1


11600 1.62787·108 1.62787·108 300 300 2


11600 1.62787·108 1.62787·108 300 300 2


11600 1.62787·108 1.62787·108 300 300 2


11600 1.62787·108 1.62787·108 300 300 2


11600 1.62787·108 1.62787·108 300 300 2

8 Square pipes / Teava patrată 80 x 80 x 8 2304 2015231 2015231 80 80 5


19


barei



[mm 2]



[mm 4]



[mm 4]

Section depth/

Adâncime sectiune

[mm]


Sectiune [mm]

Rc

9 Square pipes / Teava patrată 300 x 300 x 10

11600 1.62787·108 1.62787·108 300 300 2


11600 1.62787·108 1.62787·108 300 300 2

11

Section consists of two rectangular section bars

spaced / Sectiune formata din două bare de secŃiune dreptunghiulară, distanŃate

720 3275333 1856854 85 64 8

12

Section consists of two rectangular section bars

spaced / Sectiune formata din două bare de secŃiune dreptunghiulară, distanŃate

3000 13489880 17740890 125 109 9

13 Circular section of 36

diameter / SecŃiune circulară de diametru 36

1018 82448 82448 36 36 3

14 Square pipe / Teava patrată 80 x 80 x 8 2304 2015231 2015231 80 80 5


2304 2015231 2015231 80 80 5



2304 2015231 2015231 80 80 5


2304 2015231 2015231 80 80 5


2304 2015231 2015231 80 80 5


2304 2015231 2015231 80 80 5


2304 2015231 2015231 80 80 5


2304 2015231 2015231 80 80 5


2304 2015231 2015231 80 80 5

24 Rectangular / Dreptunghiulară 110 x 30

3300 247500 3327500 110 30 6


1950 146250 686562 65 30 7


1950 146250 686562 65 30 7


3300 247500 3327500 110 30 6


1950 146250 686562 65 30 7


1950 146250 686562 65 30 7


3300 247500 3327500 110 30 6


1950 146250 686562 65 30 7


1950 146250 686562 65 30 7


3300 247500 3327500 110 30 6


1950 146250 686562 65 30 7


1500 12500 2812500 150 10 13

36 Square pipe / Teava patrată 100 x 10

3600 4920000 4920000 100 100 12

37 Square pipe / Teava patrată

100 x 10 3600 4920000 4920000 100 100 12

38 Rectangular / Dreptunghiulară

150 x 10 1500 12500 2812500 150 10 13

39 Rectangular / Dreptunghiulară

150 x 10 1500 12500 2812500 150 10 13

40 Square pipe / Teava patrată

80 x 80 x 8 2304 2015231 2015231 80 80 5


20


barei



[mm 2]



[mm 4]



[mm 4]

Section depth/

Adâncime sectiune

[mm]


Sectiune [mm]

Rc


2304 2015231 2015231 80 80 5


2304 2015231 2015231 80 80 5


2304 2015231 2015231 80 80 5

44 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10 45 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10 46 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10 47 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10 48 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10 49 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10 50 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10 51 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10 52 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10 53 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10 54 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10


11600 162787000 162787000 300 300 2


3600 4920000 4920000 100 100 12


3600 4920000 4920000 100 100 12


1500 12500 2812500 150 10 13


1500 12500 2812500 150 10 13


2304 2015231 2015231 80 80 5


2304 2015231 2015231 80 80 5

62 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10 63 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10 64 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10 65 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10 66 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10 67 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10


1500 12500 2812500 150 10 13


2304 2015231 2015231 80 80 5

70 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10 71 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10 72 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10


2304 2015231 2015231 80 80 5

74 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10 75 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10 76 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10 77 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10 78 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10 79 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10 80 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10 81 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10 82 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10 83 U 116 x35 x10 1660 142600 2709000 116 45 10


3584 7531180 7531180 120 120 1

85

Profile U type - coupling system to tractor / Profil tip U

– sistem cuplare tractor: 148 x 34 x 14

2632 6304000 179600 34 148 14

86

Profile U type - coupling system to tractor / Profil tip U

– sistem cuplare tractor 148 x 34 x 14

2632 6304000 179600 34 148 14

87

Profile U type– coupling system to tractor / Profil tip U


2632 6304000 179600 34 148 14


21


barei



[mm 2]



[mm 4]



[mm 4]

Section depth/

Adâncime sectiune

[mm]


Sectiune [mm]

Rc

88

Profile U type– coupling system to tractor / Profil tip U


2632 6304000 179600 34 148 14


2304 2015231 2015231 80 80 5



2304 2015231 2015231 80 80 5



2304 2015231 2015231 80 80 5

94 U 65x42x5.5 9030 141000 575000 65 42 15 95 U 65x42x5.5 9030 141000 575000 65 42 15 96 U 65x42x5.5 9030 141000 575000 65 42 15 97 U 65x42x5.5 9030 141000 575000 65 42 15 98 Circular / Circular ∅=36 1017 82406 82406 36 36 16

99 Circular / Circular ∅=36 1017 82406 82406 36 36 16

100 Square / Patrat 100

100000 833333333 833333333 100 100 17

In the table 1 Rc is the index of the bars set (constants). Bars 9 and 10 are, in fact, pairs of bars of variable section and are shaped in the same manner, normally they having to be shaped at least as 2 - dimensiomnal items.

Given that their modeling must be just covering and the structure optimization can not be obtained from these parts (considerable decrease in weight), we shall limit to this type of modeling.

Bar 11 is a real bar on the structure with a control role of the front part of the structure between the main beam of resistance and "hitch" - 1 and 84 bars.

The bars 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 23, 29, 26, 32 are the real bars of the system, belonging to the connecting substructure between supports of working bodies of chisel type and the main strength beam.

The bars 21, 24, 27, 30, 33 are bars that actually have variable section, the model using an average solid rectangular section, described in Table 1. These bars are upper bodies of supports of working bodies of chisel type.

The bars 22, 25, 28, 31, 34, are constant rectangular section bars, which shape the lower portions, with variable section of the working bodies supports of chisel type. Cross section is an average one in comparison with that of the section real bars (curves).

The bars 36, 37, 35, 38, 39, 40, 41, 42, 43, are the bars of substructure to support the sub-assembly of harrows from the front of the machine, and the bars 56, 57, 58, 59, 68, 60, 61, 69, 73, are similar to the first, but for the harrow sub-assembly from the machine rear part.

The bars 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, respectively 62, 63, 64, 65, 66, 67, 70, 71, 72, 74, 75 are direct supports of harrows sub-assemblies from the front, respectively from the back of the machine and have U-shaped cross section, described in Table 1.

The bars 89, 90, 91, 92, 93 are bars which shape the roller, and the bars 94, 95, 96, 97 shape the roller links to the main resistance structure through resistance substructure of the second harrows sub-assembly.

2.1.2. The mesh All bars components of the model were meshed with

bar type elements, BEAM3D, which can be found in

În tabelul 1 Rc este eticheta setului de bare (constante). Barele 9 şi 10 sunt , de fapt, perechi de bare de secŃiune variabilă şi se modelează echivalent, în mod normal acestea trebuind să fie modelabile cel puŃin ca elemente 2 -dimensionale. Având în vedere că modelarea lor trebuie să fie doar acoperitoare şi că nu de la aceste elemente se poate obŃine optimizarea structurii (scăderi apreciabile în greutate), ne mărginim la acest tip de modelare. Bara 11 este o bară reală pe structură, având un rol de reglaj la partea din faŃă a structurii, între grinda principală de rezistenŃă şi „proŃap” – bara 1 şi 84. Barele 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 23, 29, 26, 32 sunt bare reale ale sistemului, care fac parte din substructura de legătură între suporŃii organelor de lucru de tip daltă şi grinda principală de rezistenŃă. Barele 21, 24, 27, 30, 33, sunt bare care în realitate au secŃiune variabilă, modelul folosind o secŃiună plină medie de formă dreptunghiulară, descrisă în tabelul 1. Aceste bare sunt partea superioară a suporŃilor organelor de lucru de tip daltă.

Barele 22, 25, 28, 31, 34, sunt bare cu secŃiune dreptunghiulară constantă, care modelează porŃiunile inferioare, cu secŃiune variabilă, ale suporŃilor organelor de lucru de tip daltă. SecŃiunea transversală este una medie în raport cu cea a barelor reale (curbe). Barele 36, 37, 35, 38, 39, 40, 41, 42, 43, sunt barele din substructura de susŃinere a bateriai de grape dinspre fată a maşiniii, iar barele 56, 57, 58, 59, 68, 60, 61, 69, 73, sunt similare primelor dar pentru bateria de grape dinspre spatele maşinii. Barele 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, respectiv, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 70, 71, 72, 74, 75, sunt suporŃii direcŃi ai bateriilor de grape, din faŃă, respectiv din spate ale maşinii şi au secŃiune transversală în formă de U, descrisă în tabelul 1.

Barele 89, 90, 91, 92, 93 sunt bare ce modelează tavalugul, iar barele 94, 95, 96, 97, modelează legăturile tăvălugului la structura principală de rezistenŃă prin intermediul substructurii de rezistenŃă a celei de-a doua baterie de grape.

2.1.2. Discretizarea Toate barele componente ale modelului au fost discretizate cu elemente de tip bară, BEAM3D, aflate în


22

library of finite element of the COSMOS / M 2.8 [4] or [12], [15], having 6 degree of freedom and 3 knots per element, the third knot aiming at orienting the element according to reference system. The model contains 856 nodes and 826 elements.

Material used for the entire structure is steel with modulus of elasticity E = 2.1 • 1011 N/m2, Poisson's coefficient, ν = 0.3 and density 7850 kg/m3.

2.1.3 The loads The loads of the model are made by: - forces on the free ends of the supports of working

bodies of chisel type; - distributed forces on the bars which shape the harrow

sub-assemblies; - corresponding gravitational loading by using the

gravitational acceleration, supplemented to the rear end of structure with a force of 2000 N, corresponding to running train with its annexes, which, during the work is suspended by the structure.

To determine the structure loading for chisel-type bodies and disks of harrow sub-assemblies, it is supposed that the tractor goes to full power, that it uses all the power stock to achieve maximum speed and the maximum productivity.

This route is possible only if the tractor’s available power covers the necessary needed for its own travel and the towed machine’s travel.

biblioteca de elemente finite a programului COSMOS/M 2.8, [4] sau [12], [15], având 6 grade de libertate si 3 noduri pe element, altreilea nod având rol de orientare a elementului in raport cu sistemul de referinŃă. Modelul conŃine 856 noduri şi 826 elemente. Materialul pentru întreaga structură este oŃel, cu modulul de elasticitate E = 2.1·1011 N/m2, şi coeficientul lui Poisson, ν = 0.3 şi densitatea 7850 kg/m3.

2.1.3 Încărcările Încărcările modelului se fac prin: - forŃe pe extremităŃile libere ale suporŃilor organelor de

lucru de tip daltă; - forŃe distribuite pe barele care modelează bateriile de

grape; - încărcarea gravitaŃională corespunzătoare, prin

folosirea acceleraŃiei gravitationale, suplimentată la extremitatea din spate a structurii cu o forŃă de 2000 N, corespunzătoare trenului rulor cu anexele acestuia, care, în lucru este suspendată de structură.

Pentru a stabili încărcarea structurii la organele de tip daltă şi la discurile bateriilor de grape, se face ipoteza că tractorul merge la capacitatea maximă, adică foloseşte toată rezerva de putere pentru a realiza viteza maximă de lucru şi evident, productivitatea maximă. Acest parcurs este posibil numai dacă forŃa disponibilă a tractorului acoperă necesarul pentru deplasarea proprie şi cea a maşinii tractate.

Table 2 / Tabel 2

The data for the loading calculus / Datele calculului înc ărcărilor

Gravitational acceleration / Acceleratia gravitationala [m/s2] 9.81 Tractor mass / Masa tractorului [kg] 10000 Machine mass MATINA / Masa masinii MATINA [kg] 3000 Ground friction coefficient – steel, [8], p. 93 / Coeficientul de frecare sol – oŃel, [8], p. 93 0.1 Ground friction coefficient – wheels, stubble, [14], p. 274 / Coeficientul de frecare sol – roŃi, mirişte, [14], p. 274 0.1 The maximum force developed by tractor, [11], p.356 / Forta maxima dezvoltată de tractor [N], [11], p.356 50000 The necessary force for self-displacement / Forta necesara pentru autodeplasare [N] 11772 Width of a body of work-chisel / LaŃimea unui organ de lucru –dalta [m] 0.06 The length of a body of work-chisel / Lungimea unui organ de lucru – dalta [m] 0.25 Angle of working body-chisel / Unghiul de atac al oragnului de lucru-dalta [degree / grade, sexagesimale] 27 Soil specific resistance to traction [8], p. 102 / Rezistenta specifica a solului la tractiune [8], p. 102 [N/m2] 100000 Coefficient of tensile strength due to speed [8], p. 90 / Coeficient de rezistenŃă la tractiune datorat vitezei, [8], p. 90 [kg/m3] 2000 Medium thickness of working body -chisel / Grosimea suportului organului de lucru-dalta [m] 0.03 Working depth / Adâncimea de lucru [m] 0.25 The small base of the tab / Baza mică a aripioarei [m] 0.133 The big base of the tab / Baza mare aripioarei [m] 0.150 The height of the tab / ÎnălŃimea aripioarei [m] 0.070 Angle of the tab / Unghiul de atac al aripioarei [degree / grade, sexagesimale] 13 Movement resisting area on the working body - supporting chisel / SuprafaŃa de rezistenŃă la inaintare pe organ de lucru dalta cu suport [m2]

0.0154308

Movement resisting area on the working body –supporting chisel / Forta de rezistenta la inaintare pe organ de lucru-dalta cu suport [N] 1313.31

Number of parts of chisel type / Numărul de organe de tip dalta 5 Total strength force of parts of supporting chisel / ForŃa totală de rezistenŃă organe daltă cu suporŃi [N] 6566.53 Number of harrows sub-assemblies/ Numărul bateriilor de grape 2 Number of disks on sub-assemblies / Numărul de discuri pe baterie 11 Setting angle of disks / Unghiul de atac al discurilor [°] 15 Average depth of disk into the ground / Adancimea medie a discului in sol [m] 0.12 Disk surface in soil / SuprafaŃa de disc in sol [m2] 0.036 Specific tensile strength of the soil layer disks (assumption: 60% out of which-the working parts as chisel) / RezistenŃa specifică a solului la tracŃiune în stratul de lucru al discurilor [N/m2] (ipoteza: 60 % din valoarea pentru organele de lucru dalta)

60000

Resistance force on disk / Forta de rezistenŃă pe disc [N] 559.05 Lateral force generated by disk / ForŃa laterală generată de disc [N] 540.00 Total force strength on all machine disks / ForŃa totală de rezistenŃă pe toate discurile maşinii [N] 12299.08 Total resistance force of machine / ForŃa de rezistenŃă totală a maşinii [N] 18865.61 Maximum speed accomplished in work without reserve power / Viteza maximă realizabilă în lucru fără rezervă de putere [m/s] 1.00 Total power chisel / ForŃa totală pe daltă [N] 1929.47 Total tensile force on disk / ForŃa totală de tracŃiune pe disc [N] 1299.12 Lateral force on disc / ForŃa laterală pe disc [N] 540.00 Total force on roller / ForŃa totală pe tavalug [N] 2930.00 N is the rear load given by the weight of suspended wheels and their annexes / Forta de incarcare la partea posterioara datorata greutatii trenului rulor suspendat si anexelor acestuia [N]

2000.00


23

Loading forces of interaction with soil application are in

nodes, and the effect of gravitational acceleration is introduced uniformly in the whole structure. The data for the loading calculus are given in the table 2

Încărcările prin forŃe de solicitare de interacŃiune cu solul se fac în noduri, iar efectul acceleraŃiei gravitaŃionale se introduce uniform în întreaga structură. Datele pentru calculul încărcărilor apar în tabelul 2.

Fig. 2 - Loads, boundary conditions and mesh (elements and nodes of structure /

Încărcările, condiŃiile la limite şi discretizarea (elemente şi noduri) structurii

2.1.4 Boundary conditions for the structure

Problem of conditions to the boundary of the structure is a sensitive issue because, in reality, the machine in work has a mechanical state difficult to be determined, a dynamic equilibrium difficult to be expressed through conventional models, but also through advanced mechanical ones.

We assumed that the state of working machine is modeled, at the designed work depth and it does not take into account the variations in vertical structure, so, we applied the condition uy=0 (ie soil machine applies a permanent sufficient reaction,) to the point of contact with the ground in the working bodies.

Always on the structure on that part of working bodies supports which are all the time in the ground it is applied a condition of blocking the lateral movement, uz=0, the lateral forces being annihilated by the soil reaction to these parts of the machine.

The node which belongs to the structure elements connecting to tractor, located just in front of the structure, was totally blocked: ux=uy=uz=rx=ry=rz=0 (linear displacement and zero rotation).

Links between the coupling system of the machine and tractor are provided by nodal joint type couplings ux=uy=uz=0.

The same type of links are applied to the nodes of frontal part of the machine (bars 1, 2, 9, 11 and 10). All boundary conditions and couplings can be seen in figure 2. 3. RESULTS 3.1. The results of running 3.1.1 Results of running on the initial data model

For geometric and loading data and for the boundary conditions in Chapter 1, the program was run and provided the following results.

State of relative displacement resulting in structure appears in figure. 3, and the Von Mises stress in figure 4.

The maximum value of relative displacement of the

2.1.4 Condi Ńiile pe contur pentru structur ă Problema condiŃiilor pe frontiera structurii este o

problemă delicată, deoarece, în realitate, maşina, în lucru, are o stare mecanică greu de determinat, un echilibru dinamic dificil de exprimat în modelele clasice, dar si avansate ale mecanicii.

Am presupus că se modelează starea maşinii în lucru, la adâncimea de lucru proiectată şi că nu se Ńine seama de variaŃiile pe verticală ale structurii, deci, în punctele de contact cu solul la baza organelor de lucru am aplicat condiŃia uy=0 (deci solul aplică maşinii o reacŃiune suficientă, permanentă).

Tot pe structură, pe partea aflată în sol în timpul lucrului, a suporŃilor organelor de lucru, se aplică o condiŃie de blocare a deplasării laterale, uz=0, forŃele laterale fiind anihilate de reacŃiunea solului la aceste porŃiuni ale maşinii.

Nodul aparŃinând elementelor structurii de legare la tractor, situat chiar în faŃa structurii, a fost blocat total: ux=uy=uz=rx=ry=rz=0 (deplasări liniare şi rotaŃii nule).

Legăturile între sistemul de cuplare al maşinii şi tractorului sunt asigurate prin cuplaje nodale de tip articulaŃie ux=uy=uz=0.

Acelaşi tip de legături sunt aplicate şi în nodurile porŃiunii frontale a maşinii (barele 1, 2, 9, 11 şi 10). Toate condiŃiile pe frontieră şi cuplajele se pot observa în figura. 2. 3. REZULTATE 3.1. Rezultatele rul ării 3.1.1 Rezultatele rul ării pe datele ini Ńiale ale modelului

Pentru datele geometrice, de încărcare şi pe conturdin capitolul 1, programul a fost rulat şi a furnizat următoarele rezultate.

Starea de deplasare relativă rezultantă în structură apare în figura 3, iar cea de tensiune Von Mises, în figura 4.

Valoarea maximă a deplasării relative rezultante a structurii


24

structure is found at the rear structure elements, at the roller supports, having u rez. max =0.0067 m.

Relative displacement is not significant and does not cause problems in machine operation.

The maximum value of the stress in structure is σ = 219.6 MPa is located in element 683, located on curve 68, which models one of the battery connector of the second disk with the main resistance frame.

In order to remedy this situation, the elements section thickness should be tripled or it is recommended to use a higher resisting material. After this change, the maximum strain in 683 element is reduced at 71,129 MPa, which is the allowable strain for buiding materials (OL 50).

The maximum value of the stress is located at the top of the bar.

In the main beam of strength, the maximum stress is located at the junction between this one and bar 9, to the front of the machine and it has 49 MPa. Horizontal reaction of the system, at the point of coupling to the tractor, is of 38,077 N, which is similar to traction force necessary to overcome the working resistance of this machine. Furthermore, friction forces and the force required by displacement of the tractor are added.

se găseşte la elementele dinspre partea din spate a structurii, la suporŃii tăvălugului, având valoarea u rez. max =0.0067 m.

Deplasarea relativă nu este semnificativă şi nu produce probleme în funcŃionarea maşinii.

Valoarea maximă a tensiunii în structură este σ =219.6 MPa fiind localizată în elementul 683, situat pe curba 68, care modelează unul dintre elementele de legătură ale bateriei a doua de discuri cu cadrul principal de rezistenŃă.

Pentru remedierea acestei situaŃii se recomandă triplarea grosimii secŃiunii elementelor sau folosirea unui material cu rezistenŃă admisibilă mult mai mare. Făcând această schimbare, tensiunea maximă în elementul 683 se reduce la 71.129 MPa, tensiune acceptabilă pentru materialele din care vor fi construite (OL 50).

Valoarea maximă a tensiunii este localizată la partea superioară a acestei bare.

În grinda principală de rezistenŃă, tensiunea maximă se localizeaza la intersecŃia dintre aceasta şi bara 9, spre partea din faŃă a maşinii şi are valoarea 49 MPa. ReacŃiunea orizontală a sistemului, în punctul de cuplare la tractor, are valoarea 38077 N, care are semnificaŃia forŃei de tracŃiune necesară pentru a învinge rezistenŃa în lucru a maşinii. La aceasta se adaugă forŃele de frecare şi forŃa necesară autodeplasării tractorului.

Fig. 3 - State of relative displacement resulting in structure / Starea de deplasare relativă rezultată în structură [m]

Fig. 4 - Von Mises stress in the structure / Starea de tensiune Von Mises în structură [Pa]


25

4. CONCLUSIONS Taking into account the results obtained for tests and

specified limits conditions, we can choose the construction material for the machine frame. Therefore, if the frame stress reaches the maximum value of 49MPa, supposing the existance of symmetric loads (as worst case) and complex loads (including torsions), according to [2], it is necessary to use steel endowed with breaking limit of at least 80 MPa, namely, for example, OL42 or OL50.

Element 683, in which maximum stress of 219.6 MPa appears, by modifying the section dimensions will have a maximum stress of 70.129 MPa, which is an acceptable value for OL 50 steel aimed at building the physical element.

The maximum values of strain of structure component bars show that they frame within the limits admissible for average structures and, furthermore, the quality of soil working processes does not influence the agro-technical requirements in force.

In order to achieve the resistance verification and ensure the resisting structure, the process of replacing the existing bars with other more rigid should be continued till when the structure designer is content of maximum value of equivalent tension. Increasing the structure mass is useful, as the penetration into the soil is performed due to own weight.In order to obtain the required safety, where the case is , more resistant steels can be chosen.

This article does not present a completely original method, but a common one, which is applied at a particular concrete structure. This application is an exemple of capitalization of general theory from papers dealing with finite elements theory, for exemple [3], [6], [9], [10], [13], [15].

4. CONCLUZII łinând seama de rezultatele obŃinute pentru

încărcările şi condiŃiile la limite specificate se poate alege materialul de constructie al cadrului maşinii. Astfel, dacă tensiunea în cadrul maşinii atinge valoarea maximă de 49 MPa, presupunând solicitări simetrice (cel mai defavorabil caz) şi complexe (incluzând răsuciri), conform [2], este necesară utilizarea unui oŃel cu limita de rupere la tracŃiune de cel puŃin 80 MPa, adică, de exemplu, OL 42 sau OL 50.

Elementul 683, în care a apărut tensiunea maximă de 219.6 MPa, prin modificarea indicată a dimensiunilor secŃiunii, va înregistra o tensiune maximă de 70.129 MPa, valoare acceptabilă pentru oŃelul OL 50 din care se preconizează a fi construit elementul fizic.

Valorile maxime ale săgeŃilor (deplasărilor relative rezultante) barelor componente ale structurii arată că acestea se încadrează în limite admisibile pentru structuri de anverguri medii şi, în plus, calitatea proceselor de lucru al solului nu suferă abateri sensibile de la normele agrotehnice în vigoare.

Pentru a termina verificarea la rezistenŃă şi a asigura structura din punct de vedere al rezistenŃei, procesul înlocuirii barelor cu bare mai rigide continuă până când proiectantul structurii este mulŃumit de valoarea maximă a tensiunii echivalente. Creşterea masei structurii este benefică întrucât pătrunderea în sol se face datorită greutăŃii proprii.Pentru a obŃine siguranŃa dorită se pot alege şi oŃeluri mai rezistente, acolo unde este cazul.

Articolul nu prezintă un procedeu original în totalitate, ci unul uzual, însă aplicat la o structură particulară, concretă. Această aplicaŃie este un exemplu de valorificare a teoriei generale ce apare tratatele de teoria elementelor finite, de exemplu [3], [6], [9], [10], [13], [15].

REFERENCES [1]. Biris S., Vladut V., Ungureanu N., Paraschiv G., Voicu G. (2009) - Development and Experimental Testing of a FEM Model for the Stress Distribution Analysis in Agricultural Soil due to Artificial Compaction, Agriculture Conspectus Scientificus, 74, 1 (21-29); [2]. Buzdugan Gh. (1980) - Materials Resistance, Thechnical Publishing House, Bucharest; [3]. Chakraborty A., Gopalakrishnan S., Reddy J. N. (2003) - A new beam finite element for the analysis of functionally graded materials, International Journals of Mechanical Sciences, volume 45, Issue 3, March, p. 519-539; [4]. COSMOS/M 2.8 (2004) - software documentation; [5]. Faur N., Cernescu A., VlăduŃ V., Biriş S., Bungescu S. (2008) - The stress behavior simulation of the traction ber from the ZIMBRU T-195 tractor, INMATEH II, Bucharest, iulie; [6]. Jing G., Zheng D., Wu H. (2008) - The Finite Element Analysis of the Frame Structure of 1LF-335 Hydraulic Reversible Plough Using ANSYS, Journal of Agricultural Mechanization Research, 6; [7]. Kerényi G., Tamás I., István J.J., Sándor S. (2002) - Comparative Analysis of Reversible Plough’s Frames, ASAE Annual Meeting, Paper nr. 023001; [8]. Letoşnev M.N. (1959) - Agricultural Machines, Agriculture Ministery, Agro-Forestry Publishing House; [9]. Makasay Ş.I., Bistran D. A. (2008) - Introducere în metoda elementelor finite, Editura CERMI, Iaşi; [10]. Marin C., Hadăr A., Popa I. F., Albu L. (2002) - Modelarea cu elemente finite a structurilor mecanice, Editura Academiei Române, Editura AGIR, Bucureşti; [11]. MihăŃoiu I., Demetrescu I., Caragiugiuc Gr., Fulga E. (1984) – Tractors, CERES Publishing House, Bucharest; [12]. Nikishkov G. P. (2010) - Programming Finite Elements in Java, Springer; [13]. Thomas J., Abbas B. A. H. (1975) - Finite element

BIBLIOGRAFIE [1]. Biris S., Vladut V., Ungureanu N., Paraschiv G., Voicu G. (2009) - Development and Experimental Testing of a FEM Model for the Stress Distribution Analysis in Agricultural Soil due to Artificial Compaction, Agriculture Conspectus Scientificus, 74, 1 (21-29); [2]. Buzdugan Gh. (1980) - RezistenŃa materialelor, Editura Tehnică, Bucureşti; [3]. Chakraborty A., Gopalakrishnan S., Reddy J. N. (2003) - A new beam finite element for the analysis of functionally graded materials, International Journals of Mechanical Sciences, volume 45, Issue 3, March, p. 519-539; [4]. COSMOS/M 2.8 (2004) - software documentation; [5]. Faur N., Cernescu A., VlăduŃ V., Biriş S., Bungescu S. (2008) - The stress behavior simulation of the traction ber from the ZIMBRU T-195 tractor, INMATEH II, Bucureşti, iulie; [6]. Jing G., Zheng D., Wu H. (2008) - The Finite Element Analysis of the Frame Structure of 1LF-335 Hydraulic Reversible Plough Using ANSYS, Journal of Agricultural Mechanization Research, 6; [7]. Kerényi G., Tamás I., István J.J., Sándor S. (2002) - Comparative Analysis of Reversible Plough’s Frames, ASAE Annual Meeting, Paper nr. 023001; [8]. Letoşnev M. N. (1959) - Maşini Agricole, Ministerul Agriculturii, Editura Agro-Silvică de Stat; [9]. Makasay Ş. I., Bistran D. A. (2008) - Introducere în metoda elementelor finite, Editura CERMI, Iaşi; [10]. Marin C., Hadăr A., Popa I. F., Albu L. (2002) - Modelarea cu elemente finite a structurilor mecanice, Editura Academiei Române, Editura AGIR, Bucureşti; [11]. MihăŃoiu I., Demetrescu I., Caragiugiuc Gr., Fulga E. (1984) - Tractoare, Editura CERES, Bucureşti; [12]. Nikishkov G. P. (2010) - Programming Finite Elements in Java, Springer; [13]. Thomas J., Abbas B. A. H. (1975) - Finite element


26

model for dynamic analysis of Timoshenko beam, Journal of Sound and Vibration, vol. 41, Issue 3, p. 291-299; [14]. Toma D., Neagu T., Florescu I., Lepşi S. (1978) - Agricultural Tractors, Didactic and Pedagogical Publishing House, Bucharest; [15]. Yijun L. (2003) - CAE Research Laboratory, Mechanical Engineering Department, University of Cincinnati.

model for dynamic analysis of Timoshenko beam, Journal of Sound and Vibration, vol. 41, Issue 3, p. 291-299; [14]. Toma D., Neagu T., Florescu I., Lepşi S. (1978) - Tractoare agricole, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti; [15]. Yijun L. (2003) - CAE Research Laboratory, Mechanical Engineering Department, University of Cincinnati.


27

EXPERIMENTATION OF MANUFACTURING TECHNOLOGY AND EQU IPMENTS FOR PELLETS / AGRI-PELLETS

/ EXPERIMENTAREA TEHNOLOGIEI ŞI A ECHIPAMENTELOR PENTRU FABRICAREA

PELEłILOR/AGRIPELEłILOR

Ph.D. Stud. Eng. Danciu A. 1), Ph.D. Eng. Vl ădu Ń V.1), Eng. Matache M. 1), Eng. Mihai M. 1), Ph.D. Eng. Lehrl C. 2)

Prof. Ph.D. Eng. Mihailov N. 3) 1)INMA Bucharest; 2)INCD ECOIND Bucharest; 3)University of Rouse Tel: 0728.942.902; Fax: 021/269.32.73; E-mail: [email protected]

Abstract: Production of pellets / agri-pellets from forestry and agriculture solid biomass, is required for use in boilers for heating and domestic hot water production, to ensure energy independence. The ideal flow of production and distribution to the consumer for the production and use of pellets / agri-pelleti starts from forest / agricultural biomass as raw material and through the following steps until the distribution and use of these fuels by the end consumer: preparation of materials, coarse chopping, transport, storage, drying, preparing recipes of agri-pellets (weighing, moistening / drying, homogenization mixture), grinding, pelleting, cooling pellets / agri-pellets, packaging and storage and use of pellets / agri-pellets in domestic or industrial boilers. Agricultural solid biomass used for experimenting different recipes for agri-pellets was composed of straw, Miscanthus and maize stalks and the forest biomass was composed of branches of forest remains (poplar, cherry, briar) chopped and pine shavings. Were tested the technological equipments necessary in technological process of making pellets and agri-pellets (forestry waste chopper, hammer mill, chopper vegetable scraps, inclined belt conveyor, homogenizer, conveyor for feeding press, rafinator and pelleting press) Reports of experimentation being carried out. Keywords: agri-pellets, biomass, pellets, technology INTRODUCTION

The technology is designed to produce pellets / agri-pellets from forestry and agriculture solid biomass, solid biofuels to be used in boilers for heating and domestic hot water production in small and medium-sized farms and in households, to ensure energy independence.

In accordance with EC legislation and GD 1844/2005, "biomass is biodegradable fraction of products, waste and residues from agriculture (including vegetal and animal substances), forestry and related industries, as well as the biodegradable fraction of municipal and industrial waste.

To achieve the pellets / agri-pellets from agricultural and forest biomass is through the following stages to distribution and use of these fuels by the end user: • prepare materials involving chopping forest remnants (with cutter forest remnants), chopping agricultural biomass (corn cobs, stems from Miscanthus, straw) and forest biomass grinding (minced with forest debris chopper) with hammer mill TCU-22, or with plant debris chopper TRV - 0, transport, storage and drying; • prepare recipes for agri-pellets (weighing, moistening / drying, transportation, homogenization mixture) made using a balance, a termobalance OHAUS MB 45, an oven type Memmert, the inclined conveyor belt TIB - 0 and AU homogenizer; • transportation, dispensing, grinding and pelleting of biomass for the production of pellets / agri-pellets, operations conducted by the inclined conveyor with belt, input press carrier, of the rafinator which grind and pneumatic transport biomass in cyclone where the

Rezumat: Producerea peleŃilor / agripeleŃilor din biomasa solidă forestieră şi agricolă, este necesară pentru utilizarea în centralele termice pentru încălzirea şi producerea de apă caldă menajeră, în vederea asigurării unei independenŃe energetice. Fluxul ideal de producŃie şi distribuŃie la consumator, pentru producŃia şi utilizarea de peleŃi/agripeleŃi porneşte de la biomasa forestieră/agricolă ca materie primă şi parcurge următoarele faze până la distribuirea şi utilizarea acestor combustibili de către consumatorul final: pregătirea materialelor, tocarea grosieră, transportul, stocarea, uscarea, pregătirea reŃetelor de agripeleŃi (cântărire, umidificare/uscare, omogenizare amestec), măcinarea, peletizarea, răcirea peleŃilor / agripeleŃilor, ambalarea şi depozitarea precum şi utilizarea peleŃilor / agripeleŃilor în centrale termice casnice sau industriale. Biomasa solidă agricolă utilizată pentru experimentarea diferitelor reŃete de agripeleŃi a fost constituită din paie; miscanthus şi coceni, iar cea forestieră din crengi de resturi forestiere (plopi, vişini, mărăcini) tocate şi din talaş de brad. Au fost experimentate echipamentele necesare în procesul tehnologic de realizare a peleŃilor şi agripeleŃilor (tocător de resturi forestiere, moară cu ciocănele, tocătoare de resturi vegetale, transportor înclinat cu bandă, omogenizator, transportor alimentare presă, rafinator şi presa de peletizare), realizându-se rapoarte de experimentare. Cuvinte cheie: agripeleŃi, biomasă, peleŃi, tehnologie INTRODUCERE

Tehnologia este destinată producerii peleŃilor / agripeleŃilor din biomasa solidă forestieră şi agricolă, peleŃi/agripeleŃi ce vor fi utilizaŃi în centralele termice pentru încălzirea şi producerea de apă caldă menajeră în fermele mici şi mijlocii precum şi în gospodăriile individuale, în vederea asigurării unei independenŃe energetice.

În conformitate cu LegislaŃia CE şi HG 1844/2005, “biomasa reprezintă fracŃia biodegradabilă a produselor, deşeurilor şi reziduurilor din agricultură (inclusiv substanŃele vegetale şi cele animale), domeniul forestier şi industriile conexe acestuia, precum şi fracŃia biodegradabilă din deşeurile municipale şi cele industriale”.

Pentru realizarea peleŃilor/agripeleŃilor din biomasă forestieră şi agricolă se parcurg următoarele faze până la distribuirea şi utilizarea acestor combustibili de către consumatorul final: • pregătirea materialelor care comportă tocarea resturilor forestiere (cu tocătorul de resturi forestiere), tocarea biomasei agricole (coceni de porumb, tulpinii de miscanthus, paie) şi mărunŃirea biomasei forestiere (tocate cu tocătorul de resturi forestiere) cu moara cu ciocănele TCU-22, sau cu tocătoarea de resturi vegetale TRV – 0, transportul, stocarea şi uscarea; • pregătirea reŃetelor de agripeleŃi (cântărire, umidificare / uscare, transport, omogenizare amestec) efectuate cu ajutorul unui cântar, a termobalanŃei OHAUS MB 45, a etuvei tip Memmert, a transportorului înclinat cu bandă TIB – 0 şi a omogenizatorului AU; • transportul, dozarea, măcinarea, şi peletizarea biomasei pentru obŃinerea de peleŃi/agripeleŃi, operaŃii efctuate cu ajutorul transportorului înclinat cu bandă, transportorului de alimentare presă, a rafinatorului care macină şi transportă pnematic biomasa în ciclon unde materialul


28

material is dosed by rotary lock in the pelleting press, converting biomass into pellets / agri-pellets by forced and continue passage of a large quantity of material through a small hole, this being accomplished by two pressure rolls and press mold.

Solid agricultural and forestry biomass, used for experiments was composed of forest debris, pine shavings, straw, Miscanthus, cobs. When biomass is burned, atmospheric oxygen combines with carbon in plants producing carbon dioxide and water. The process is cyclic because the carbon dioxide reached the atmosphere is absorbed by plants again [2], [3], [4]. MATERIALS AND METHODS

In order to experiment the technology for the pellets and agri-pellets were made prior experimentation of the equipments (based on methods for testing equipment and technology developed by INMA Bucharest) part of technological line for manufacturing them, namely: - scrap forest chopper type Skorpion; - chopper vegetable scraps TCU 22 (hammer mill MC-22); - plant debris chopper TRV-0; - inclined conveyor with belt; - the crop residue homogenizer; - feeder press carrier; - refining device (hammer mill); - pelleting press.

Necessary experimental equipment for chopping and grinding process of agricultural and forestry biomass are shown in Figure 1 and the necessary process of making pellets / agri-pellets in Figure 2.

Analytical methods used in the tests (technical analysis, elemental analysis and calorific power) are made under Romanian standards and ISO methods) presented in Table 1.

este dozat prin ecluza rotativă în presa de peletizare, care transformă biomasa în peleŃi/agripeleŃi prin trecerea trecerea forŃată şi continuuă a unei cantităŃi mari de material printr-un orificiu mic, acest lucru realizându-se cu ajutorul a două role presoare şi a matriŃei presei.

Biomasa solidă agricolă şi forestieră, utilizată pentru experimentări a fost constituită din resturi forestiere, talaş de brad, paie, mischantus, coceni. Când biomasa este arsă, oxigenul din atmosferă se combină cu carbonul din plante producând dioxid de carbon şi apa. Procesul este ciclic pentru că dioxidul de carbon ajuns în atmosferă este absorbit din nou de plante [2], [3], [4]. MATERIALE ŞI METODĂ În vederea experimentării tehnologiei de realizare a peleŃilor şi agripeleŃilor s-au efectuat în prealabil experimentarea echipamentelor (având la bază metodici pentru testarea acestora şi a tehnologiei elaborate de INMA Bucureşti) care fac parte din linia tehnologică de fabricare a acestora şi anume: - tocător resturi forestiere tip Skorpion; - tocător de resturi vegetale TCU 22 (moara cu ciocane MC-22); - tocător de resturi vegetale TRV-0; - transportor înclinat cu bandă; - omogenizator de resturi vegetale AU; - transportor de alimentare presă; - rafinator (moara cu ciocane); - presa de peletizare.

Echipamentele experimentate necesare procesului de tocarea şi mărunŃire a biomasei agricole şi forestiere sunt prezentate în figura 1 iar cele necesare procesului de realizare a peleŃilor/agripeleŃilor în figura 2.

Metodele de analiză utilizate la încercări (analiză tehnică, analiză elementară şi putere calorifică) sunt efectuate conform standardelor române şi metodelor ISO) prezentate în tabelul 1.

Fig. 1 - Technical equipment necessary to process of chopping and grinding of agricultural and forestry solid biomass / Echipamente tehnice necesare procesului de tocare şi mărunŃire a biomasei solide agricole şi forestiere

a. Skorpion forest coarse scrap chopper / Tocător grosier de resturi forestiere Skorpion

b. Plant debris chopper TCU / Tocător resturi vegetale TCU

c. Plant debris chopper TRV-0 / Tocător resturi vegetale TRV-0

Fig. 2 - Technical equipment necessary in the manufacturing process of pellets / agri-pellets / / Echipamente tehnice necesare procesului de realizare a peleŃilor/agripeleŃilor

1 - homogenizer scrap forest/agricultural AU / omogenizator resturi forestiere/agricole AU; 2 - Inclined conveyor with belt TIB-0 / transportor înclinat cu bandă TIB-0; 3 - Feeder press carrier TAP-0 / transportor alimentare presă TAP- 0; 4 - Refine / rafinator; 5 - Pelleting press / presa de peletizare


29

Table 1 / Tabel 1 Analysis methods / Metode de analiz ă

Crt. No. / Nr. crt.

Test name /Denumire încercare Standard of test method / Standardul metodei de încercare

Technical Analysis /Analiza tehnică 1. Imbibition Humidity / Umiditate de imbiba Ńie SR 5264:1995 2. Hygroscopic moisture / Umiditate higroscopic ă SR 5264:1995 3. Total moisture / Umiditate total ă SR 5264:1995 4. Ash (optional)/ Cenuşa (op Ńional) SR ISO 1171:1994

Elementary analysis / Analiza elementară 5. Carbon/ Carbon ASTM D 5373-08 6. Hydrogen/ Hidrogen ASTM D 5373-08 7. Nitrogen/ Azot ASTM D 5373-08 8. Sulfur/ Sulf ISO 351:1996

Determination of upper and lower calorific power / Determinarea puterii calorifice superioare şi inferioare 9. Upper calorific power/ Putere calorific ă superioar ă ISO 1928:2009

10. Lower calorific power (calculation)/ Putere calorific ă inferioar ă (calcul) ISO 1928:2009

11. Processing results / Prelucrarea rezultatelor

(Recalculation results in different states of analy sis: initial) / (recalcularea rezultatelor la diferite st ări de analiz ă: ini Ńial)

ISO 1170:2008 STAS 398/82

Functional description

To achieve the technology of production of pellets / agri-pellets was necessary to install, connect and experience the following machinery [1]: � scrap chopper forest type Skorpion which is an equipment operated from the tractor PTO with which was made the forest chopping coarse debris up to 150 mm in diameter, supply with branches (up to 150 mm in diameter) being performed manually, this being taken over by two supply drums and placed in the mincing device which mince it and the mince obtained is discharged through the exhaust chimney which is able to rotate 360º; � TCU plant debris chopper (MC-22 hammer mill), operating in the manufacturing agri-pellets flow with which was performed the mincing of forest remnants (chopped coarse with Scrap chopper forest type Skorpion) and agricultural biomass (sheaf of corn cobs, the yield of Miscanthus and straw), and collection of the minced material was carried out in bags, through a flanged y piece with two outlets, the mince to the bags being directed through a hinged valve; � plant debris chopper TRV-0 (designed in experimental model phase) by means of which was performed the chopping of pine shavings and coarse mince of forest remnants (chopped coarse by means of Skorpion chopper type), the supply of raw material being performed through the supplying funnel by means of the inclined belt conveyor, the chopped material (at the size of 1 ÷ 5 mm) being collected in bags; � inclined belt conveyor, (designed in experimental model phase) operating in the manufacturing flow of agri-pellets with which it was made the transportation to the various technical equipments of the technological line for manufacturing pellets / agri-pellets, being fed manually with granular material of agricultural or forestry solid biomass (in case of performing the transport to the plant debris chopper TRV-0), or by mixture discharge (by different agri-pellets manufacturing) from the AU homogenizer to the feeder press carrier. The movement to different working stations is effected by means of support and running rollers located at the bottom of the carrier frame. The flow (quantity of material) carried by it can be adjusted with a shutter and / or by changing the moto-reducer speed to be correlated with the necessary flow of various technical equipments which it serves; � vegetable scraps homogeniser AU, which is a device with which it mix different recipes (after weighing each raw material component) being fed with chopped vegetable scraps, from an agricultural and forestry waste chopper, and the discharge takes place at the outlet, by tilting the ladle at an angle that allows the flow of material into the

Descriere func Ńional ă Pentru realizarea tehnologiei de obŃinere a peleŃilor agripeleŃilor a fost necesară instalarea, racordarea şi experimentarea următoarelor echipamente tehnice [1]: � tocător de resturi forestiere tip Skorpion care este un echipament acŃionat de la priza de putere a tractorului cu ajutorul căruia s-a efectuat tocarea grosieră a resturilor forestiere având diametrul de maxim 150 mm, alimentarea cu crengi (având diametrul de maxim 150 mm) efectuându-se manual, acestea fiind preluate de doi tamburi de alimentare şi introduse în aparatul de tocare care le mărunŃeşte iar tocătura obŃinută este evacuată prin coşul de evacuare care are posibilitatea de rotire cu 360º; � tocător de resturi vegetale TCU (moara cu ciocane MC-22), care funcŃionează în fluxul de fabricaŃie al agripeleŃilor cu ajutorul căruia s-a efectuat tocarea resturilor forestiere (tocate grosier cu tocătoarea pentru deşeuri forestiere tip Skorpion) şi a biomasei agricole (coceni de porumb în snop, a recoltei de miscanthus şi a paielor), iar colectarea tocăturii s-a efectuat în saci, printr-un pantalon cu două guri de evacuare, tocătura către saci fiind direcŃionată prin intermediul unei clapete; � tocător de resturi vegetale TRV-0 (conceput în faza de model experimental) cu ajutorul căruia s-a efectuat tocarea talaşului de brad şi a tocăturii grosiere de resturi forestiere (tocate grosier cu ajutorul tocătoarei tip Skorpion), alimentarea cu materie primă efectuându-se pe la pâlnia de alimentare cu ajutorul transportorului înclinat cu bandă, materialul tocat (la dimensiunile de 1÷5 mm) fiind colectat în saci; � transportor înclinat cu bandă, (conceput în faza de model experimental) care funcŃionează în fluxul de fabricaŃie al agripeleŃilor cu ajutorul căruia s-a efectuat transportul la diferite echipamente tehnice din cadrul liniei tehnologice de fabricare a peleŃilor/agripeleŃilor, fiind alimentat manual cu material granular din biomasă solidă agricolă sau forestieră (în cazul efectuării transportului către tocătorul de resturi vegetale TRV-0), sau prin deversarea amestecului (de fabricare a diferiŃilor agripeleŃi) din omogenizatorul AU către transportorul de alimentare al presei. Deplasarea la diferite posturi de lucru se efectuează cu ajutorul rolelor de sprijin şi de rulare situate în partea inferioară a cadrului transportorului. Debitul (cantitatea de material) transportat de acesta poate fi reglat cu ajutorul unui şiber sau/şi prin modificarea turaŃiei motoreductorului pentru a fi corelat cu debitul necesar diferitelor echipamente tehnice pe care le deserveşte; � omogenizator de resturi vegetale AU, care este un echipament cu ajutorul căruia se amestecă diferitele reŃete (după cântărirea fiecărei componente de materie primă) fiind alimentat cu resturi vegetale tocate, provenite de la o tocătoare de deşeuri forestiere şi agricole, iar deversarea se efectuează pe la gura de evacuare, prin înclinarea benei la un unghi ce permite curgerea materialului


30

supply tank of the inclined belt conveyor; � feeder press carrier (designed in experimental model phase) which is the thchnical equipment that is operating in the technological manufacturing line of pellets / agri-pellets for acquisition and transport of granular material in agricultural and forestry solid biomass (minced with TRV or TCU-22 chopper) to refining device from the technological manufacturing line of pellets / agri-pellets; � refining device (hammer mill) which is a technical equipment that is part of the technological line for production of pellets / agri-pellets doing chopping of biomass and transport it to the cyclone of pelleting press. The supply flow can be adjusted by changing the speed of rotating lock and of the supply screw conveyor and that for exhaust to the cyclone of pelleting press with a rotary valve. The rafining device is provided with a dynamic and static balanced rotor with bearings and special bearings having horizontal axes on which is mounted the hammers. Granular material flow in agricultural or forestry solid biomass from the pelleting press cyclone can be adjusted with a rotary lock and a and a shutter to the pelleting press mini bunker; � pelleting press for vegetable scraps and forestry works in production flow of agri-pellets, being supplied with mince recipes of solid agricultural or forestry biomass from rotary lock mounted above the press, metering the material inside the press mini bunker(having 20 dm3 [kg] capacity) provided with feed screw. The feeding flow of the mini bunker screw pelleting press and pellet length can be adjusted by changing the screw speeds respectively of the engine cutting at length of the pellets by means of the PLC system from the press control panel. Determining main parameters of equipments Scrap forest chopper type Skorpion • Specific fuel consumption: 8,4 l/h; • Power consumption: 31,1 kW/h; • Actual working capacity 8,52 t/h; • Separation grade of mince from forestry waste on sieves:

� under ø 6 mm: 7,54 %; � between ø 6,1 ÷ 7 mm: 7,26 %; � between ø 7,1 ÷ 14 mm: 27,08 %; � between ø 14,1 ÷ 16 mm: 7,31 %; � over ø 16,1: 50,81 %;

� Specific energy consumption: 3,65 kWh/t. Chopper vegetable scraps TCU - 22) • Power consumption: 16,5 kW/h; • Actual working capacity 0,56 t/h; • Separation grade of mischantus mince on sieves:

� under ø 2 mm: 45,11 %; � between ø 2,1 ÷ 3 mm: 11,19 %; � between ø 3,1 ÷ 4 mm: 21,19 %; � between ø 4,1 ÷ 5 mm: 11,98 %; � between ø 5,1: 3,39 %;

• Separation grade of mince from forestry waste on sieves: � under ø 2 mm: 48,74 %; � between ø 2,1 ÷ 3 mm: 6,91 %; � between ø 3,1 ÷ 4 mm: 26,80 %; � between ø 4,1 ÷ 5 mm: 11,33 %; � over ø 5,1: 6,22 %;

• Separation grade of stalks mince on sieves: � under ø 2 mm: 47,22 %; � between ø 2,1 ÷ 3 mm: 13,38 %; � between ø 3,1 ÷ 4 mm: 22,74 %; � between ø 4,1 ÷ 5 mm: 12,08 %; � over ø 5,1: 4,58 %;

• Specific energy consumption: 45,36 kWh/t Plant debris chopper TRV-0: • Power consumption: 4,5 kW/h; • Actual working capacity 0,185 t/h;

omogenizat în cuva de alimentare a transportorului înclinat cu bandă; � transportorul de alimentare a presei (conceput în faza de model experimental) care este echipamentul tehnic ce funcŃionează în linia tehnologică de fabricaŃie a peleŃilor/agripeleŃilor pentru preluarea şi transportul de material granular din biomasă solidă agricolă sau forestieră (mărunŃită cu tocătoarea TRV sau TCU -22) către rafinatorul din cadrul liniei tehnologice de fabricare a peleŃilor / agripeleŃilor; � rafinator (moara cu ciocane), care este un echipament tehnic ce face parte din linia tehnologică pentru obŃinerea de peleŃi / agripeleŃi efectuând tocarea biomasei şi transportarea acesteia către ciclonul presei de peletizare. Debitul de alimentare poate fi reglat prin modificarea turaŃiei ecluzei rotative şi a transportorului de alimentare cu şnec, iar cel de evacuare către ciclonul presei de peletizare cu ajutorul unei clapete rotative. Rafinatorul este prevăzut cu un rotor echilibrat dinamic şi static cu lagăre şi rulmenŃi speciali având axele orizontale pe care se montează ciocanele. Debitul de material granular din biomasă solidă agricolă sau forestieră din ciclonul presei de peletizare poate fi reglat cu ajutorul ecluzei rotative şi a unui şibăr către minibuncărul presei de peletizare; � presa de peletizare pentru resturi vegetale şi forestiere funcŃionează în fluxul de fabricaŃie al agripeleŃilor, fiind alimentată cu reŃete de tocătură din biomasă solidă agricolă sau forestieră de la ecluza rotativă montată deasupra presei care dozează materialul în minibuncărul presei (având capacitatea de 20 dm3 [kg]) prevăzut cu şnec de alimentare. Debitul de alimentare al şnecului minibuncărului presei de peletizare precum şi lungimea peleŃilor pot fi reglate prin modificarea turaŃiilor şnecului, respectiv a motorului de tăiere la lungime a peleŃilor cu ajutorul sistemului PLC de la panoul de comandă al presei. Determinarea principalilor parametri ai echipamente lor Tocătorul de resturi forestiere Skorpion • Consum specific de combustibil: 8,4 l/h; • Putere consumată: 31,1 kW/h; • Capacitate de lucru efectivă 8,52 t/h; • Grad de separare a tocăturii de resturi forestiere pe site:

� sub ø 6 mm: 7,54 %; � între ø 6,1 ÷ 7 mm: 7,26 %; � între ø 7,1 ÷ 14 mm: 27,08 %; � între ø 14,1 ÷ 16 mm: 7,31 %; � peste ø 16,1: 50,81 %;

� Consum specific de energie: 3,65 kWh/t. Tocător de resturi vegetale TCU - 22) • Putere consumată: 16,5 kW/h; • Capacitate de lucru efectivă 0,56 t/h; • Grad de separare a tocăturii de mischantus pe site:

� sub ø 2 mm: 45,11 %; � între ø 2,1 ÷ 3 mm: 11,19 %; � între ø 3,1 ÷ 4 mm: 21,19 %; � între ø 4,1 ÷ 5 mm: 11,98 %; � peste ø 5,1: 3,39 %;

• Grad de separare a tocăturii de resturi forestiere pe site: � sub ø 2 mm: 48,74 %; � între ø 2,1 ÷ 3 mm: 6,91 %; � între ø 3,1 ÷ 4 mm: 26,80 %; � între ø 4,1 ÷ 5 mm: 11,33 %; � peste ø 5,1: 6,22 %;

• Grad de separare a tocăturii de coceni pe site: � sub ø 2 mm: 47,22 %; � între ø 2,1 ÷ 3 mm: 13,38 %; � între ø 3,1 ÷ 4 mm: 22,74 %; � între ø 4,1 ÷ 5 mm: 12,08 %; � peste ø 5,1: 4,58 %;

• Consum specific de energie: 45,36 kWh/t. Tocătoarea de resturi vegetale TRV-0: • Putere consumată: 4,5 kW/h; • Capacitate de lucru efectivă 0,185 t/h;


31

• Separation grade of wood shavings mince on sieve: � under ø 2 mm: 52,50 %; � between ø 2,1 ÷ 3 mm: 10,12 %; � between ø 3,1 ÷ 4 mm: 21,72 %; � between ø 4,1 ÷ 5 mm: 12 %; � between ø 5,1: 3,47 %;

• Separation grade of mince from forestry waste on sieves: � under ø 2 mm: 50,54 %; � between ø 2,1 ÷ 3 mm: 11,82 %; � between ø 3,1 ÷ 4 mm: 20,36 %; � între ø 4,1 ÷ 5 mm: 13,24 %; � between ø 5,1: 4,04 %;

• Specific energy consumption: 37,37 kWh Inclined belt conveyor TIB-0 : • Power consumption: 0,155 kW/h; • Actual working capacity 0,122 t/h; � Specific energy consumption: 1,435 kWh/t. Plant debris and forestry homogeniser AU: • Power consumption: 5,92 kW/h; • Actual working capacity 0,695 t/h; � Specific energy consumption: 18,22 kWh/t. Carrier supply press TAP-0: • Power consumption: 0,27 kW/h; • Actual working capacity 0,122 t/h; � Specific energy consumption: 3,4 kWh/t. Refining device (hammer mill): • Power consumption: 10,14 kW/h; • Actual working capacity 0,122 t/h; • Specific energy consumption: 130 kWh/t; • Air flow 18 m3/h. Pelleting press: • Power consumption: 13,19 kW/h; • Actual working capacity 0,121 t/h; • Specific energy consumption: 167 kWh/t. RESULTS Determination of combustibility characteristics

In order to determine the combustibility characteristics of products obtained through the manufacturing technology of pellets and agri-pellets from solid agricultural and forestry biomass were taken for analysis a total of 14 samples in various mixtures / compositions (recipes) as: • sample 1: 67% Forestry scrap + 33% wood shavings; • sample 2: 80% Miscanthus + 20% wood shavings; • sample 3: 33,3% Forestry scrap + 33,3% Cobs + 33,3%

wood shavings; • sample 4: 33,3% Forestry scrap + 33,3% Miscanthus +

33,3% wood shavings; • sample 5: 33,3% Forestry scrap + 33,3% Straw + 33,3%

wood shavings; • sample 6: 100% Cobs; • sample 7: 100% Straw; • sample 8: 100% Miscanthus; • sample 9: 100% pine shavings; • sample 10: 100% Forestry scrap; • sample 11: 25% Miscanthus + 50% Forestry scrap +

25% wood shavings; • sample 12: 50% Forestry scrap +50% wood shavings • sample 13: 33,3% Miscanthus + 33,3% Forestry scrap +

33,3% wood shavings; • sample 14: 100% rape grists.

To achieve determinations was used an equipment "ANALIZOR ELEMENTAL Flash EA 1112" which allows simultaneous determination of CHSN / O from solid and liquid samples by dynamic instantaneous sample combustion, followed by reduction, capture, separation and detection using the thermal conductivity detector (TCD).

The samples (biomass) were subjected to laboratory analysis specific to solid fuels to determine the main characteristics:

• Grad de separare a tocăturii de talaş pe site: � sub ø 2 mm: 52,50 %; � între ø 2,1 ÷ 3 mm: 10,12 %; � între ø 3,1 ÷ 4 mm: 21,72 %; � între ø 4,1 ÷ 5 mm: 12 %; � peste ø 5,1: 3,47 %;

• Grad de separare a tocăturii de resturi forestiere pe site: � sub ø 2 mm: 50,54 %; � între ø 2,1 ÷ 3 mm: 11,82 %; � între ø 3,1 ÷ 4 mm: 20,36 %; � între ø 4,1 ÷ 5 mm: 13,24 %; � peste ø 5,1: 4,04 %;

• Consum specific de energie: 37,37 kWh Transportor înclinat cu band ă TIB-0: • Putere consumată: 0,155 kW/h; • Capacitate de lucru efectivă 0,122 t/h; � Consum specific de energie: 1,435 kWh/t. Omogenizator resturi vegetale şi forestiere AU: • Putere consumată: 5,92 kW/h; • Capacitate de lucru efectivă 0,695 t/h; � Consum specific de energie: 18,22 kWh/t. Transportor alimentare pres ă TAP-0: • Putere consumată: 0,27 kW/h; • Capacitate de lucru efectivă 0,122 t/h; � Consum specific de energie: 3,4 kWh/t. Rafinator (moar ă cu ciocane): • Putere consumată: 10,14 kW/h; • Capacitate de lucru efectivă 0,122 t/h; • Consum specific de energie: 130 kWh/t; • Debitul de aer 18 m3/h. Presă de peletizare: • Putere consumată: 13,19 kW/h; • Capacitate de lucru efectivă 0,121 t/h; • Consum specific de energie: 167 kWh/t. REZULTATE Determinarea caracteristicilor de combustibilitate

În scopul determinării caracteristicilor combustibilităŃii produselor obŃinute prin tehnologia de fabricare a peleŃilor şi agripeŃilor din biomasa solidă agricolă şi forestieră, au fost prelevate pentru analize un număr de 14 probe în diferite amestecuri/compoziŃii (reŃete) astfel: • proba 1: 67% Resturi forestiere + 33% Talaş; • proba 2: 80% Miscanthus + 20% Talaş; • proba 3: 33,3% Resturi forestiere + 33,3%Coceni +

33,3%Talas; • proba 4: 33,3% Resturi forestiere + 33,3% Miscanthus

+ 33,3% Talaş; • proba 5: 33,3% Resturi forestiere + 33,3% Paie +

33,3% Talaş; • proba 6: 100% Coceni; • proba 7: 100% Paie; • proba 8: 100% Miscanthus; • proba 9: 100% Talaş brad; • proba 10: 100% Resturi forestiere; • proba 11: 25% Miscanthus + 50% Resturi forestiere +

25% Talaş; • proba 12: 50% Resturi forestiere+50%Talas • proba 13: 33,3% Miscanthus + 33,3% Resturi forestiere

+ 33,3% Talaş; • proba 14: 100% şroturi de rapiŃă.

Pentru realizarea determinărilor, a fost utilizat un echipament "ANALIZOR ELEMENTAL Flash EA 1112" care permite determinarea simultană a CHSN/O din probe solide şi lichide prin combustia dinamică instantanee a probei, urmată de reducerea, capturarea, separarea gaz cromatografică şi detecŃia cu ajutorul detectorului de conductivitate termică (TCD).

Eşantioanele de probe (biomasă) au fost supuse analizelor de laborator specifice combustibililor solizi în vederea stabilirii principalelor caracteristici:


32

� through technical analysis was determined moisture [5, 6] (Wi

i, Whi, Wt

i), and ash (Ai) � by elemental analysis was determined the percentage content of Ci, Hi, St

i, Ni using an elemental analyzer FLASH EA 1112 Thermo Fisher Scientific (Model 1112). Determination of oxygen content (O) in the initial state was performed by calculation using the following relationship:

� prin analiza tehnică s-a determinat umiditatea [5, 6] (Wi

i, Whi, Wt

i), şi cenuşa (Ai) � prin analiza elementară s-a determinat conŃinutul procentual de Ci, Hi, St

i, Ni cu ajutorul unui analizor elemental FLASH EA 1112 Thermo Fisher Scientific (Model 1112). Determinarea conŃinutului de oxigen (O) la starea iniŃială s-a efectuat prin calcul utilizând următoarea relaŃie:

Oi = 100 – (Wit + Ai+ Ci+ Hi+ Si+ Ni) [%] (1)

� determination of upper calorific power (Osi) was

achieved by using a calorimeter system consisted of calorimeter Parr Model 6200 with bomb model 1108; � puterea calorifică inferioară (Qi

i) was obtained by calculating depending on the total moisture (Wt

i) and hydrogen content of the sample subjected to determination, according to the formula:

� determinarea puterii calorifce superioare (Osi) s-a

realizat prin utilizarea unui sistem calorimetric format din calorimetru Parr Model 6200 cu bomba model 1108; � puterea calorifică inferioară (Qi

i) s-a obŃinut prin calcul funcŃie de umiditatea totală (Wt

i) şi conŃinutul de hidrogen din proba supusă determinării, conform formulei:

Qiinf

= Qisup

– γ(8,94Hi + Wit) [kcal/kg; KJ/kg] (2)

where: γ = 5,86, at expression of the analysis results in kcal/kg; γ = 24,62, at expression of the analysis results in KJ/kg; 8,94 - amount of water in grams, corresponding to 1 g hydrogen.

Methods of analysis used in the analytical testing performed for track indicators (Romanian standards and ISO methods) are presented in Table 1.

Analytical test results for samples subjected to analysis and recalculated in accordance with standard STAS 398/82 at the initial state of biomass fuel are presented in Table 2 and Figures 3, 4, 5 and 6.

unde: γ = 5,86, la exprimarea rezultatelor analizei în kcal/kg; γ = 24,62,la exprimarea rezultatelor analizei în KJ/kg; 8,94 - cantitatea de apă în grame, corespunzatoare la 1 g hidrogen.

Metodele de analiza utilizate la încercarile analitice efectuate pentru indicatorii urmăriŃi (standarde române şi metode ISO) sunt prezentate în tabelul 1.

Rezultatele încercarilor analitice pentru probele supuse analizelor şi recalculate în conformitate cu standardul STAS 398/82 la starea iniŃială a combustibilului de biomasă sunt prezentate în tabelul 2 şi figurile 3, 4, 5 şi 6

Table 2 / Tabel 2

Analytical results for analyzed samples / Rezultatele analitice pentru probele analizate

Wii Wh

i Wti Ai St

i Ci Hi Ni Oi dif Os

i Qii Sample No. /

Nr. proba % % % % % % % % % kcal/kg kcal/kg 1. 4.55 16.24 20.79 2.33 0.039 42.60 5.54 0.42 28.29 4152 3740 2. 6.25 10.79 17.04 1.32 0.049 42.70 5.56 0.57 32.76 4164 3773 3. 0 11.64 11.64 2.98 0.043 43.88 5.74 0.58 35.14 4395 4026 4. 0 11.77 11.77 2.37 0.043 44.66 5.72 0.26 35.18 4292 3923 5. 0 10.72 10.72 5.14 0.042 42.69 5.56 0.43 35.42 4381 4027 6. 0 10.38 10.38 5.76 0.041 40.67 5.67 1.49 35.99 4057 3699 7. 0 9.57 9.57 7.78 0.050 40.20 5.41 0.75 36.24 4164 3825 8. 0 11.17 11.17 6.89 0.044 41.79 5.49 0.58 34.04 4004 3651 9. 0 6.60 6.60 1.61 0.039 46.11 6.39 1.10 38.15 4354 3981 10. 1.95 4.14 6.09 2.53 0.047 45.81 5.81 0.76 38.95 4163 3823 11. 0 7.19 7.19 3.90 0.045 44.66 5.69 0.61 37.91 4210 3870 12. 0 5.08 5.08 2.26 0.059 46.44 5.84 0.40 39.92 4278 3942 13. 0 5.26 5.26 3.47 0.043 45.94 5.81 0.38 39.10 4309 3974 14. 0 5.56 5.56 4.87 0.051 48.26 7.11 4.64 29.51 4976 4571

LEGEND / LEGENDĂ Wi

i – Imbibition Humidity / Umiditate de imbibaŃie; Wii – Hygroscopic moisture / Umiditate de higroscopică; Wi

i – Total moisture/ Umiditate totală; Ai – Ash / Cenuşa ; St

i - Total Sulphur content / ConŃinutul de sulf total; Ci - Carbon content / ConŃinutul de carbon; Hi - Hydrogen content / ConŃinutul de hidrogen; Ni - Nitrogen content / ConŃinutul de azot; Oi

dif - Oxygen content / ConŃinutul de oxigen; Osi - Upper calorific power / Putere calorifică superioară; Qi

i - Lower calorific power / Putere calorifică inferioară.

Fig. 3 – Graphic representation of lower calorific power

values for samples 1 ÷÷÷÷8 / Reprezentarea grafic ă a valorilor puterii calorifice inferioare pentru probele 1 ÷÷÷÷8

Fig. 4 - Graphical representation of total humidity values for samples 1 ÷÷÷÷8 / Reprezentarea grafic ă a

valorilor umidit ăŃii totale pentru probele 1 ÷÷÷÷8


33

Fig. 5 – Graphic representation of lower calorific power values

for samples 9 ÷÷÷÷14 / Reprezentarea grafic ă a valorilor puterii calorifice inferioare pentru probele 9 ÷÷÷÷14

Fig. 6 – Graphical representation of total humidity value s for samples 9 ÷÷÷÷14 / Reprezentarea grafic ă a valorilor umidit ăŃii

totale pentru probele 9 ÷÷÷÷14

Solid agricultural and forestry biomass used for experimentation of manufacturing technology for the pellets / agri-pellets was:

� forestry: � minced and crumbled forest residue; � pine shavings;

� agricultural: � straw; � Miscanthus; � cobs.

It was prepared in 22 recipes such as: R1) forestry residues: 100% (two humidities); R2) wood shavings: 100% (two humidities); R3) forestry residues: 33,33%; wood shavings: 33,33% and cobs: 33,33% (one humidity); R4) forestry residues: 33,33%; wood shavings: 33,33% and straws: 33,33% (one humidity); R5) forestry residues: 33,33%; wood shavings: 33,33% and Miscanthus: 33,33% (one humidity); R6) forestry residues: 65% and Miscanthus: 35% (two humidities); R7) forestry residues 65 % and Miscanthus: 35% (two humidities); R9) wood shavings: 65% and straws: 35% (two humidities); R10) forestry residues: 60% şi miscanthus: 40% (two humidities); R11) forestry residues: 60% and straws: 40% (two humidities); R12) wood shavings: 60% and Miscanthus: 40% (two humidities); R13) wood shavings: 60% and straws: 40% (two humidities); R14) forestry residues: 55% and Miscanthus: 45% (two humidities); R15) forestry residues: 55% and straws: 45% (two humidities); R16) wood shavings: 55% and Miscanthus: 45% (two humidities); R17) wood shavings: 55% and straws: 45% (two humidities); R18) forestry residues: 50% and Miscanthus: 50% (one humidity); R19) forestry residues: 50% and straws: 50% (one humidity); R20) wood shavings: 50% and Miscanthus: 50% (one humidity); R21) wood shavings: 50% and straws: 50% one humidity); R22) forestry residues: 43%; wood shavings: 43% and cobs: 16% (one humidity).

Biomasa solidă agricolă şi forestieră, utilizată pentru experimentarea tehnologiei de realizare a peleŃilor / agripeleŃilor a fost:

� forestieră: � resturi forestiere tocate şi mărunŃite; � talaş de brad;

� agricolă: � paie; � miscanthus; � coceni.

Aceasta a fost pregătită în 22 reŃete astfel: R1) resturi forestiere: 100% (două umidităŃi); R2) talaş: 100% (două umidităŃi); R3) resturi forestiere: 33,33%; talaş: 33,33% şi coceni: 33,33% (o umiditate); R4) resturi forestiere: 33,33%; talaş: 33,33% şi paie: 33,33% (o umiditate); R5) resturi forestiere: 33,33%; talaş: 33,33% şi miscanthus: 33,33% (o umiditate); R6) resturi forestiere: 65% şi miscanthus: 35% (două umidităŃi); R7) resturi forestiere: 65% şi paie: 35% (două umidităŃi); R8) talaş: 65% şi miscanthus: 35% (două umidităŃi); R9) talaş: 65% şi paie: 35% (două umidităŃi); R10) resturi forestiere: 60% şi miscanthus: 40% (două umidităŃi); R11) resturi forestiere: 60% şi paie: 40% (două umidităŃi); R12) talaş: 60% şi miscanthus: 40% (două umidităŃi); R13) talaş: 60% şi paie: 40% (două umidităŃi); R14) resturi forestiere: 55% şi miscanthus: 45% (două umidităŃi); R15) resturi forestiere: 55% şi paie: 45% (două umidităŃi); R16) talaş: 55% şi miscanthus: 45% (două umidităŃi); R17) talaş: 55% şi paie: 45% (două umidităŃi); R18) resturi forestiere: 50% şi miscanthus: 50% (o umiditate); R19) resturi forestiere: 50% şi paie: 50% (o umiditate); R20) talaş: 50% şi miscanthus: 50% (o umiditate); R21) talaş: 50% şi paie: 50% (o umiditate); R22) resturi forestiere: 43%; talaş: 43% şi coceni: 16% (o umiditate).

CONCLUSIONS With this biomass were made 22 recipes of agri-pellets based on two or three components which did not deprive the forest biomass (minced branches or pine shavings), varying the amount of agricultural biomass to 50% and humidity between 10 and 22%, to see behavior of pelleting press and finally of the produced pellets, depending on humidity. After testing the equipment and technology for producing the pellets / agri-pellets have found that: � in terms of pellets made from forest biomass were

found: � the pellets made from forest biomass: forest residues and wood shavings / sawdust have an adequate quality at an average humidity between 10,5÷12%;

CONCLUZII Cu această biomasă s-au realizat 22 reŃete de agripeleŃi pe bază de două sau trei componente din care nu a lipsit biomasa forestieră (tocătura de crengi sau talaşul de brad), variind cantitatea de biomasă agricolă până la 50%) şi umiditatea, între 10 şi 22%, pentru a vedea comportamentul presei de peletizat şi în final al peleŃilor obŃinuŃi, funcŃie de umiditate. În urma experimentării echipamentelor şi a tehnologiei de realizare a peleŃilor/agripeleŃilor s-au constatat următoarele: � în ceea ce priveşte peleŃii obŃinuŃi din biomasă

forestieră s-au constatat: � peleŃii obŃinuŃi din biomasă forestieră: resturi forestiere şi talaş/rumeguş au o calitate corespuzătoare la o umiditate medie între 10,5÷12%; odată cu creşterea


34

with increasing humidity, the quality of pellets made from forest biomass decreased proportionately, reducing the density of pellets produced; � pellets quality is good both for recipes from wood shavings and forest residues in different percentage, and the pellets obtained only from wood shavings / forestry residues.

� regarding agri-pellets made of different recipes from solid agricultural and forest biomass were found the following:

� the agri-pellets derived from three components (forest residues, wood shavings and straw in a percentage of 33.33% each; forestry residues, wood shavings and Miscanthus in a percentage of 33.33% each; forest residues, wood shavings and cobs in a percentage of 33.33% each) have an adequate quality at an average humidity between 12÷14%; � the agri-pellets made from two components (forestry residues 65% and straw 35%; forestry residues 65% and Miscanthus 35%; wood shavings 65% and straw 35%; wood shavings 65% and Miscanthus 35%) obtained at two different humidities : one at 12÷13% as recommended in the literature for pellets and other: 15÷16%, have a good quality, their density decreasing with increasing the humidity of the mixture, not having a significant influence on the quality; � the agri-pellets quality is strongly influenced by the proportion of plant biomass in the mixture and by the moisture of the mixture. If in case of pellets higher humidity led to decline in their quality, in case of agri-pellets, increasing moisture up to 15.5% (max. 16%) favor the cohesion of the material from the mixture and thus the quality of the obtained agri-pellets.

The agri-pellets have good quality at a rate of vegetal biomass in mixture of max. 40% and satisfactory at 45%. Above this percentage the cohesion in the mixture is not achieved properly (because of insufficient lignin) and the obtained agri-pellets crumble. From the recipes of obtained agri-pellets, those who have Miscanthus in the mix are of better quality(have higher woody vegetal mass).

umidităŃii, calitatea peleŃilor obŃinuŃi din biomasă forestieră scade proporŃional, scăzând şi densitatea peleŃilor obŃinuŃi; � calitatea peleŃilor este corespunzătoare atât pentru reŃete din talaş şi resturi forestiere, în diferite procente, cât şi pentru peleŃii obŃinuŃi numai din talaş/resturi forestiere.

� în ceea ce priveşte agripeleŃii realizaŃi din diferite reŃete din biomasă solidă agricolă şi forestieră s-au constatat următoarele:

� agripeleŃii obŃinuŃi din trei componente (resturi forestiere, talaş şi paie în procent de 33,33% fiecare; resturi forestiere, talaş şi mischantus în procent de 33,33% fiecare; resturi forestiere, talaş şi coceni în procent de 33,33% fiecare) au o calitate corespunzătoare la o umiditate medie între 12÷14%; � agripeleŃii obŃinuŃi din două componente (resturi forestiere 65% şi paie 35%; resturi forestiere 65% şi mischantus 35%; (talaş 65% şi paie 35%; talaş 65% şi mischantus 35%) obŃinuŃi la două umidităŃi diferite (una: 12÷13% cea recomandată în literatura de specialitate pentru peleŃi) şi celalată: 15÷16% au o calitate bună, densitatea acestora scăzând odată cu creşterea umidităŃii amestecului, neavând o influenŃă semnificativă asupra calităŃii; � calitatea agripeleŃilor este puternic influenŃată de procentul de biomasă vegetală din amestec şi de umiditatea amestecului. Dacă în cazul peleŃilor umiditarea mai ridicată conducea la scăderea calităŃii acestora, în cazul agripeleŃilor, creşterea umidităŃii până la 15,5% (max. 16%) favorizează coeziunea materialului din amestec şi implicit calitatea agripeleŃilor obŃinuŃi.

AgripeleŃii au o calitate bună la un procent de biomasă vegetală în amestec de max. 40%, satisfăcătoare la 45%, peste acest procent coeziunea în amestec nu se realizează corespunzător (datorită cantităŃii insuficiente de lignină) şi agripeleŃii obŃinuŃi se fărâmiŃează. Dintre reŃetele de agripeleŃii obŃinuŃi, cei care au în amestec miscanthus sunt de o calitate mai bună (au masa vegetală lemnoasă mai ridicată).

REFERENCES [1]. Danciu A. (2010) – Experimentation of the equipments (plant debris chopper and conveyors) for processing agricultural and forestry solid biomass solids and the production technology for the pellets and agri-pellets, Research Report, INMA, Bucharest; [2]. Ion I., Ion D. (2006) - Energy from biomass, no .7 (38), Department of Termotechnics and Thermal Machines, University „Dunarea de Jos” of Galati. [3]. Koppejan J., van Loo S. et al. (2002) - Handbook of Biomass Combustion and Cofiring, IEA Bioenergy Task 32: Biomass Combustion and Cofiring. Twente University Press; [4]. Nussbaumer Th. (2003) - Combustion and Co-combustion of Biomass: Fundamentals, Technologies, and Primary Measures for Emission Reduction. Energy Fuels. 17(6): 1510–1521; [5]. Womac A.R., Igathinathane C., Sokhansanj S., Pordesimo L.O. (2005) - Biomass moisture relations of an agricultural field residue: corn stover, Transactions of the ASAE. 48(6): 2073−2083, American Society of Agricultural Engineers, ISSN 0001−2351; [6]. Singh R.N. (2004) - Equilibrium moisture content of biomass briquettes, Biomass and Bioenergy. 26: 251÷253, Thermochemical Conversion Division. Sardar Patel Renewable Energy Research Institute.

BIBLIOGRAFIE [1]. Danciu A. (2010) - Experimentarea echipamentelor (tocător resturi vegetale şi transportoare) pentru prelucrarea biomasei solide agricole şi forestiere şi a tehnologiei de realizare a peleŃilor şi agripeleŃilor, Raport cercetare, INMA Bucureşti; [2]. Ion I., Ion D. (2006) -. Energie din Biomasă, nr.7 (38), Catedra de Termotehnică şi Maşini Termice, Universitatea „Dunarea de Jos” din Galati. [3]. Koppejan J., van Loo S. et al. (2002) - Manualul de aredere şi cogenerare a biomasei, IEA Bioenergy Task 32: Biomass Combustion and Cofiring. Twente University Press; [4]. Nussbaumer Th. (2003) - Arderea şi co-arderea biomasei: Bazele, Tehnologiile şi măsurile primare de reducere a emisiilor, Energy Fuels. 17(6): 1510–1521; [5]. Womac A.R., Igathinathane C., Sokhansanj S., Pordesimo L.O. (2005) - RelaŃiile de umiditate ale biomasei din rezidurile agricole din câmp: porumb, Transactions of the ASAE. 48(6): 2073−2083, Societatea Americană a Inginerilor Agricoli, ISSN 0001−2351; [6]. Singh R.N. (2004) - Echilibrul conŃinutul de umiditate al brichetelor din biomasă, Biomasă şi Bioenergie. 26: 251÷253, Thermochemical Conversion Division. Institututul de cercetare Energii Regenerabile "Sardar Patel".


35

METHODS AND TECHNIQUES OF DRAWING UP RISK MAPS FOR SURFACE RAIN EROSION PHENOMENON

/ METODĂ ŞI TEHNICĂ DE ÎNTOCMIRE A HĂRłILOR DE RISC PENTRU FENOMENUL DE

EROZIUNE PLUVIALĂ DE SUPRAFAłĂ

Eng. Sfîru R. 1), Mat. Cârdei P. 1), Ph.D. Eng. Muraru V. 1), Eng. Herea V. 2) 1)INMA Bucharest, 2)ICDVV Valea Calugareasca

Tel: 021/269.32.76; Fax: 021/269.32.73; E-mail: [email protected]

Abstract: The article presents an elementary method for obtaining the rain surface erosion risk map applied to wine plantations. The method, in its elementary form, does not require very sophisticated software tools. We have aimed to use as much as possible free tools, even if it involves a suplimentary work from the operator. To determine the rain erosion risk map we used the USLE model for each parcel where the area of interest was meshed (digitezed). The area where the map was made is ICDVV Valea Calugareasca territory. Digitization of geographical area for which has been made the surface rain erosion risk map was performed by using only Google Earth in its free version. The same program was used to measure the length of plots and their average slope. To determine tehse geometrical characteristics, we have used the Google Earth features. Physical characteristics – nongeometrics factors from USLE - were estimated in ICDVV Valea Calugareasca laboratories. Calculation of annual soil loss per hectare for each of 363 plots in which was divided ICDVV Valea Calugareasca territory is simple and can be done with any program. Finally, map’s staining according to intensity of erosion was performed using the same Google Earth software.

Keywords: erosion, mapping, USLE model INTRODUCTION

The map of spatial distribution of surface rain erosion risk areas clearly indicate possible large loss of soil, where are necesary preventive arrangements in order to stop or improve this phenomenon.

These maps achieve precision agriculture issues in reparatory and preventive sense.

This means, that reading the erosion risk maps, you can select those areas where the risk far exceeds the limitations conventionally (standardized, possibly) established and act locally through preventive and remedial measures.

To create this map it was tried an inexpensive method that maximum use free software.

For this purpose, we used to extract data for geometric and color map, Google Earth, as free version, and to calculate the annual soil loss per hectare, any simple computer program, according to formula given by the USLE model, developed by [8].

Obviously, the accuracy of these maps depends on the accuracy of Google Earth map of archives and operators readings, so possible human mistakes. These errors or inaccuracies will improve gradually using GIS software. MATERIAL AND METHOD Stages of construction erosion risk maps and landslides

The main stages of construction of erosion maps for specific geographic areas are: H1) Geographical demarcation of territory (area) for which map is drawn up; H2) Space digitazation (mesh) of the area where the map

Rezumat. Articolul expune o metoda elementara de obtinere a hartii riscului de eroziune pluviala de suprafata, aplicata terenurilor plantatiilor de vita de vie. Metoda in forma elementara nu presupune folosirea unor instrumente software foarte complicate. Am urmarit folosirea, pe cat posibil a unor instrumente gratuite, chiar daca aceasta presupun un efort lucrativ crescut din partea operatorului. Pentru determinarea hartii de risc de eroziune pluviala am folosit modelul USLE pentru fiecare parcela in care zona de interes a fost discretizata. Zona pentru care harta a fost facuta este teritoriul ICDVV Valea Calugareasca. Discretizarea zonei geografice pentru care s-a facut harta riscului de eroziune pluviala de suprafata a fost facuta folosind numai programul Google Earth, in varianta lui gratuita. Acelasi program s-a folosit pentru masurarea lungimii parcelelor si pantei medii a acestora. Pentru a determina aceste caracteristici geometrice, am folosit facilitatile programului Google Earth. Caracteristicile fizice – factorii negeometrici din formula USLE – au fost estimati în laboratoarele ICDVV Valea Calugareasca. Calculul pierderii de sol anuale la hectar pentru fiecare dintre cele 363 parcele in care a fost impartit teritoriul ICDVV este simplu si se poate face in orice program. In final, colorarea hartii dupa intensitatea eroziunii a fost facuta folosind acelasi program Google Earth.

Cuvinte cheie: cartare, eroziune, model USLE INTRODUCERE

Harta distribuŃiei spatiale a riscului de eroziune pluviala de suprafata indică clar zonele cu posibile mari pierderi de sol, în care sunt necesare amenajari preventive, în scopul stopării sau ameliorării acestor fenome.

Aceste hărŃi ating problematica agriculturii de precizie, în sens reparatoriu si preventiv.

Aceasta înseamnă că, citind hărŃile riscului de eroziune, se pot selecta acele zone în care măsura acestui risc depăşeşte limitele stabilite convenŃional (standardizate, eventual) şi se poate interveni local prin măsuri de prevenire şi remediere.

Pentru crearea acestei harti s-a incercat o metoda cat mai ieftina, care sa foloseasca la maximum programele gratuite.

In acest scop, am folosit, pentru extragerea datelor geometrice si pentru colorarea hartii programul Google Earth, varianta gratuita, iar pentru calculul pierderii de sol anuale la hectar, orice program simplu de calcul, conform formulei date de modelul USLE, elaborat după [8].

Evident, precizia acestor harti depinde de precizia hartilor din arhiva Google Earth si de citirile operatorilor, deci de eventuale greseli umane. Aceste erori sau imprecizii se vor ameliora treptat folosind programe GIS. MATERIAL SI METODA Etapele construirii h ărŃilor de risc pentru eroziune şi alunec ări de teren

Principalele etape ale construirii hărŃilor de eroziune pentru zone geografice concrete sunt următoarele: H1) Delimitarea geografică a teritoriului (zonei) pentru care se întocmeşte harta; H2) Discretizarea domeniului spaŃial al zonei pentru care se


36

is drawn in subdomains with constant slope; H3) Measuring the average equivalent length and average slope of each subdomain and spliting the area to be mapped; H4) Filling vectors required to calculate the USLE model for each subdomain (plot) in which is divided the territory to be mapped and characteristics necessary to estimate the slope stability; H5) Calculation of soil losses and stability factor for each subdomain; H6) Establishing the risk ranges and coloring the map divided into subdomains; H7) Statistical study of the distribution of erosion risk and landslides in the area; H8) Extracting the areas of maximum attention on the map in order to locally prevent or remedy. H1) Geographical demarcation of territory

For example, it is considered the actual ICDVV Valea Călugărească territory.

The frontier of ICDVV from Valea Călugărească was traced using a GPS device, out of which the stored data (geographical coordinates of measurement points) were downloaded directly into computer and viewed from the GPS program directly on the Google Earth satellite image.

An image of the mapped territory is in Figure 1.

întocmeşte harta în subdomenii cu panta aproximativ constantă; H3) Măsurarea lungimii medii echivalente şi pantei medii a fiecărui subdomeniu în care s-a împărŃit domeniul care trebuie cartat; H4) Completarea vectorilor necesari pentru calculul pe modelul USLE al fiecărui subdomeniu (parcelă) în care este divizat teritoriul care trebuie cartat şi pentru caracteristicile necesare la estimarea stabilităŃii versantului; H5) Calculul pierderilor de sol şi factorului de stabilitate pe fiecare subdomeniu; H6) Stabilirea intervalelor de risc şi colorarea hărŃii divizate în subdomenii; H7) Studiul statistic al distribuŃiei riscului de eroziune şi alunecărilor de teren în teritoriu; H8) Extragerea zonelor de maximă atenŃie de pe hartă în scopul prevenirii sau remedierii locale. H1) Delimitarea geografic ă a teritoriului

Pentru exemplu, se ia teritoriul actual al ICDVV Valea Călugărească. Frontiera domeniului ICDVV din Valea Călugărească a fost trasată folosind un dispozitiv GPS, din care datele stocate (coordonatele geografice ale punctelor de măsurare) au fost descărcate direct în calculator şi vizualizate din programul GPS direct pe imaginea satelitară programului Google Earth.

O imagine a teritoriului cartat apare în figura 1.

Fig. 1 – Google view of the whole territory under process / Vedere Google a întregului teritoriu supus procesului

Delimitation of the territory for which is intended to

estimate and map erosion risk is also possible in other ways: for example, using maps or records of electronic maps, which allowf the frontier border tracing without displacement through a good knowledge of the field, or using static indicators fixed on the border. H2) Space digitization (mesh) of the area where the map is drawn

Meshing the spatial domain which has to be mapped,

Delimitarea teritoriului pentru care se intenŃionează estimarea şi cartarea riscului de eroziune este posibilă şi pe alte căi: de exemplu, folosind hărŃi sau arhive de hărŃi electronice, care permit trasarea frontierei fără deplasare pe frontieră, prin cunoaşterea foarte bună a domeniului, sau folosind indicatori statici fixaŃi pe frontieră. H2) Discretizarea domeniului spa Ńial al zonei pentru care se întocme şte harta

Discretizarea domeniului spaŃial care trebuie cartat,


37

is an activity driven by the idea of getting portions of constant slope surface, for applying a simple formula. For any field, it is recommended to use the map contours and inclinations. Using only program Google Earth, the contour lines can be viewed using Google Earth Map archive, also free.

It can be also used Google program to estimate the inclination of a slope by measuring distances and performing an elementary calculation.

If case of wine plantations, the problem is a little simpler, in the sense that plots of wines delimit areas with the above mentioned properties.

Moreover, some plots of culture sufficiently smooth can be grouped into larger areas of territory division.

For ICDVV territory, the division achieved can be seen in the Figure 2. It was performed a discretization of the ICDVV territory in 363 flat areas, some of them containing more than one of wine parcels. Each parcel is assigned a serial number, called label. The surface is covered with mesh plots with total area of 415.9 hectares.

This value is lower than the whole ICDVV territory, because it does not include private areas from territory and no drainage basins and areas with parasite vegetation, or with high tilting angle, inappropriate to plantations and unable to be set. H3) Measuring the average equivalent length and average slope of each subdomain

For each division in which the territory is divided, the length and the average slope are determined.

We performed this operation on the map from the Google Earth archive in which we made the mesh.

For the calculation of geometrical characteristics, we have determined the length of the plot as being the length of the line segment, which unifies the crossing points of maximum slope direction with parcel boundary. On the drawn distance on the screen over the plot are determined the altitudes to the ends, calculated the module of the difference, which, then is divided by distance and an approximate value of the average slope is obtained by multiplying by 100. These data are used to calculate the specific plot surface erosion, which is the basic characteristic of the most elementary1 erosion risk map. To estimate the risk of landslides (and for erosion, too) it is possible to determine the average slope2 on small portions, on the maximum tilt direction (approximately found by testing), using Google Earth. The estimation of risk erosion H4) Filling vectors required to calculate on the USL E model

For each division (plot) in which we divided the territory to be mapped, are determined the factors of USLE formula.

We showed how to determine the geometric factors: the length of the plot and its slope.

Using these data, for each field L and S factors of USLE formula are calculated, which depend only on geometry of plot.

For our particular case, we considered P = 0.1 for terraces, P = 0.5 for the wine rows oriented on the approximate direction of the line level and P = 1 in case of wine rows are hill - valley oriented (approximately perpendicular to the line level).

este o activitate condusă de ideea de a obŃine porŃiuni de suprafaŃă de înclinare aproximativ constantă, pentru a aplica o formulă de calcul simplă. Pentru un domeniu oarecare, se recomandă folosirea hărŃii înclinaŃiilor şi a curbelor de nivel. Folosind doar programul Google Earth, izoclinele se pot vizualiza folosind arhiva Google Earth Map, gratuita şi ea.

De asemenea se poate folosi programul Google pentru estimarea pantei unui versant, prin măsurarea distanŃelor şi calcul elementar.

În cazul plantaŃiilor de viŃă de vie, problema este mai simplă, în sensul că parcelele de viŃă de vie delimitează aproximativ zone cu proprietatile sus mentionate.

Mai mult, unele parcele suficient de netede, se pot grupa în domenii mai mari ale diviziunii teritoriului.

Pentru teritoriul ICDVV, diviziunea realizată se poate vedea în figura 2. S-a realizat o discretizare a teritoriului ICDVV în 363 de domenii plane, unele dintre acestea conŃinând mai mult decât o parcelă de viŃă de vie. Fiecărei parcele i se atribuie un număr, numită etichetă. SprafaŃa acoperită de parcelele discretizării are aria totală 415.9 ha.

Această valoare este mai mică decat întregul teritoriu al ICDVV, deoarece nu include domeniile particulare din teritoriu şi nici bazinele de scurgere şi zonele cu vegetaŃie parazită, sau de mare înclinare, improprii plantaŃiilor şi neamenajabile. H3) Măsurarea lungimii medii echivalente şi pantei medii a fiec ărui subdomeniu

Pentru fiecare diviziune în care este împărŃit domeniul, se determină lungimea şi panta medie.

Am executat această operaŃiune pe harta din arhiva Google Earth, în care am realizat şi discretizarea.

Pentru calculul caracteristicilor geometrice, am determinat o lungime a parcelei ca fiind lungimea segmentului de dreapta care uneşte punctele de intersecŃie ale directiei de maxima înclinare cu frontiera parcelei. Pe distanŃa desenată pe ecran pe parcelă se determină altitudinile la capete, se calculează modulul diferenŃei care apoi se împarte la distanŃă şi se obŃine prin înmulŃire cu 100, o valoare aproximativă a pantei medii. Aceste date se folosesc în calculul eroziunii de suprafaŃă specifică parcelei, care este caracteristica de bază a celei mai elementare1 hărŃi a riscului de eroziune. Pentru estimarea riscului alunecărilor de teren (şi eroziune) este posibilă determinarea pantei medii2 pe porŃiuni mici, pe o direcŃie de maximă înclinare (găsită aproximată prin încercări), folosind programul Google Earth. Estimarea riscului de eroziune H4) Completarea vectorilor necesari pentru calculul pe modelul USLE

Pentru fiecare diviziune (parcelă) în care am divizat teritoriul care trebuie cartat, se determină factorii din formula USLE.

Am arătat cum se determină factorii geometrici: lungimea pracelei şi panta acesteia.

Folosind aceste date, se calculează pentru fiecare domeniu factorii L şi S, din formula USLE, care depind numai de geometria parcelei.

Pentru cazul nostru particular, am considerat P = 0.1 pentru terase, P=0,5 pentru rânduri de viŃă de vie orientate pe direcŃia aproximativă a liniilor de nivel şi P = 1 pentru cazul în care rândurile de viŃă de vie sunt orientate deal – vale (aproximativ perpendicular pe liniile de nivel).

1 A better estimate should contain slopes entirely, starting with the top of the hills, taking into account the preferential route of streams on slopes and in addition of the flow characteristics of waters from hills to valleys / O estimare mai realistă ar trebui să conŃină întregii versanŃi, începând cu vârful dealurilor, să Ńină seama de traseul preferenŃial al şiroaielor pe versanŃi şi, în plus de caracteristicile de curgere ale apelor de pe culmi spre văi;' 2 A safer method consists in using a GIS software (eg AutoCAD Civil 3D), able to make profiles on the slopes of hills / O metodă mai sigură este cea care foloseşte un program GIS (de exemplu AutoCAD Civil 3D), capabil să efectueze profile în versanŃii dealurilor


38

The factors as plant covering and tillage management were taken as annual average values, according to [1].

Erodibility was taken K = 0.033, after considerations of [1].

It was considered that its values are the same on all plots.

Erosion rain factor was considered the same for all plots (ICDVV divisions), R = 587, all the value obtained by calculation in [1], too.

The constant factors for all parcels are motivated by the small extent of ICDVV territory and small variations in rainfall regime and in the soil composition, too. H5) Calculation of soil loss on each subdomain

Once established formula USLE factors for each land division one can calculate the annual soil loss per hectare for each division, A

For this calculation, all the factors by category, indicated by each plot number are stored in a data archive of a program.

After calculation, each parcel shall be assigned a number representing the annual soil loss per hectare.

Archive data can transform in .kmz file in Google Earth, useful for information and documentation in public exposure and personal research. H6) Establishing risk ranges and coloring the map divided in subdomains

Once calculated the risk of erosion (A) for each plot, are estimated the minimum and maximum value.

Depending on the objective and vision of author is determined the nature of mesh subintervals for risk interval between its maximum and minimum value.

Colors assigned to each risk period are determined and then each plot is stained with the color corresponding to its erosion risk.

Limits of erosion risk intervals should also include some erosion limit values from speciality literature. We took as a first reference limit 1, 2, 7 and higher limits (corresponding to U.S. standards), 20 and 30 t / ha annually. Map appears in Figure 2.

H7) Statistical study of the distribution of erosion risk in the territory

Using the database thus created, through the erosion risk calculation program can be performed statistical calculations which give summary information on the extent to which the territory is affected by erosion.

First can be performed some statistical calculations on the relief, which may confirm or strengthen the relevance of measurements on aerial photography in Google Earth archive. Average slope of the land is 11.096 %.

The maximum value of slope is 25% (as it was measured only by division parcel) and the minimum value is 0%.

Maximum length equivalent of a parcel is 698 m and the minimum 6 m.

In these conditions the average soil loss per hectare per year is of 4.047 t/ha annually, with the maximum value of 28,517 t/ha / year and respectvely the minimum value of 0.219 t/ha / year.

Weighted average with the surfaces fractions from total divided surface area gives the value of 4.55 t / ha on year. Percentage distribution of weighed erosion with surface fraction of the total area mapped, on reference intervals of erosion, appears in Figure 3. It is noted that only 34,927 out of the area mapped on the risk of erosion has values between 0 and 2 t / ha annually, 67,07% out of surface erosion enter the class between 0 and 5 t / ha annually and 78,073% of the surface record soil loss values less than 7 t / ha annually.

Factorii de acoperire vegetală şi de managementul lucrărilor solului s-au luat ca medii anuale, conform cu [1].

Factorul de erodabilitate a solului s-a luat K=0,033, după consideraŃiile din [1].

S-a considerat că valorile acestuia sunt aceleaşi pe toate parcelele.

Factorul de erozivitate al ploii s-a considerat acelaşi pentru toate parcelele (diviziunile teritoriului ICDVV), R=587, valoare rezultată prin calcul tot în [1].

Factorii constanŃi pentru toate parcelele, se motivează prin aria mică a teritoriului ICDVV şi pe faptul că variaŃii mari pe mici teritorii nu există în regimul precipitaŃiilor şi în compoziŃia solului. H5) Calculul pierderilor de sol pe fiecare subdomen iu

Odată stabiliŃi factorii formulei USLE pentru fiecare diviziune a teritoriului se poate calcula pierderea anuală de sol la hectar pentru fiecare diviziune, A.

Pentru acest calcul, se stochează într-o arhivă de date a unui program toŃi factorii pe categorii, indiciaŃi după numărul de ordine al ficărei parcele.

După calcul, fiecărei parcele i se va atribui şi un număr care reprezintă pierderea de sol anuală la hectar.

Arhiva de date se poate trece şi în fişierul de tip .kmz din Google Earth, util pentru informare şi documentare în expuneri publice şi cercetări individuale. H6) Stabilirea intervalelor de risc şi colorarea h ărŃii divizate în subdomenii

Odată calculat riscul de eroziune (A), pentru fiecare parcelă, se estimează valoarea minimă şi cea maximă.

FuncŃie de obiectivul şi viziunea autorului se stabilesc subintervalele de discretizare a intervalului de risc cuprins între valoarea maximă şi minimă.

Se stabilesc culorile alocate fiecărui interval de risc şi apoi se colorează fiecare parcelă cu culoarea corespunzătoare riscului său de eroziune. Limitele intervalelor de risc de eroziune este bine să includă şi anumite valori limită de eroziune din literatura de specialitate. Noi am luat ca o primă limită de referinŃă 1, 2, 7 şi cele superioare (corespunzătoare standardelor americane), 20 şi 30 t/ha anual. Harta apare în figura 2. H7) Studiul statistic al distribu Ńiei riscului de eroziune în teritoriu

Folosind baza de date astfel creată prin programul de calcul al riscului de eroziune se pot efectua calcule statistice care să dea informaŃii sintetice asupra măsurii în care teritoriul este afectat de eroziune.

Mai întai se pot efectua cateva calcule statistice asupra reliefului, care pot confirma sau întări relevanŃa măsurărilor pe fotografia aeriană din arhiva Google Earth. Panta medie a terenului este de 11.096 %.

Valoarea maxima a pantei este 25 % (asa cum a fost aceasta măsurată numai pe parcelele diviziunii), iar valoarea minima este 0 %.

Lungimea maxima echivalentă a unei parcele este 698 m, iar cea minimă, 6 m.

In aceste condiŃii se obŃine o pierdere medie de sol la hectar, pe an, cu valoarea de 4.047 t/ha anual, valoarea maxima 28.517 t/ha pe an si cea minima 0.219 t/ha/an.

Media ponderată cu fracŃiunile suprafeŃelor din suprafaŃa totala divizată, dă valoarea de 4.55 t/ha pe an. RepartiŃia procentuală a eroziunii ponderată cu fracŃia de suprafaŃă din suprafaŃa totală cartată, pe intervale de eroziune de referinŃă, apare în figura 3. Se observă că numai 34.927 din suprafaŃa cartată cu privire la riscul de eroziune, are valori între 0 şi 2 t/ha anual, 67.07 % din suprafaŃă intră în clasa de eroziune cuprinsă între 0 şi 5 t/ha anual şi 78.073 % din suprafaŃă înregistrează valori ale pierderii de sol sub 7 t/ha anual.


39

Fig. 2 - Erosion risk map on the ICDVV territory / Harta riscului de eroziune pe teritoriul ICDVV

Fig. 3 - The distribution of the plots on the erosion intervals, according to the map from Figure 2 /

RepartiŃia parcelelor pe intervale de eroziune, conform hărŃii din fig. 2

It is also interesting the variable problem correlation with the soil loss per hectare yearly forecast.

The values of the correlation between these variables are: - correlation between annual soil loss per hectare, A

and terrain slope, p is 0.5; - correlation between annual soil loss per hectare, A

and development of the land factor, P is 0.434; - correlation between annual soil loss per hectare, A

and the length of parcels, x has the value 0.35; - correlation between annual soil loss per hectare, A

and the parcel surface, Sp has the value 0.156. These correlation values show that the risk of erosion

is best correlated with the terrain slope, then with the development of the culture mode, then with the length of parcels and less, but significant, with parcels area.

Este interesantă şi corelaŃia variabilelor problemei cu pierderea anuală de sol la hectar prognozată.

Valorile corelaŃiei intre aceste variabile sunt: - corelatia dintre pierderea anuală de sol la hectar, A şi

panta terenului, p are valoarea 0.5; - corelatia dintre pierderea anuală de sol la hectar, A şi

factorul de amenajare a terenului, P are valoarea 0.434; - corelatia dintre pierderea anuală de sol la hectar, A şi

lungimea parcelelor, x are valoarea 0.35; - corelatia dintre pierderea anuală de sol la hectar, A şi

suprafaŃa parcelelor, Sp are valoarea 0.156. Aceste valori ale corelaŃiilor arată că riscul de eroziune

este corelat cel mai bine cu panta terenului, apoi cu modul de amenajare a culturii, apoi cu lungimea parcelelor şi, mai puŃin, dar semnificativ, cu aria parcelelor.


40

Fig. 4 - Variation with the parceles of the report between current values and the maximum annual soil loss value per ha,

A (above) and slope parcel, p / VariaŃia cu parcelele a raportului dintre valorile curente şi valoarea maximă pierderii de sol anuale la ha, A (sus) şi pantei parcelei, p

The graphics in Figure 4 shows that, if the land mellorations (crops are terraced or they are situated on the approximate direction of the line level, then the correlation between the risk of erosion and slope decreases, ie, for example, tops of the two graphs do not coincide). H8) Extracting the areas of maximum attention on the map in order to locally prevent or remedy

Using the erosion risk map, superposed on aerial photography (ie viewing also benchmarks in the territory), the beneficiary can clearly identify areas where he must intervene, their extent and can estimate the intensity of intervention required. RESULTS

The results of the paper consist in the method to mapping and the soil erosion risk mapps.

The verification sources used are experimental, obtained in the second stage of the project, [1], and other sources, containing data from relatively early age compared with that in developing the project.

In [7], are given data on the average soil erosion for years 1952 -1955 in Valea Calugareasca wine region are given. We reproduce them in Table 1, the authors taking over them after data obtained by Motoc in 1956.

Graficele din figura 4 arată că, dacă amenajările teritoriului există (culturile sunt tersate sau pe direcŃia aproximativă a liniilor de nivel, atunci corelaŃia dintre valorile riscului de eroziune şi valorile pantei, scade, adică, de exemplu, vârfurile celor două grafice nu coincid).

H8) Extragerea zonelor de maxim ă aten Ńie de pe hart ă în scopul prevenirii sau remedierii locale

Folosind harta riscului de eroziune, suprapusă peste fotografia aeriană (deci vizualizându-se şi obiectivele de referinŃă în teritoriu), beneficiarul poate identifica clar zonele în care trebuie să intervină, întinderea lor şi poate estima intensitatea intervenŃiei necesare.

REZULTATE

Rezultatele lucrării constau în metoda de construcŃie a hărŃilor şi în hărŃile riscului de eroziune.

Sursele de verificare folosite sunt cele experimentale, obŃinute în etapele a doua a proiectului, [1], precum si alte surse, care conŃin date din epoci destul de timpurii în raport cu cea la care dezvoltăm proiectul.

În [7], se dau date medii asupra eroziunii solurilor pe anii 1952 -1955, în zona viticolă Valea Călugărească. Le reproducem în tabelul 1, autorii preluându-le după date obŃinute de MoŃoc în 1956.

Table 1 / Tabel 1

Quantitative data on land erosion of Valea Calugare asca vineyard area, the years 1952 - 1955, on land with 25% slopes and resort Murfatlar with slopes of 7% / Date cantitative asupra eroziunii terenurilor vitic ole din zona Valea C ălug ăreasca, anii 1952

– 1955, pe terenuri cu panta 25 % şi statiunea Murfatlar, pante de 7 %

Soil loss by erosion in tons / ha in period / Pierderi de sol prin eroziune în t/ha, in perioada Crop / Cultura Decembrie -Aprilie /

December - April Aprilie – Mai /

April - May Iunie –Septembrie / June -September

Septembrie – Decembrie / September - December

Total / Total

Vineyard (without anti-erosion works) -

Calugareasca Valley, slopes of 25% /

Vie (fară lucrări de combatere a eroziunii) – Valea Călugărească,

pante de 25 %

0.00 96.0 76.00 0.90 172.90

Vineyard (without anti-erosion works) - Murfatlar

slopes of 10% / Vie (fară lucrări de

combatere a eroziunii)- Murfatlar, pante de 10 %

0.00 6.00 38.00 0.00 44.00

Source [4], predicts an annual average loss per hectare, for Valea Calugareasca area, with value between 1 and 2 t / ha. The predictions obtained on the erosion

Sursa [4], prognozează o pierdere medie anuală la hectar, pentru zona Valea Călugărească, cu valoarea cuprinsă între 1 şi 2 t/ha. PredicŃiile obŃinute pe harta


41

map from Figure 11 are according to predictions obtained in [2] (1546 to 4826 t / ha annually).

The experimental findings given in [6], also frame within forecasting map of Figure 2. It is estimated in [6], p. 32, Table 18, that ground losses on a wine plantation, located on a slope whose gradient is of 15%, are 70 t / ha per year, if the plantation is located in rows on hill - downhill direction, 5.2 t/ha annually if the wine rows are directed to the direction of level lines, 1.45 t/ha annually, if planting is located on terraces 9 m wide and 3.4 t/ha annually, if plantation of wine has grass stripes between rows or groups of rows.

Not specified the location where has been determined or the locations that these values are averaged. CONLUSIONS

Considering the very good classification of results obtained - the rain erosion risk on surface - expressed through the annual soil loss per hectare, it can be appreciated that the method is sufficiently accurate.

Method is low cost, it does not use software licensed directly. To apply the method it is necessary only a computer, Internet access network and a software that can find all free network. Moreover, the calculation with USLE formula can be performed on the Internet, where there are online calculators to perform this calculation. Results and data are expressed here in imperial units. Map colouring is done by using the same program Google Earth.

The only real necessary cost is labor: for mesh (in this particular case) are required approximately 30 hours, to approximately measuring the slope and generalized length of parcels, about 100 hours. Processing data, including statistical data processing took another 16 to 24 hours. Colouring map may take 12 to 48 hours and the material accompanying - 24 to 36 hours. Financial effort reaches around € 800÷1200 $.

The map highlights the locations liable to intense erosion, but, for the maps in electronic archives, irrespective of origins, they are not able to reproduce small accidents of earth, map directions should be visually and on the spot checked.

If one uses GIS software for supplementary processing of the image and geometric data extraction, then precision of results increases, but their cost is getting higher. Such maps can be made for agricultural fields or other land types, with some appropriate changes of the method. REFERENCES [1]. Cârdei P. and others (2008) – Prognosis of agricultural soil losing by erosion and soil sliding in order to obtain the elaboration of reparation or /and preventing solutions, Stage II - MEthod Elaboration, Research Report 2, december; [2]. Cârdei P. and others (2009) - Prognosis of agricultural soil losing by erosion and soil sliding in order to obtain the elaboration of reparation or /and preventing solutions, Stage IV - Methods and techniques for soil erosion simulation, Research Report, december; [3]. European Spatial Planning Observation Network (ESPON), Jan 2005; http://www.preventionweb.net/english/professional/maps/v.php?id=3829 [4]. JRC, European Comission, Land Management & Natural Hazards Unit,http://eusoils.jrc.ec.europa.eu/ESDB_Archive/ pesera/pesera_data.html, 2010; [5]. Martel Stephen (2002) - GG454, March 18, University of Hawaii, p. 27-1-27-5; [6]. Mihai Gh., Ionescu V. (1968) – Guidelines for soil erosion control, Agricultural and Forestry Printing House;

eroziunii din figura 11, sunt în acord şi cu predicŃiile obŃinute în [2] (1.546 – 4.826 t/ha anual).

Constatările experimentale redate în [6], incadrează de asemenea prognoza hărŃii din figura 2. Se apreciază în [6], pag. 32, tabelul 18, că pierderile de sol pe o plantaŃie de viŃă de vie, situată pe pantă de înclinare 15 %, sunt de 70 t/ha pe an, dacă plantaŃia este amplasată cu răndurile pe direcŃia deal – vale, 5.2 t/ha anual dacă randurile de viŃă se dirijează pe direcŃia aproximativă a liniilor de nivel, 1.45 t/ha anual, dacă planataŃia este amplasată pe terase de 9 m lăŃime şi 3.4 t/ha anual, daca plantaŃia de viŃă de vie prezintă benzi înierbate între randuri sau grupuri de rânduri.

Nu se precizează locaŃia în care au fost determinate sau locaŃiile pe care aceste valori reprezintă o valoare medie. CONCLUZII

Tinand seama de incadrarea foarte buna a rezultatului obtinut – riscul de eroziune pluviala de suprafata – exprimat prin pierderea anuala de sol la hectar, se poate aprecia ca metoda este suficient de precisa.

Costul metodei este scăzut, aceasta nu întrebuinŃeaza programe cu licenta in mod direct. Pentru a aplica metoda este necesar numai un calculator, accesul la reteaua de internet, si un program de calcul, care se poate gasi pe retea tot gratuit. Mai mult, calculul cu formula USLE se poate face tot pe reteaua internet, unde se gasesc calculatoare ce efectueaza acest calcul online. Rezultatele şi datele se exprima în acest caz in unitati imperiale. Colorarea hartii se face folosind acelaşi program Google Earth.

Singurele costuri reale necesare sunt forta de munca: pentru discretizare (in acest caz concret) fiind necesare aproximativ 30 ore, pentru masurarea aproximativa a pantei si a lungimii generalizate a parcelelor, aproximativ 100 ore de lucru. Prelucrarea datelor, inclusiv cele statistice a durat inca 16÷24 ore. Colorarea hartii poate dura 12÷48 ore, iar redactarea materialului insotitor in 24÷36 ore. Efortul financiar poate ajunge in jurul sumei de 800÷1200 $.

Harta pune in evidenta bine locatiile pasibile de eroziune intensa, dar, pentru ca hartile din arhivele electronice, orice provenienta avand acestea, nu sunt capabile sa redea accidentele de mici dimensiuni ale scoartei terestre, indicatiile hartii trebuie verificate vizual si in teren.

Daca se folosesc programe GIS pentru prelucrarea suplimentara a imaginii si extragerea datelor geometrice, atunci precizia rezultatelor creste, dar si costul obtinerii lor va fi mai ridicat. Astfel de harti se pot face si pentru terenuri agricole sau de alta folosinŃă, cu unele modificări corespunzătoare în metodă. BIBLIOGRAFIE [1]. Cârdei P. şi alŃii (2008) - Prognoza pierderilor de sol de uz agricol prin eroziune şi alunecări de teren, în scopul elaborării unor soluŃii de prevenire sau/şi remediere, Etapa II - Elaborare metoda, Raport de cercetare, decembrie; [2]. Cârdei P. & colab. (2009) - Prognoza pierderilor de sol de uz agricol prin eroziune şi alunecări de teren, în scopul elaborării unor soluŃii de prevenire sau/şi remediere, Etapa IV - Metode şi tehnici de simulare a eroziunii solului, Raport cercetare, decembrie; [3]. European Spatial Planning Observation Network (ESPON), Jan 2005; http://www.preventionweb.net/english/professional/maps/v.php?id=3829 [4]. JRC, European Comission, Land Management & Natural Hazards Unit, http://eusoils.jrc.ec.europa.eu/ESDB_Archive/ pesera/pesera_data.html, 2010; [5]. Martel Stephen (2002) - GG454, March 18, University of Hawaii, p. 27-1-27-5; [6]. Mihai Gh., Ionescu V. (1968) - Ghid pentru combaterea eroziunii solului, Editura Agro-Silvică;


42

[7]. MoŃoc M., Traşculescu Fl. (1959) – Soil erosion on agricultural lend and fight them, Ministry of Agriculture and Forestry, Agricultural and Forestry Printing House; [8]. Wischmeier W.H., Smith D.D. (1978) - Predicting rainfall erosion losses. A guide to conservation planning, Agriculture Handbook, No. 537, USDA-SEA, US. Govt. Printing Office, Washington, DC. 58 pp.

[7]. MoŃoc M., Traşculescu Fl. (1959) - Eroziunea solului pe terenurile agricole şi combaterea ei, Ministerul Agriculturii şi Silviculturii, Editura Agro-Silvică de Stat; [8]. Wischmeier W.H., Smith D.D. (1978) - Predicting rainfall erosion losses. A guide to conservation planning, Agriculture Handbook, No. 537, USDA-SEA, US. Govt. Printing Office, Washington, DC. 58 pp.


43

INCREASING LOAD CAPACITY OF CYLINDRICAL GEARS BY OP TIMIZING THEIR GEOMETRIC PARAMETERS

/ ПОВИШАВАНЕ НА ТОВАРОНОСИМОСТТА НА ЦИЛИНДРИЧНИ ЗЪБНИ ПРЕДАВКИ ЧРЕЗ

ОПТИМИЗИРАНЕ НА ГЕОМЕТРИЧНИТЕ ИМ ПАРАМЕТРИ

Assoc. Prof. Ph.D. MEng. Angelova Emiliya 1), Ph.D. MEng. Ronkova Viarka 1), Prof. Ph.D. MEng Nenov Peter 1) 1)Angel Kanchev University of Ruse

Abstract : The scope and structure of the elaborated by the authors’ software for design of gears, used in machinery building, allowing optimization of meshing engagement according to the maximal load capacity criterion for selected materials, heat treatment and working conditions has been considered. Optimization has been carried out in three directions: by varying the value of the module m, the aggregate total number of teeth zΣ and unit correction x1 (x2). In order to be generally appreciated the contribution of the optimization m - zΣ (z1, z2) - x, a computer research has been especially implemented. The analysis has been implemented basing upon typical samples of serially produced for general purpose reducers’ families. A quantitative assessment of the effect of optimization has been made. It has been proven that the optimization is effective for gear trains with different overall dimensions and different gear ratios. The application of the created specialized software made possible to increase the load capacity of gear trains from 15% to 36% depending from the value of the gear ratio.

Keywords : cylindrical gears, load capacity, optimization

Резюме: Разгледан е обхвата и структурата на авторски софтуер за проектиране на зъбни предавки, използван в машиностроенето, позволяващ оптимизиране на зацепването по критерия максимална товароносимост, при избрани материали, термообработка и условия на работа. Оптимизирането е извършено в три основни направления: чрез вариране със стойността на модула m ,на сумарния брой зъби zΣ и коефициента на изместване на изходния контур x1(x2). С цел да бъде принципно оценен приносът на трипосочната оптимизация m – zΣ (z1,z2) – x е проведено специално компютърно изследване. Анализът е направен на основата на характерни извадки от серийно произвеждани фамилии редуктори с общо предназначение. Направена е количествена оценка на ефекта от оптимизирането .Доказано е, че оптимизацията е ефикасна за всички габарити и предавателни числа. Приложението на създадения специализиран софтуер позволи да се повиши товароносимостта на зъбните предавки от 15 до 36% в зависимост от стойността на предавателното число. Ключови думи: цилиндрични зъбни предавки, товароносимост,оптимизация

INTRODUCTION An important issue of the construction of gears and

gearboxes is the correct assessment of their carrying capacity by given operating conditions, geometric parameters, material and heat treatment of gears. With increasing the requirements for the products this issue becomes especially important. It is particularly striking forthe development of large series of any size, but also forestablishing single large-size models because of the high cost of machinery and equipment for heavy industry and the serious consequences of their preliminary loss of operating capacity.

The experience gained in design, construction and operation of gears lead to significant improvement of methodologies for calculating their strength [1], [2], [3]. At the same time the new methods are more difficult to be used. A better solution is to develop a full version of the programming methodology, beginning with its modification and aiming to provide not only reasonably accurate assessment of the strength of the gear, but also opportunities for its optimization in different directions and criteria, and solving design-optimization problems.

Different algorithms and program systems for the calculation of gear trains are already familiar in the literature sources [5].Elements of optimization for finding different geometrical parameters are applied in the majority of those products. For the CAD system Inventor – Part Gear Trains, the teeth number z1 and z2 isdetermined in such a way, that the operating pressure angle αtw

should be close to 20°. The values of x1 and x2 are calculated considering the recommendation: x1/ x2 = z2/ z1.

The experience of the authors’ team is that the greatest power concerning the criterion bending strength, the greatest power concerning the criterion contact strength and the lowest sliding velocity along the working profile are ensured for different values of х [5]. This shows that the familiar mathematical

ВЪВЕДЕНИЕ Съществен момент при конструирането на зъбни предавки

и редуктори е правилната оценка на тяхната товароносимостпри зададени условия на работа геометрични параметри, материали и термообработка на зъбните колела. С повишаванена изискванията към изделията този въпрос придобива първостепенна важност. Той става особено актуален при разработване на големи серии от всякакъв типоразмер, а също и при създаване на единични голямогабаритни образци,поради високата стойност на машините и съоръженията за тежката промишленост и сериозните последствия оттяхната преждевременна загуба на работоспособност.

Натрупаният опит в областта на проектирането, изработванетои експлоатацията на зъбните предавки доведе до значителноусъвършенстване на методиките за якостното им изчисляване[1], [2], [3]. В същото време новите методики са и по-трудни за използване. Добро решение на проблема е разработването на програмен вариант на пълната методика, започващ с нейнотомодифициране, така че да се осигурява не само достатъчноточна оценка на якостта на предавката, но и възможности за нейното оптимизиране по различни критерии и направления, както и за решаване на проектно-оптимизационни задачи.

Познати са различни алгоритми и програмни системи за изчисляване на зъбни предавки [5]. В голяма част от тях са заложени елементи на оптимизация при намиране на различни геометрични параметри. В CAD системата Inventor – част Зъбни предавки броят на зъбите z1 и z2 се определя така, че ъгълът на зацепване αtw да бъде максимално близък до 20°. Стойностите на x1 и x2 се изчисляват на база препоръката: x1/ x2 = z2/ z1.

Опитът ни е показал че най-голямата мощност по критерияякост на огъване, най - голямата мощност по критерия контактна якост и най - малката скорост на плъзгане по работния профил се осигуряват при различни стойности на х [5]. Тава показва, че при проектиране на зъбни предавки


44

methods and models for optimization are not applicable for the design of gear trains. They suggest to the designer only one solution. For the optimization considering different criteria simultaneously, several solutions are suggested. Those solutions differ from each other very often. This circumstance makes the designer look for other solutions which are not enough justified and usually have low quality, but those solutions reflect his or hers point of view.

The aim of the authors is to share their experiences to increase the load capacity of cylindrical involutes gearseven in early stages of design, using software developed by the authors’ team. METHODOLOGY

The basis of the study is computer experiments conducted with authors’ programming system GEAR [2].The results obtained can be considered totally reliable, since CAD-system is developed in close relevance with the needs of actual production and it can still be successfully used in engineering practice.

The load capacity of the gear train can be assessed by the maximum torque T, which can be transmitted, or the maximum allowable power P (for a given rotational speed). The analysis of different case studies, such as multi-geartrains, shows that the issues are much clearer when the load is expressed by the maximum power that the individual stage could transmit. This option is preferable to the option to limit the torques due to the difference in rotational speed values, which significantly change the values of the torques. The allowable power P (kW), which can the gear teeth paircan transmit according to the criteria "contact strength” (PH) and „bending strength” (PF) is to be calculated through the following expression:

известните математически методи и модели за оптимизиранеса практически неизползваеми. Те предлагат на конструкторасамо едно решение. При оптимизиране по различни критериисе предлагат няколко решения, но често пъти силно различаващи се едно от друго. Това е в състояние да обезсърчи конструктора и да го подтикне към търсене на собствени ,недостатъчно обосновани и нискокачествени, но „по- сигурни” от негова гледна точка решения.

Целта на авторите е да споделят опита си за повишаване на товароносимостта на еволвентни цилиндрични зъбни предавки още на ниво проектиране, чрез използване на разработен от тях софтуер. МЕТОДОЛОГИЯ

В основата на изследването стоят компютърни експерименти, проведени с авторската програмна система GEAR [4].Получените резултати могат да се считат за напълно достоверни, тъй като CAD-системата е развивана в тясна връзка с нуждите на реалното производство и продължава успешно да се използва в конструкторската практика.

Товароносимостта на предавката може да бъде оцененачрез максималния въртящ момент Т, който може да бъдепредаван или чрез максималната допустима мощност Р (призададената честота на въртене). Анализът на различни случаи от практиката, например при многостъпални редуктори, показва че проблемите са доста по-ясни, когато товароносимосттасе изразява чрез максималната мощност, която отделните стъпала могат да предават. Този вариант е за предпочитане пред варианта с допустимите въртящи моменти, които порадиразликата в честотите на въртене се различават съществено един от друг. Допустимата мощност Р (kW), която зъбната предавка може да предава по критериите „контактна якост” (РН) и „якост от огъване” (РF) се изчислява по израза:

Р = min (PH1, PH2, PF1, PF2) (1) The items in parenthesis are derived through the

modified basic formulas included in the adopted basic standards for strength calculations.

Figure 1 shows a generalized block diagram of thesoftware system GEAR. Five types of tasks are defined. The first one has a purely verification feature. The first taskincludes a full verification of the given geometrical parameters of the gear train considering all criteria, which specify the quality of meshing (interference, overlapping ratio, undercutting, etc.). Then, the coefficients of the loadcapacity and the allowable stress are determined (Block A).

The characteristic feature of the second task is that it provides for a fixed value of the centre distance aw the optimization of parameters through modifying the parameterx1 within the full possible range. This is achieved by arranging an additional cycle within the range of x1init to x1fin.

Within this cycle, for each new value of х1, the calculations from Block A are carried out. The accumulated array of data can be presented in a graphical form though curves, relevant to the function:

Елементите в скобите се получават по преобразуванитеосновни формули, включени в приетия базов стандарт за якостни изчисления.

На фиг. 1 е показана обобщена Блок-схема на програмна система GEAR. Дефинирани са пет вида задачи. Първата от тях има чисто проверочен характер. Тя се свежда до пълна проверка на зададените геометрични параметри на предавката по всички критерии, характеризиращи качеството на зацепване. Следва определяне на коефициентите на товароносимост и на допустимите напрежения ( блок А).

Характерна особеност на втората задача е че осигурява, при фиксирана стойност на междуосовото разстояние aw, оптимизиране на параметрите на предавката чрез изменение на х1 в рамките на съответния му интервал. Това се постига чрез организиране на допълнителен цикъл в границите от х1нач до х1кр. В хода на този цикъл за всяка нова стойност на х1 се повтарят изчисленията от блок А. Натрупаният масив от данни може да се представи в графичен вид, изразяващ функцията:

PH1,2, PF1,2, = f(х1) (2) The analysis of these diagrams shows that even small

changes of initial parameters - hardness of teeth, хΣ, necessary durability, rotational speed, etc, can lead to significant changes of the positions of those curves [5]. Therefore, any recommendations in the literature sourcesconcerning the distribution of хΣ between the pinion and the gear are relative and have a limited field of application.

The third task involves the optimization of parameters through changing also the total number of teeth within the range of allowable tolerance of the ratio u: (in our examples ± 4%). The value of the module m is not to be changed. Thus, the range of possible solutions expands by finding additional new values хΣ with following optimization of x1.

When designing without computer programs the solution

Анализът на подобни диаграми показва, че в някои случаидори и малки изменения на началните параметри – сумаренкоефициент на изместване, модул, твърдост на зъбите, необходиматрайност, скорост на въртене и др. могат да доведат до значителниразмествания на кривите една спрямо друга [5]. Следователновсякакви препоръки в литературата за разпределяне на хΣ междудвете колела, имат условен характер и ограничена сферана приложение.

Третата задача включва оптимизиране на параметрите чрезвариране и със сумарния брой зъби в диапазона на допустимотоотклонение на предавателното число u, в нашите примери ±4%, при запазване стойността на модула m. По този начин серазширява областта на възможните решения чрез намиране на новидопълнителни стойности на хΣ със следваща оптимизация по х1.


45

is usually found out based upon the requirement for minimal deviation from the desired gear ratio. However, those gear trains are not characterized with the maximum load capacity.The composition of block B is shown in the second column.

In the framework of the fourth task, the optimization is extended through changing of the module m within the interval mmin÷mmax. The overall structure of the block C being a part of the cycle K can be seen from column 3, column 2 (Block B) and column 1 (Block A).

The fifth task is essentially analogous to the fourth task, but the variation of the module is done in the program defined limits mmin = 0,010*aw to mmax = 0,025*aw.

The correct choice of m has a significant influence on the mass and the load capacity of the gear train. It was found that choosing the optimal module can significantly reduce the required centre distance. Based upon the criterion for bending strength, a third degree equation concerning the module could be derived. The rest of the elements of the equation are related to the mechanical properties of materials. Determining the value of the module in such a way simplifies the task, but reduces the accuracy of the decision.

При проектиране без компютърни програми обикновено сетърси решение с минимално отклонение от зададенотопредавателно число. В повечето случаи, обаче, предавката с I ∆u I min не е с максимална товароносимост. Съставът на блок Б е показан във втората колона.

При четвъртата задача оптимизирането е разширено чрезпоследователно присвояване на m на всички стандартни стойностина модула от зададения интервал mmin÷mmax. Цялостнатаструктура на включения в цикъла по К блок В може да се види от колона 3, колона 2 (блок Б) и колона 1 (блок А).

Петата задача по същество е аналогична на четвъртата, но варирането с модула се извършва в програмно определените граници mmin ≈ 0,010*aw и mmax ≈ 0,025* aw.

Правилният избор на m оказва съществено влияниевърху товароносимостта и масата на предавката. Установеное, че избирането на оптимален модул може да намали значително необходимото междуосово разстояние. По принцип от условието за якост на огъване би могло да се стигне до уравнение от трета степен по отношение на модула. Останалите елементи на уравнението са свързани с механичните характеристики на материалите. Оказва се, обаче че, при оптимизирането „по m” опростяването на задачата по този начин намалява точността на решението.

Fig. 1 - Block - diagram of a software system GEAR Фиг. 1 - Блок – схема на програмна система GEAR

Very important issue for the determining of the load

capacity according to the bending strength criterion PF1,2, is the precise defining of the value of the form factor of the

От съществено значение за точното определяне натовароносимостта по критерия якост на огъване PF1,2, е коректнотоопределяне на коефициента на формата на зъбите и


46

teeth and the stress concentration of YFS which depends on the rate of displacement x and the teeth number z. Usually, it is assumed that the increase of the module increases the bending strength of the teeth, as it leads to thickening of their base. In fact, the increase of m is carried out while preserving the value of the pitch diameter. That means that the number of teeth will be reduced and the teeth will be narrower at their root. Therefore, the increase of m is not in all cases accompanied by an increase of the load capacity of gear train (see Figure 2), especially for great gear ratios. This imposes the variation of the parameter m. RESULTS

In order to be appreciated precisely the contribution of three stages optimization m - zΣ (z1, z2) - x, a special computer research was conducted with the programming system GEAR. The analysis was based upon typical samples of serially produced reducers’ families designed forgeneral purposes.

Figure 2 shows the final results obtained for gear trainswith the following parameters: centre distance aw = 250 mm; helix angle β = 16°; gear ratio u = 3,55 ± 4%; face width bw

= 67 mm; rotational speed of the input shaft n = 1000 min-1; materials – case hardened alloy steel, hardness HRC = 58.

концентрацията на напреженията YFS, който зависи откоефициента на изместване х и от броя на зъбите z. Вконструкторската практика е прието да се смята, че увеличаването на модула увеличава якостта на зъбите от огъване, тъй като води до удебеляване на основата им. В действителност най-често увеличаването на m се извършва при запазване стойността на делителния диаметър, което означава, че броят на зъбите ще се намали и те ще се стеснят в основата си. Ето защо увеличаването на m не във всички случаи е съпроводено с повишаване на товароносимостта на предавката (вж. фиг. 2), особено при големи предавателни числа. Това прави необходимо и варирането с параметъра m. РЕЗУЛТАТИ

С цел да бъде принципно оценен приносът на трипосочната оптимизация m – zΣ (z1, z2) – x, бе проведено специално компютърно изследване с програмнасистема GEAR. Анализът е направен на основата на характерни извадки от серийно произвеждани фамилии редуктори с общо предназначение.

На фиг. 2 са показани крайните резултати получени за предавки със следните параметри: междуосово разстояниеaw = 250 mm; ъгъл на наклон на зъбите β = 16°; предавателночисло u = 3,55 ± 4 %; широчина на зъбния венец bw = 67 mm; честота на въртене на входящия вал n = 1000 min-1; материали –цементована стомана, закалени до твърдост HRC = 58.

variation in module variation in the number of teeth variation in the unit correction x1

Fig. 2 - Optimization of cylindrical gear trains according the criterion maximum load capacity – process stages / Оптимизиране на цилиндрични зъбни предавки по критерия максимална товароносимост - етапи на процеса

Altogether 915 gear trains have been analyzed which have

been obtained by different modules, different number of gear teeth and coefficients of displacement of the original contour.

The optimization procedure included three stages: optimization concerning the module m (changing m in the range mmin = 0,01*aw÷mmax = 0,025*aw from the standard row); optimization according to the number of teeth z (with variation of zΣ and the gear ratio z2/z1); optimize the rate of displacement of the original contour x (consecutive changing of x1 within the range of a given хΣ in terms of fulfilled requirements for the quality of the meshing engagement). The optimal solution applying the software was obtained by module m = 5,5 mm, ∆u = - 2% and x1 = 0.9. The indicated values of the power Р were

Анализирани са 915 предавки, получени при различнимодули, брой зъби на зъбните колела и коефициенти на изместване на изходния контур.

В пълния си вид оптимизирането преминава през три етапа: оптимизиране по модула m (с изменение на m в диапазона mmin =0,01*aw ÷ mmax = 0,025*aw от стандартнияред); оптимизиране по броя на зъбите z (с вариране на zΣ и отношението z2/z1); оптимизиране по коефициента на изместване на изходния контур х (с последователно изменение на х1 в рамките на дадено хΣ при изпълнени условия за качеството на зацепване). Оптималното решение е получено при модул m = 5,5 mm, ∆u = - 2% и х1 = 0,9. Посочените значения на мощността Р са


47

relative considering the greatest achieved value. As a base for comparison for each stage of the

optimization process, implemented without CAD system, the most possible solution was assumed to be the achieved average level (average integral) of the main indicator – the load capacity. It is visualized through the allowable power Рavm, Рavz, Рavх. Consequently, the designer would look for better solutions with module m = 3,5 mm or 4 mm. Those two gear trains are shown with all their possible combinations of gear ratios within the margin of allowable error ± 4%. It is to be seen that the gear trains with I∆uImin

not possess maximal load capacity. For the engineering practice, however, more often it is assumed that the best gear train is that one with the minimal deviation from the gear ratio. Therefore, the variants 4÷5 (m = 4 mm) and thevariants 5÷6 (m = 3,5 mm) were further optimized according to the parameter x1.

The effect of the three stages optimization is shown on Figure 2. For the accepted average possibility of achievement, the designer, working without software, in best case reaches 66% of the optimal solution.

относителни спрямо постигнатата най-висока стойност. Като база за сравнение на всеки етап от

оптимизационния процес, провеждан без CAD система, за най-вероятно е прието достигането на средно равнище (средно интегрално) на основния показател –товароносимостта, изразявана чрез допустимата мощност Рсрm, Рсрz, Рсрх. Следователно, конструкторът би търсил добри решения с модул m = 3,5 mm или 4. Тези две предавки са показани с всичките им възможни комбинации от предавателни числа в рамките на допустимата грешка ± 4 %. Вижда се, че предавките с I∆uImin не са с максимална товароносимост. В конструкторската практика обаче много по-често се приема, че най-добра е предавката с минимално отклонение от предавателното число. Ето защо вариантите 4÷5 (при m = 4 mm) и 5÷6 (при m = 3,5 mm) са допълнително оптимизирани по х1.

Ефектът от 3-посочната оптимизация е се вижда добре от фиг.2 При приета средноинтегрална вероятност надостижение, конструкторът, работещ без софтуер, в най-добрия случай ще достигне 66 % от оптималното решение.

Pavx

Pavz

Pavz

Pavm

Pavm

P

Pcpx

PKopt ..

maxmax == (3)

=Kopt Koptm.Koptz.Koptx,

where: Kopt is a optimization factor, which compares the most

successful solution (Pmax) with the most unfortunate possible (Pavx) solution;

Koptm, Koptz, Kopts - partial optimization factors. Our experience has shown that not always the effect of

optimization is so great. Sometimes, aiming to ensure smalloverall dimensions of the gear trains materials from the group of case hardened alloy steel are selected. The considerations for the unification often impose that the pinion and the gear wheel of each reducer’s stage are to beproduced by one and the same material. Therefore, the hardness of all operating surfaces is high and their contact strength is great. The bending strength is limited. In this case, a good and experienced designer would probably look for a solution also with higher modules (in that case, Figure 2, m> 4mm).

For manual calculation often the value of x1 (x2) is determined by popular practice recommendations for the distribution of хΣ between the two gears. From a formal point of view, this approach is justified, but the lack of any idea forthe values of the parameters of the gear train close to thearea of x1opt is undesirable. A gear train can be chosen which advantage according to the adopted optimization criterion is negligible, while "its retreat" according to the other indicators is very high compared to other areas of the permissible range of variation of x1.

On Figure 2, in columns G and I the values of power P are shown for x1, which are calculated based upon therecommendations of GOST 16532-70 and those set up in the system INVENTOR. It is clear that the results are very close, but they are not optimal in terms of loading capacity. This proves once again that the approach adopted by the authors to find the optimal value of x1 in the whole area of the possible solutions is very important.

The analysis of specific gear train was extended and applied to other gear trains with other characteristic center distances and gear ratios. On Figure 3, can be seen that the optimization is effective for all overall dimensions. With the reduction of the gear ratio this effect is enhanced and byu = 2,24, kopt ≈1,36. By increasing the value of the ratio u, the number of combinations with different teeth number Z is reduced. This explains also the lower values of kopts.

където: Копт е коефициент на оптимизация, който съпоставя

най-сполучливото решение (Рmax) с най-несполучливото възможно (Рсрх);

Коптm, Коптz, Коптх – частните оптимизационни коефициенти. Опитът ни е показал, че не винаги ефектът от оптимизацията

е толкова голям. Много често от съображения за осигуряванена малки габаритни размери на зъбните предавки се избират материали от групата на цементираните стомани. Съображенията за унификация на разработваните конструкции и на производствените технологии много често налагат от този материал да се изработват и малките и големите зъбни колела на всички стъпала. Следователно твърдостта на всички работни повърхнини е висока, а контактната им якостголяма. Лимитираща е якостта на огъване. В този случай един добър и опитен конструктор вероятно би търсил решение и при по-високи модули (в случая на фиг. 2 m > 4mm).

При ръчно пресмятане много често стойността на х1 (х2) сеопределя чрез придържане към популярни в практиката препоръкиза разпределяне на хΣ между двете зъбни колела. От формалнагледна точка този подход е оправдан, но въпреки това липсатана каквато и да е представа за стойностите на параметритена предавката в най-близката околност на х1опт е нежелателно. Може на преден план да се изведе предавка, чието предимствопо приетия критерий на оптимизация е незначително, а в същото време ”отстъплението й” по останалите показатели да е много голямо в сравнение с това от други участъци от допустимия интервал на вариране с коефициента х1.

На фиг. 2 в колоните G и I са показани стойностите на мощносттаР, при х1 изчислени на база препоръки по ГОСТ 16532-70 и тези заложени в програмна система INVENTOR. Вижда се, че получените резултати са много близки, но не са оптимални по отношение на товароносимостта. Това още веднъж доказва приетия от авторите подход за търсене на оптимална стойност на х1 в цялата област на възможни решения.

Направеният анализ на конкретна зъбна предавка е разширени върху предавки с други характерни медуосови разстояния и предавателни числа. От фиг. 3 се вижда, че оптимизацията еефикасна за всички габарити. С намаляване на предавателноточисло на предавката този ефект се засилва и при u = 2,24 Копт ≈ 1,36.С увеличаване на стойността на предавателното число u, се намалява и броя на комбинациите, които могат да се правят при вариране с броя на зъбите Z. С това се обясняват и по-ниските стойности на Копт.


48

Fig. 3 - Increase of load capacity of gear trains produced from case hardened alloy steel by optimization of the geometry of the tooth profile / Повишаване на товароносимостта на зъбни предавки от цементована стомана чрез оптимизиране

геометрията на зъбния профил

CONCLUSIONS - For gear trains designed without geometry optimization, there is always a significant option for increasing the load capacity in the framework of 15 to 36 %. Through implementing optimization calculations with software and performing minimal processing of documentation, the load capacity can be increased without additional costs; - Optimizing x1 (x2) to achieve maximum power capacity has a great influence when determining the bending stresses. When the limitations occur based upon the "low contact strength”, the contributions for increasing the load capacity of gears are due to optimization „according to the module” and optimization „according to the number of teeth”; - Through the computer experiments it was proved that the effect of the three stages optimization m - z - x always exists, no matter what kind of strength methodology for the calculations of gear train will be used [6]. REFERENCES [1]. BDS 17108-1987. Gear Trains with Involutes Meshing. Strength calculation. Bulgarian institute for standardization, Sofia; [2]. GOST21354-75. Gear Trains with Involutes Meshing. Strength calculation; [3]. ISO 6336 - Calculations for life and strength of Gears. [4]. Nenov P., Angelova E., Varbanov V. (2004) - Modernizationof the Educational Process on The Subject of Machine Elements With the Help of Wider Usage of Authors’Software, Conference on Education and Information Systems, Technologies and Applications (EISTA 2004), Vol. 2, Orlando, USA, ISBN:980-6560-11-6, p. 48-53; [5]. Nenov P., (2002) - Parameter optimization of cylindrical gear trains. Treatise, Sofia, Tecnniques, 152 p; [6]. Nenov P., Varbanov V., Angelova E., Kaloianov B. (2009) - Design of cylindrical gear drives with optimal parameters, in accordance with ISO 6336, Proceedings of the 3rd international conference "POWER TRANSMISSIONS'09", Sofia publications, Thessaloniki, Greece, ISBN:980-6560-11-6, p. 113 - 118. Acknowledgements Research supported under contract № ВG051РО001-3.3.04/28, "Support for the development of scientific staff in the field of engineering research and innovation.” The project is implemented with financial support from the Operational Programme "Human Resources Development" 2007-2013, financed by the European Social Fund of the European Union.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ - При зъбни предавки, проектирани без оптимизиране нагеометрията, винаги съществува значителен резерв за повишаванена товароносимостта в рамките от 15 до 36 %. Чрез провежданена оптимизационни изчисления със софтуер и извършване на минимална преработка на документацията, товароносимосттаможе да бъде увеличена без допълнителни разходи; - Оптимизирането на х1 (х2) с цел достигане на максимална мощност оказва силно влияние, когато определящи са напреженията на огъване. В случаите, когато ограниченията произтичат от „ниска контактна якост”, принос за повишаване на товароносимостта на зъбната предавка имат преди всичко оптимизацията „по модула” и оптимизацията „по броя на зъбите”; - Чрез компютърни експерименти бе доказано, че ефект от трипосочната оптимизация m – z – x винаги съществува, независимо от якостната методика, заложена в изчисленията на зъбната предавка [6]. ЛИТЕРАТУРА [1]. БДС 17108-1987. Предавки зъбни цилиндрични с еволвентновъншно зацепване. Якостно изчисляване. Български институт за стандартизация. София; [2]. ГОСТ21354-75. Передачи зубчатые цилиндрическиеэвольвентные внешнего зацепления. Расчет на прочность; [3]. ISO 6336 - Calculations for life and strength of Gears; [4]. Nenov P., Angelova E., Varbanov V. (2004) - Modernizationof the Educational Process on The Subject of Machine Elements With the Help of Wider Usage of Authors’Software.- Conference on Education and Information Systems, Technologies and Applications (EISTA 2004), Vol 2, Orlando, USA, ISBN:980-6560-11-6, p. 48-53; [5]. Ненов П. (2002) - Параметрично оптимизиране на цилиндричнизъбни предавки. Монография, С., Техника, 2002, 152 стр; [6]. Nenov P., Varbanov V., Angelova E., Kaloianov B. (2009) - Design of cylindrical gear drives with optimal parameters, in accordance with ISO 6336, Proceedings of the 3rd international conference "POWER TRANSMISSIONS'09", Sofia publications, Thessaloniki, Greece, ISBN:980-6560-11-6, p. 113 - 118. Изследванията са подкрепени по договор № ВG051РО001-3.3.04/28, „Подкрепа за развитие на научните кадри в областта на инженерните научни изследвания и иновациите”. Проектът се осъществява с финансовата подкрепа на Оперативна програма„ Развитие на човешките ресурси”2007-2013, съфинансиранаот Европейския социален фонд на Европейския съюз”.


49

RESEARCH ON DYNAMIC PROCESSES OF VIBRATION MACHINE WITH UNBALANCED VIBRATION EXCITERS AND ASYNCHRONOUS ELECTRIC MOTOR

/ ДОСЛІДЖЕННЯ ДИНАМІЧНИХ ПРОЦЕСІВ У ВІБРАЦІЙНІЙ МАШИНІ З

НЕВРІВНОВАЖЕНИМИ ВІБРО-ЗБУДНИКАМИ І АСІНХРОННИМ ЕЛЕКТРОДВИГУНОМ

Yaroshevich N. 1), Tolstushko N. 1), Usenko M. 1) 1)Lutsk National Technical University (Ukraine)

Tel: +38(0332)74-61-03; Fax: +38(0332)77-48-40; E-mail: [email protected]

Abstract: Oscillations in many vibration machines used in industry and milling installations and devices are exited by power-driven unbalanced vibration exciters which are set into rotation by electric motors of asynchronous type. Vibration machines with inertial excitation are, as a rule, trans-resonant ones. Consequently, intensive resonant oscillations arise during the coincidence of natural and forced frequencies in the processes of acceleration and deceleration in vibration machines with unbalanced exciters. The amplitudes of these oscillations greatly exceed the ones of the stationary regime of motion. Dynamic loads on the parts of vibrating machine structure grow up correspondingly. Besides, it is necessary to sufficiently increase the power of electric motor for the transition of resonance zone by its rotor.

Motors of existing vibration machines usually are of limited power and therefore, may be referred to imperfect sources of energy. Hence, an interaction of oscillatory movements of vibrating body and rotational motion of electric motor rotor may take place.

Machines with electric drive should be considered as electromechanical systems. To study their dynamics it is methodically correct to use Lagrange-Maxwell motion equations of mechanical part or the system and bound up to them equations of electrical part. However, by reason of complicacy of mathematical models and because the problem of determination of coefficients of its nonlinear differential equations, static characteristics of engine are mostly used for studying machine dynamics. In this case only the data sheet of electric motor is needed for performing the model.

They usually recommend neglecting transient processes and using static characteristics. Moreover, linear model of motor static characteristic is used most often.

At the same time more complicated models are recommended in some works, for example, to study the processes of acceleration of deceleration and even steady-state motion in case of oscillatory load. Keywords: amplitude, electric motor, exciter, vibration machine INTRODUCTION

Fundamental theoretical researches of vibratory systems taking into consideration their interaction with imperfect power source are presented in the works of V.O. Kononenko and his followers [1]. Most complete bibliographic data concerning researches in this direction, covering the corresponding period are presented in the work [2] and in the reference book [3]. The works [4, 9] present the results of numerical simulation of the problem of acceleration of unbalanced rotor installed on elastically fixed platform with one degree of freedom. The most notable among the latest researches is article [7] where the problem of unbalanced rotor motion by passing over the resonance zone is solved by method of direct separation of motions. Nevertheless the need of more detailed analysis of dynamic processes taking place by

Резюме: Коливання в багатьох вібраційних машинах що використовуються в промисловості, в подрібнюючих установках і пристроях виникають через неврівноважені вібраційні збудники з механічним приводом, які приводяться в обертання електродвигунами асинхронного типу. Вібраційні машини з інерційним збудженням, як правило, транс-резонансні. Отже, інтенсивні резонансні коливання виникають під час збігу природних і примусових частот в процесі прискорення і уповільнення в вібраційних машинах з неврівноваженими збудниками. Амплітуди цих коливань дуже перевищують такі самі амплітуди постійного режиму руху. Динамічні навантаження на структурні частини вібраційної машини ростуть відповідно. Крім того, необхідно суттєво збільшити потужність електродвигуна для переходу зони резонансу його ротором.

Двигуни існуючих вібраційних машин зазвичай мають обмежену потужність і тому, можуть бути віднесені до недосконалих джерел енергії. Отже, взаємодія коливальних рухів вібруючого тіла і обертального руху ротора електродвигуна може мати місце.

Машини з електроприводом необхідно розглядати як електромеханічні системи. Для дослідження їх динаміки методично правильно використовувати рівняння Лагранжа-Максвела для руху механічної деталі або системи і зв’язані з ними рівняння електричної частини. Проте, через складності математичних моделей і проблеми визначення коефіцієнтів її нелінійних диференціальних рівнянь, статичні характеристики двигуна головним чином використовуються для дослідження машинної динаміки. В цьому випадку тільки технічні характеристики виробника електродвигуна потрібні для реалізації моделі.

Вони зазвичай рекомендують нехтувати перехідними процесами і використовувати статичні характеристики. Крім того, лінійна модель моторної статичної характеристики використовується частіше всього.

У той же самий час в деяких працях рекомендуються складніші моделі, наприклад, щоб досліджувати процеси уповільнення чи прискорення і навіть сталого руху у разі коливального навантаження. Ключові слова: амплітуда, електромотор, вібраційна машина, збудник ПЕРЕДУМОВА

Фундаментальні теоретичні дослідження вібраційних систем з врахуванням їх взаємодії з недосконалим джерелом енергії подані в працях В.O. Кононенко і його послідовників [1]. Найповніші бібліографічні дані відносно досліджень в цьому напрямі, охоплюючи відповідний період, подані в праці [2] і в довіднику [3]. Праці [4, 9] представляють результати числового моделювання проблеми прискорення неврівноваженого ротора, встановленого на платформі еластично з одним ступенем вільності. Найвідомішою серед останніх досліджень є стаття [7], де проблема неврівноваженого руху ротора при проході крізь зону резонансу розв'язана методом прямого розподілу рухів. Проте потреба детальнішого аналізу динамічних процесів, що мають місце при проході крізь зону


50

passing over the resonance zone by rotor of unbalanced vibration exciter still remains. MATERIALS AND METHOD

The object of the work is a comparative analysis of the processes of acceleration and steady-state regime of motion of trans-resonanting vibration machine with unbalanced drive for the cases of use of both static and dynamic characteristics of three-phase asynchronous engine.

The scheme of the vibratory system is given in Fig. 1. Vibrating body is connected to the fixed base by means of elastic and damping elements and may shift with respect to the fixed base along some fixed direction Ox.

Unbalanced vibration exciter activated by three-phase asynchronous engine is installed on the vibration body.

Let the unbalanced mass of the vibration exciter rotate in horizontal plane. Generalized coordinates of the system under consideration are angle of rotation of the vibration exciter of rotor φ and horizontal shift of the vibrating body x. Resistance to oscillation of vibration body is taken into account in the form of linear force ß x& . The motion of such vibratory system is described by equations (1–3).

резонансу ротором неврівноваженого вібраційного збудника все ще залишається. ОБ’ЄКТ РОБОТИ

Об'єкт роботи - порівняльний аналіз процесів прискорення і сталого режиму руху транс-резонансних вібраційних машин з неврівноваженим двигуном для випадків використання як статичних так і динамічних характеристик асинхронного трьохфазного двигуна.

Схема вібраційної системи подана на рис. 1. Вібруюче тіло пов'язане з нерухомою основою за допомогою пружних і гальмівних елементів і може перемішатись відносно нерухомої основи уздовж деякого фіксованого напрямку Ox.

Незбалансований вібраційний збудник, активізований трьохфазним асинхронним двигуном, встановлений на вібруючому тілі.

Нехай неврівноважена маса вібраційного збудника обертається в горизонтальній площині. Узагальнені координати системи при розгляді - кут обертання вібраційного збудника ротора φ і горизонтальна змінна вібруючого тіла x. Опір коливанню вібруючого тіла прийнято до уваги у формі лінійної сили ß x& . Рух такої вібраційної системи описаний рівняннями (1-3).

ϕεϕ sinxmRLI &&&& +−= , (1)

)cossin( 2 ϕϕϕϕεβ &&&&&& +=++ mxcxxM xx , (2)

where: І is a moment of rotor inertia; m, ε are, correspondingly, the mass of the vibration exciter and its eccentricity; М is the mass of vibrating body; βx is the damping factor; cx is the longitudinal rigidity of the spring; L, R are correspondingly, the electromagnetic moment of engine and the moment of resistant to motion forces.

де: І - момент інерції ротора; m, ε - відповідно, маса вібраційного збудника та його ексцентриситет; М - маса вібруючого тіла; βx - чинник демпфування; cx - поздовжня жорсткість пружини; L, R - відповідно, електромагнітний момент двигуна і момент опору силам руху.

Fig. 1 - Scheme of vibratory system / Схема вібраційної системи

Hence, the system belongs to the class of dynamic systems for the study of steady-state and unsteady oscillations of which static characteristic of the electric motor may by taken as L.

Such assumption is quite justified, inasmuch as the period of acceleration (deceleration) during which Somerfield effect manifests itself is the most interesting and thoroughly study for vibration machines with unbalanced drive.

The velocity of rotor acceleration increases slowly during this period of time, so that dφ/dt does not change much during the period of oscillations. So, we have to do with motion regime which is close to steady-state one.

We used the linear model of static characteristic. Function L in the working section is approximated to a straight line through points (ωn, Ln) and (ωs, 0), where ωs, ωn are synchronous and nominal angular velocities of the engine, Ln is a nominal moment of the engine.

On the other hand, an approach is based on joint solution of differential equations of the motion of mechanical part of the system (1), (2), and the equation of electromagnetic conditions in asynchronous motor [6, 12] is:

Отже, при розгляді система належить до класу динамічних систем для дослідження сталих і нестійких коливань, для яких статична характеристика електродвигуна може бути прийнята як L.

Таке припущення дуже виправдане, оскільки період прискорення (уповільнення), під час якого проявляється ефект Соммерфельда, є найцікавішим і повністю досліджений для вібраційних машин з неврівноваженим двигуном.

Швидкість прискорення ротора підвищується повільно в цей період часу, так що dφ/dt не дуже змінюється під час періоду коливань. Так, ми маємо режим руху, який є близьким до сталого.

Ми використовували лінійну модель статичної особливості. Функція L в робочій секції наближається до прямої лінії через точки (ωn, Ln) і (ωs, 0), де ωs, ωn - синхронні і номінальні кутові швидкості двигуна, Ln - номінальний момент двигуна.

З іншого боку, підхід заснований на об'єднаному рішенні диференціальних рівнянь руху механічної деталі системи (1), (2), і рівняння електромагнітних умов в асинхронному двигуні [6, 12]:


51

rDD

DD sLLss

TLs

s

TTLT max

2 212 ξξξξ =

−+

−+ &&&&& (3)

where: cr

D sT

π100

1= is electromagnetic time constant;

rs+=

1

1ξ ; s

srs

ωϕω &−

= is slip ratio; ϕω &−= ss is running

slip;

n

nncr

As

Asss

+

+=

1 is critical slip;

s

nsns

ωωω −

=

is nominal slip; n

nAλλ

λλ−

−=

max

max )1(;

n

sn L

L=λ ; Lmax, Ls

are maximal and starting torques of the engine.

The moment of forces resistant to rotation is brought about mainly by resistance in bearings and is determined

by formula R=R(ϕ& ) = 0,5f*mε2ϕ& d, where f* is a friction

coefficient in the bearing and d is its internal diameter. Simulation of the process of acceleration of

unbalanced vibration exciter is reduced to numerical integration of differential equations of the motion of mechanical system (1), (2) or (1), (2), (3) by means of Maple program product at the following parameter values: m=4kg; ε=0.037m; I=0.006kg/m2; M=39kg; cx=4.5·104N/m; f*=0.003; d=0.02m; B=135kg/s; p=33.9s-1 – frequency of system with natural oscillations. Three-phase asynchronous short circuited motors 4A with synchronous frequency of rotation ns=1500rot/min and nominal powers N=0, and N=0,12kW were used. RESULTS

It is determined that minimal power of engine at which its acceleration and operation in steady-state regime are possible makes N=0.09kW both in case of simulation by means of static characteristic of asynchronous motor (second variant). It should be noted that if nominal power of engine acquired any values in the range of standard electric motors power N=0.09-0.06kW, its starting with further reaching the regime of rotation with angular velocity close to nominal one would be possible at N=0.075kW in the first and at N=0.074kW in the second variant. So, both studied variants give rather close results.

Fig. 2 shows time dependences of rotor angular velocity of vibration exciter. Comparison of two graphs testifies to qualitatively similar reproduction of the process of rotor acceleration in both studied cases.

де: cr

D sT

π100

1= - електромагнітна стала часу;

rs+=

1

1ξ ; s

srs

ωϕω &−

= - відношення промаху; ϕω &−= ss

- поточний промах;

n

nncr

As

Asss

++

=1

- критичний промах;

s

nsns

ωωω −

= - номінальний промах; n

nAλλ

λλ−

−=

max

max )1(;

n

sn L

L=λ ; Lmax, Ls - максимальні і пускові обертові моменти двигуна.

Момент сил, стійких до обертання, викликаний головним чином опором в підшипниках і визначений

формулою R=R(ϕ& ) = 0,5f*mε2ϕ& d, де f* - коефіцієнт

тертя в підшипнику і d - його внутрішній діаметр. Моделювання процесу прискорення неврівноваженого

вібраційного збудника зменшене до числової інтеграції диференціальних рівнянь руху механічної системи (1), (2) або (1), (2), (3) за допомогою програмного продукту Марпла за наступними значеннями параметрів: m=4кг; ε=0,037м; I=0,006кг/м2; M=39кг; cx=4,5·104Н/м; f*=0,003; d=0,02м; B=135кг/с; p=33,9с-1 - частота системи з натуральними коливаннями. Використовувалися трьохфазні асинхронні коротко-замкнуті двигуни з синхронною частотою обертання ns=1500об/хв і номінальними потужностями N=0,09кВт and N=0,12кВт. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ

Визначено, що мінімальна потужність двигуна, при якій можливі його прискорення і робота в сталому режимі становить N=0,09кВт, обидва у разі моделювання за допомогою статичної характеристики асинхронного двигуна (другий варіант). Необхідно відмітити, що якби номінальна потужність двигуна досягла б деякого значення в діапазоні стандартної потужності електромоторів N=0,09-0,06кВт, його запуск з подальшим досягненням режиму обертання з кутовою швидкістю близькою до номінальної, був би можливим при N=0,075кВт в першому і при N=0,074kW в другому варіанті. Так, обидва досліджені варіанти дають досить близькі результати.

Рис. 2 показує часові залежності кутової швидкості ротора від вібраційного збудника. Порівняння двох графіків свідчить про якісно подібне відтворення процесу прискорення ротора в обох досліджених випадках.

а

b

Fig. 2 - Time dependences of rotor angular velocity for the period of acceleration (a) and steady-state regime (b) in case of using / Часові залежності кутової швидкості ротора впродовж періоду прискорення (a) і сталого режиму (b) у разі використання

1 - static characteristic of the engine / статичної характеристики двигуна; 2 - equation of electromagnetic conditions in the engine / рівняння електромагнітних умов в двигуні


52

According to presented graphs, both curves practically coincide in the first stage of acceleration – from the moment when engine starts to reach angular velocity (equal to critical one), by taking under consideration ωcr=100,08s-1.

There are small divergences in the second stage of rotor acceleration (from the moment of reaching the critical value of velocity to the moment of reaching a steady-state motion).

In general, they are reduced to some lag of rotor acceleration velocity for the model with dynamic characteristic of the engine and, as a result, to somewhat less velocity of steady-state rotation. It is seen from the presented graphs that most substantial differences between the rotor angular velocities occur in the section which corresponds to the discontinuity point of piecewise linear function of electric motor static characteristic. Rotor angular velocities in steady-state regime of motion in both studied cases equal ωstat=133,8s-1, ωdym=126,9s-1 the difference being near 5%. Along with this practically similar oscillations of velocity take place.

Fig. 3 shows time dependencies of generalized coordinate of vibrating body shift for the most interesting period of acceleration – transition of resonance zone. According to presented graphs the amplitudes of vibrating body oscillations are practically the same for both studied cases both by value and by the character of change. This conclusion refers both to transient and steady-state regimes of motion (Fig. 3 b).

Fig. 4 shows time dependencies of motor torque and vibration moment acting on rotor for the cases of using static characteristic and equation of electromagnetic conditions in the engine. Vibration moment is regarded as additional moment acting on rotor in case of its axle oscillations and causing various vibration effects [3, 7].

It should be noted that vibration moment is practically equal to zero in the first stage of acceleration (engine starting without load takes place). It increases rapidly at the beginning of the second stage. As long as vibration moment is practically breaking, rotor acceleration is relatively small in that period of time. After running out of resonance zone, vibration moment becomes mostly rotary and slows down fast, but frequency and amplitude of its oscillation increase incessantly up to reaching the steady-state regime of motion. Difference in values acquired by vibration moment in both compared variants does not exceed 5÷7% both in the process of rotor acceleration and the period of steady-state motion.

Згідно з поданими графіками, обидві криві фактично збігаються в першій стадії прискорення - з моменту запуску двигуна до досягнення ротором кутової швидкості, що дорівнює критичній у випадку прийняття до уваги ωcr=100,08с-1.

Є маленькі розбіжності в другій стадії прискорення ротора (з моменту досягнення критичного значення швидкості до моменту досягнення сталого руху).

Взагалі вони зменшені до деякої затримки швидкості прискорення ротора для моделі з динамічною характеристикою двигуна і, в результаті, до декілька меншої швидкості сталого обертання. З поданих графіків помічено, що найістотніша різниця між кутовою швидкістю ротора відбувається на ділянці, яка відповідає точці неоднорідності частинної лінійної функції статичної характеристики електродвигуна. Кутові швидкості ротора в сталому режимі руху в обох досліджених випадках дають різницю, що є близькою до 5 %. Разом з цим подібні коливання швидкості фактично мають місце.

Рис. 3 показує залежності зміни часу узагальненої координати вібраційного тіла впродовж найцікавішого періоду прискорення - перехід зони резонансу. Згідно з поданими графіками амплітуди вібруючих коливань тіла - фактично ті ж самі для обох досліджених випадків як значенням так і характером зміни. Цей висновок відноситься як і до перехідних так і сталих режимів руху (Рис. 3 b).

Рис. 4 показує залежності часу обертального моменту двигуна і вібраційного моменту, які діють на ротор для випадків використання статичної характеристики і рівняння електромагнітних умов в двигуні. Вібраційний момент розглядається як додатковий момент, який діє на ротор у разі коливань його осі, і який викликає різні вібраційні ефекти [3, 7].

Необхідно відмітити, що вібраційний момент фактично дорівнює нулю в першій стадії прискорення (має місце запуск двигуна без навантаження). Він росте швидко на початку другої стадії. Поки вібраційний момент фактично переривається, прискорення ротора є відносно маленьким в тому проміжку часу. Після виходу з зони резонансу, вібраційний момент стає більш ротаційним і зменшується швидко, але частота і амплітуда його коливання збільшується постійно до досягнення сталого режиму руху. Різниця в значеннях, досягнутих вібраційним моментом в обох порівняних варіантах, не перевищує 5÷7% як в процесі прискорення ротора так і в період сталого руху.

а

b Fig. 3 - Time dependences of generalized coordinate of vibrating body shift for the period of acceleration (a) and for steady-state regime (b) in case of using / Часові залежності узагальнених координат змінного вібраційного тіла впродовж періоду прискорення (a) і для сталого режиму (b) у разі використання

1 – static characteristic of the engine / статичної характеристики двигуна; 2 – equation of electromagnetic conditions in the engine / рівняння електромагнітних умов в двигуні

Similar small divergence may be established between

the values of motor torque for the cases of using different mechanical characteristics. It explains the fact that the

Подібна маленька розбіжність може бути встановлена між значеннями обертального моменту двигуна для випадків використання різних механічних характеристик. Це пояснює


53

results of simulation of dynamic processes with the use of both characteristics are close enough. Oscillations of motor torque in steady-state regime of motion are observed somewhat bigger for the first studied variant.

These oscillations are small as compared with those of vibrating moment because of high frequency of load change and availability of considerable mass inertia of vibration exciter and rotary parts of electric motor and they depicted in Fig.4 in the form of practically straight line.

It should be noted that similar results were obtained as a result of conducted research of rotor acceleration of vibration exciter set into rotation by higher power motor (N=0,12kW); only somewhat smaller divergence between the values of studied parameters is observed. Practically the same result may be obtained if function L in the working section were approximated by parabola through points (ωn, Ln) and (ωs, 0).

It is connected, first of all, with oscillations of vibration moment which are by an order of magnitude greater than those of motor torque, so that the effect of that motor torque is leveled.

факт, що результати моделювання динамічних процесів з використанням обох характеристик є досить близькими. Коливання обертального моменту двигуна в сталому режимі руху спостерігаються дещо більше для першого дослідженого варіанту.

Ці коливання є малими в порівнянні з такими самими коливаннями вібраційного моменту через високі частоти змінних навантажень і наявності значної інерційної маси вібраційного збудника і ротаційних частин електромотора і вони зображені на рис. 4 у формі практично прямої лінії.

Необхідно відмітити, що подібні результати були отримані в результаті проведених досліджень прискорення приводного ротора вібраційного збудника двигуном високої потужності (N=0,12кВт), тільки тут спостерігається дещо менша різниця між значеннями досліджених параметрів. Фактично той же самий результат може бути отриманий, якби функція L в робочій секції була б наближена параболою крізь точки (ωn, Ln) і (ωs, 0).

Це пов'язано, передусім, з фактом коливань вібраційного моменту, який відповідно до порядку величини, більше ніж такий самий для обертального моменту двигуна, таким чином ефект такого обертального моменту двигуна вирівняний.

а

b

Fig. 4 - Time dependencies of the motor torque (1, 2) and vibrating moment (3, 4) for the period of acceleration (a) and steady-state regime (b) in case of using / Залежності часу обертального моменту двигуна (1, 2) і вібраційного моменту (3, 4) впродовж

періоду прискорення (a) і сталого режиму (b) у разі використання 1, 3 - static characteristic of the engine / статичної характеристики двигуна; 2, 4 – equation of electromagnetic conditions in the

engine / рівняння електромагнітних умов в двигуні

Taking into account numerical simulation of the process of acceleration and steady-state regime of motion of vibration exciter rotor for the cases of using static and dynamic characteristics of the electric motor and the obtained results of analytical and experimental researches we may draw a conclusion that models with both characteristics describing the motion of the vibration machine adequately and, practically, in the same way.

Thus, both static and dynamic engine characteristics may be used for simulation of dynamics of vibration machines with unbalanced vibration exciter driven by three-phase asynchronous motor for both the steady-state period of motion and the process of acceleration.

The given researches are very important for agricultural machines which work in unfavorable conditions (a rough relief, heavy soils). In such conditions machines move non-uniformly, there are vibrations. Especially it concerns the small-sized machinery, both with an internal combustion engine, and with an electric motor. It can be a small-sized tractor, the motor-block in aggregate with various agricultural machines.

Беручи до уваги числове моделювання процесу прискорення і сталий режим руху вібраційного збудника ротора для випадків використання статичних і динамічних характеристики електродвигуна і отриманих результатів аналітичних і експериментальних досліджень, ми можемо зробити висновок, що моделі з обома характеристиками описують рух вібраційної машини адекватно і практично однаково.

Таким чином, можуть використовуватись як статичні так і динамічні характеристики двигунів для моделювання динаміки вібраційних машин з неврівноваженим вібраційним збудником, який приводиться асинхронним трьохфазним двигуном впродовж сталого періоду руху і впродовж процесу прискорення.

Наведені вище дослідження дуже важливі для сільськогосподарських машин, які працюють в несприятливих умовах (нерівний рельєф, тяжкі ґрунти). В таких умовах машини рухаються непрямолінійно, є вібрації. Особливо це стосується малогабаритних машин як з двигунами внутрішнього згоряння так і з електромоторами. Це може бути малогабаритний трактор, мотоблок в агрегаті з різноманітними сільськогосподарськими машинами.


54

REFERENCES [1]. Alifov F., Frolov K. (1985) - Interaction of nonlinear oscillatory systems with sources of power. Moscow: Nauka, 328 p.p.; [2]. Blekhman I. (1981) - Synchronization in Nature and Technology. Moscow: Nauka, p. 351; [3]. Blekhman I. (2000) - Vibration Mechanics. World Scientific, Singapore; [4]. Blekman I., Fradkov A. (2001) - Control of Techtronic Vibration Units. St. Petersburg, Nauka; [5]. Blekman I., Indieytsev D., Fradkov A. (2008) - Slow motions in systems with inertial excitation of oscillation, The problems of machine-building and relabeling of machines; [6]. Gortinsky V., Khvalov B. (1991) - On one practice of control of stars of vibrating system with inertial exciter. Mechanics of machines. M.: Nauka, 58, 42-46; [7]. Kolovsky M. (1989) - Dynamics of machines. Leningrad: Machine building, 263 p.p.; [8]. Kononenko V. (1969) - Vibrating System with a Limited Power. Supply. London: Iliffe Books Ltd.; [9]. Levin A. (1978) - Simulation in investigation and design of machine tools. Moscow: Machine building, 184 p.p.; [10] Levitsky N. (1988) - Vibrations in mechanism. Moscow: Nauka, 336 p.p.; [11]. Blekman I. (1978) - Vibration in technology, Handbook in 6 volumes, 2 (Machine building, Moscow), p. 551; [12]. Zaitsev O., Shatokhim V., Chernov A. (2006) - Modeling of dynamic processes in vibration technological apparatuses with inertial vibrator and asynchronous engine. Automation of production processes in machine-building and instrument making. Ukrainian sc.-tech col., 40, 116-126.

БІБЛІОГРАФІЯ [1]. Алифов Ф., Фролов К. (1985) - Взаимодействие нелинейных колебательных систем с источниками власти. Москва: Наука, 328 с.; [2]. Блехман И. (1981) – Синхронизация в природе и технике. Москва: Наука, – с. 351; [3]. Блехман И. (2000) – Вибрационная механика. Всемирная наука, Сингапур; [4]. Блехман И., Фрадков А. (2001) – Контроль технотронных вибрационных агрегатов. Ст. Петербург, Наука; [5]. Блехман И., Индиетсев Д., Фрадков А. (2008) - Движения с замедлением в системах с инерционным возбудителем колебания, Проблемы машиностроения и предназначение машин; [6]. Горнитский В., Хиалов Б. (1991) - На одной практике по контролю источника вибрирующей системы с инерционным возбудителем. М.: Наука, 58, 42-46 с.; [7]. Коловский М. (1989) – Динамика машин. Ленинград: Машиностроение, 263 с.; [8]. Кононенко В. (1969) – Вибрационная система с ограниченной энергией. Источник. Лондон: Книга жизни; [9]. Левин А. (1978) - Моделирование в исследовании и конструировании станков. Москва: Машиностроение, 184 с.; [10] Левитский Н. (1988) – Вибрация в механизмах. Москва: Наука, 336 с.; [11]. Блехман И. (1978) - Вибрации в технике – Справочник в 6 томах, 2. Москва: Машиностроение, с. 551; [12]. Зайцев О., Шатохин В., Чернов А. (2006) – Моделирование динамических процессов в вибрационных технических аппаратах с инерционным вибратором и асинхронным двигателем. – Автоматизация производственных процессов в машиностроении и инструментальном производстве. Научно-техническая коллекция Украины, 40, 116-126 с.


55

INTEGRATION OF A MONITORING AND CENTRALIZED WARNING SYSTEM ON TECHNICAL EQUIPMENTS DESIGNED TO PHYTOSANITARY TREATMENTS IN THE CONCEPT OF

PRECISION AGRICULTURE /

INTEGRAREA UNUI SISTEM CENTRALIZAT DE MONITORIZARE ŞI AVERTIZARE PE ECHIPAMENTELE TEHNICE DESTINATE TRATAMENTELOR FITO- SANITARE IN

CONCEPTUL DE AGRICULTURA DE PRECIZIE

Eng. Bolintineanu Gh. 1), Ph.D. Eng. Vl ădu Ń V.1), Eng. Voicea I. 1), Eng. Matache M. 1), Ph.D. Eng. Savin L. 2), Eng. Langenakens J. 3)

1)INMA - Bucharest; 2)University of Novi Sad; 3)Advanced Agricultural Measurement System Tel: 0727.957.693; Fax: 021/269.32.73; E-mail: [email protected]

Abstract: The main direction for improving plant protection machinery is to improve their structure (including control and measuring equipment) by automatic adjust of solution norm per hectare, increase the quality of treatment and reduce the risk of soil and agricultural products pollution due to persistence in soil of phyto-sanitary substances improperly administrated. Establishing a centralized monitoring and warning system at spraying machines for plant protection aims to track their operation and warning the driver on any deficiencies or defects that occur during operation. Inside of monitoring that the spraying machines are subjected the following aspects are checked through some transducers: pump operation (flowrate, pressure), substance level in the tank, nozzles operation. Keywords : monitoring and warning, nozzles, sustainable agriculture, transducers INTRODUCTION

The agriculture is a basic economic domain taking into account its impact on social sector (source of human subsistence)and environment. We can not speak about practising agriculture without referring to its effects on the environment. Ultraintensive agriculture due to its technological level, has led to increased degradation of environment and human life, requiring the embracing of concept of sustainable agriculture, where resources conservation is a fundamental demand [1], [2], [3] and [8].

The system of sustainable agriculture is increasingly accepted as an alternative to conventional agriculture ensuring productive use of resources,profitability and environmental protection.

The agricultural productivity is influenced by the working technologies level applied, the phyto-sanitary protection occupying an important place within these technologies.

Current studies and researches regarding methods and equipment for applying phyto-sanitary treatments fall in new trends of practising a sustainable agriculture, knowing that the phyto-sanitary protection is a major source of environmental pollution by chemicals [4], [5].

An important aspect of policy of continous increase of products quality for each economic operator is constituted by both maintaining machinery conformity for plant protection and raising premises of achievement in terms of repeatability of these products [1], [6], [7].

Fighting against pests and diseases is an important link in the technological process of plants growing.

Using new varieties of plants and applying innovative technologies in preparing the germinating bed would not give the desired results if the proper phyto-sanitary treatments were not applied. Performing this work with superior quality indices, decisively influences the production obtained per hectare [4, 5].

Rezumat: Principala direcŃie de perfecŃionare a maşinilor pentru protecŃia plantelor, o constituie îmbunătăŃirea lor constructivă (incluzând aparatura de control şi măsurare) prin reglarea automată a normei de soluŃie la hectar, creşterea calităŃii tratamentelor şi reducerea riscurilor de poluare a solului şi a produselor agricole ca urmare a remanenŃei în sol a substanŃelor fitosanitare administrate necorespunzător. Realizarea unui sistem centralizat de monitorizare şi avertizare la maşinile de stropit pentru protecŃia plantelor are drept scop urmărirea funcŃionării acestora şi avertizarea operatorului asupra oricăror deficienŃe sau defecŃiuni care apar în timpul funcŃionării. În cadrul monitorizării la care sunt supuse maşinile de stropit se verifică prin intermediul unor traductoare următoarele aspecte: funcŃionarea pompei (debit, presiune), nivelul de substanŃă din rezervor, funcŃionarea duzelor. Cuvinte cheie: duze, monitorizare şi avertizare, traductori, agricultura durabilă INTRODUCERE

Agricultura este o ramură economică de bază prin impactul asupra mediului social (sursă a mijloacelor de subzistenŃă umană) cât şi a mediului. Nu putem vorbi despre practicarea agriculturii fără a ne referi la consecinŃele acesteia asupra mediului. Agricultura ultraintensivă practicată datorită nivelului tehnologic atins, a dus la degradarea accentuată a mediului şi a vieŃii omului, impunând introducerea conceptului de agricultură durabilă, în care conservarea resurselor este o condiŃie fundamentală [1], [2], [3] şi [8].

Sistemul de agricultură durabilă este tot mai mult acceptat ca alternativă la agricultura convenŃională, folosirea raŃională a resurselor asigurând productivitate, profitabilitate şi protecŃia mediului.

Productivitatea agriculturii este influenŃată de nivelul tehnologiilor de lucru aplicate, protecŃia fito-sanitară ocupând un loc foarte important în cadrul acestor tehnologii.

Studiile şi cercetările actuale, privind metodele şi echipamentele de aplicare a tratamentelor fito-sanitare, se înscriu în noile tendinŃe pentru practicarea unei agriculturi durabile, ştiut fiind faptul că protecŃia fito-sanitară reprezintă una din sursele majore de poluare a mediului cu substanŃe chimice [4], [5]. Un aspect important al politicii de creştere continuă a calităŃii produselor, îl constituie atât menŃinerea conformităŃii maşinilor pentru protecŃia plantelor cât şi creşterea premizelor de realizare în condiŃii de repetabilitate a acestor produse [1], [6], [7].

Combaterea bolilor şi dăunătorilor reprezintă o verigă importantă în procesul tehnologic de cultivare a plantelor.

Utilizarea noilor soiuri de plante şi aplicarea unor tehnologii noi în pregătirea patului germinativ nu ar da rezultatele dorite fără aplicarea tratamentelor fito-sanitare corespunzătoare. Executarea la indici de calitate superiori, a acestor lucrări, influenŃează hotărâtor producŃia obŃinută la hectar [4, 5].


56

It is a fact accepted by everybody that phyto-sanitary treatments in agriculture, including in fruit growing, respectively fertilizers, herbicides, pesticides and other substances,products of chemical industry have led to a considerable increment of crops, improving their quality.

In Romania, the phyto-sanitry treatments or some works of phasial fertilizing works are made only with liquid products prepared with water or conditioned by organic ingredients, to be applied as such [5], [9]. MATERIALS AND METHOD

The most important characteristic of fighting operations, is related to obtaining a better quality of phyto-sanitary treatments, being a strict dependence between the biological effects and quality,which depends on: • the performance of spraying heads of machine,

installation, equipment; • applying volume per unit area; • climate conditions in which the operation is performed; • type and shape of the target objects that can facilitate

or prevent homogenous fragments deposit; • subjective factor related to operator skill, etc.

Phyto-sanitary treatment effectiveness can be assessed by the degree of coverage of the target with droplets and by the uniformity degree these ones being influenced by the constructive - functional parameters of spraying equipments.

Any ineffective treatment, whatever the cause, lead to increased environmental pollution, modification of the diseases characteristics and pests populations, by increasing their resistance to pesticides action and causing significant economic losses.

The main direction for improving plant protection machinery, is to improve their structure design(including control and measuring equipment) to automatically adjust the amount of liquid per hectare, raise quality of treatment and reduce residual soil pollution by maintaining the initial technical characteristics.

By creating of a centralized monitoring and warning system (Fig. 1) at spraying machines for plant protection the following aspects are checked by means of some transducers: pump operation (flowrate, pressure), substance level in the tank, nozzles operation.

The scheme of monitoring and warning system is shown in Figure 1

Este un fapt acceptat de toată lumea că tratamentele fito-sanitare în agricultură, respectiv erbicidele, pesticidele şi alte substanŃe produse ale industriei chimice, au dus la o sporire considerabilă a recoltelor, la îmbunătăŃirea calităŃii lor.

În România, tratamentele fitosanitare sau unele lucrări de fertilizare fazială se fac numai cu produse lichide preparate cu apă ori condiŃionate special cu anumite ingrediente organice, spre a fi aplicate ca atare [5], [9]. MATERIALE ŞI METODA Cea mai importantă caracteristică în lucrările de combatere, este legată de obŃinerea unei bune calităŃi a tratamentului fito-sanitar, existând o strictă dependenŃă între efectele biologice şi calitate, care depinde de: • performanŃele capetelor de pulverizare ale maşinii,

instalaŃiei, echipamentului; • volumul aplicaŃiei la unitatea de suprafaŃă; • condiŃiile climatice în care se face aplicaŃia; • felul şi forma obiectelor Ńintă ce pot facilita sau

împiedica depunerea omogenă a fragmentaŃiilor; • factorul subiectiv legat de priceperea operatorului, etc.

EficienŃa tratamentelor fito-sanitare poate fi apreciată prin gradul de acoperire a Ńintei cu picături şi gradul de uniformitate, aceştia fiind influenŃaŃi de parametrii constructivi - funcŃionali ai echipamentelor de stropit.

Orice tratament ineficient, indiferent din ce cauză, duce la creşterea poluării mediului, modificarea caracteristicilor bolilor şi a populaŃiilor de dăunători, prin creşterea rezistenŃei acestora la acŃiunea soluŃiilor folosite şi la pierderi economice însemnate. Principala direcŃie de perfecŃionare a maşinilor pentru protecŃia plantelor, o constituie îmbunătăŃirea lor constructivă (incluzând aparatura de control şi măsurare) pentru reglarea automată a normei de soluŃie la hectar, creşterea calităŃii tratamentelor şi reducerea poluării remanente a solului prin menŃinerea caracteristicilor tehnice iniŃiale.

Prin realizarea unui sistem centralizat de monitorizare şi avertizare (fig.1) la maşinile de stropit pentru protecŃia plantelor se verifică prin intermediul unor traductoare, următoarele aspecte: funcŃionarea pompei (debit, presiune), nivelul de substanŃă din rezervor, funcŃionarea duzelor. Schema de principiu a sistemului de monitorizare si avertizare este prezentată în fig.1

Fig. 1 - The principle scheme of monitoring and warning system /

Schema de principiu a sistemului de monitorizare si avertizare


57

a) b)

Fig. 2 – Centralized Monitoring and Warning System SM-0 / Sistemul Centralizat de Monitorizare şi Avertizare – SM-0 a) Control panel / panou comandă; b) ramp with flow sensors / rampa cu traductori de debit

The terminal of operating with touchscreen has the

role of graphical interface with user.Its program was developed using programming environment Designer2 GT and is designed to interface communication between the operator and PLC.The program consists in three pages: Setting Parameters, Monitoring and Calibrating.

Terminalul de operare cu touchscreen are functia de interfata grafica cu utilizatorul. Programul acestuia a fost dezvoltat utilizand mediul de programare GT Designer2 si are rolul de a interfata comunicatia intre operator si PLC. Programul este format din trei pagini: Setare Parametri, Monitorizare şi Calibrare.

Fig. 3 - Page setup parameters / Pagina de Setare Parametri

Set page parameters (Fig. 3) is to require the spraying machine’s operator to introduce the working data, before using SM-0, namely: working pressure and the normal flowrate per nozzle, which should be generated by the spraying machine.

From this page you can jump to any page by clicking the appropriate command, CALIBRATION and respectively, MONITORING button.

Pagina de Setare Parametri (fig.3) are rolul de a cere operatorului masinii de stropit ca inaintea utilizarii echipamentului SM-0 sa introduca datele de lucru: presiunea de lucru si debitul nominal pe duza pe care trebuie sa-l genereze masina de stropit.

Din acesta pagina se poate trece direct in oricare din paginile urmatoare prin apasarea butonului corespunzator, CALIBRARE respectiv MONITORIZARE.

Fig. 4 – Monitoring page / Pagina de Monitorizare


58

The Monitoring page (fig.4) is the page where effective monitoring is done on the nozzle flow, working pressure and liquid level in the tank. Each transducer corresponding a digital screen that displays the current measured value. There are also START and STOP buttons monitoring and a Return button in the page of setup parameters.

Pagina de Monitorizare (fig.4) este pagina în care se efectueaza monitorizarea efectivă a debitului pe duză, a presiunii de lucru şi a nivelului de lichid in rezervor. Fiecărui traductor îi corespunde un ecran digital care arată valoarea curentă masurată. De asemenea există butoane de START şi STOP monitorizare cât şi un buton de revenire în pagina de setare parametri.

Fig. 5 - Calibrating Page / Pagina de Calibrare

1. Page of Calibration(fig5)is the page where you can calibrate the sensors of equipment SM-0. It contains for each sensor a digital display of current value which is registered by this and a numeric button by which we can change the constant of sensor amplifying.

As for the possibility of warning the operator on a malfunctioning nozzle (or more nozzles failures, simultaneously), PLC program has been set to constantly compare the current value registered by the flow transducer with two values (introduced by the operator at the begening of using the equipment SM-0) which is ± 10% from the nominal flowrate value indicated by the manufacturer (according to SR EN 13790-1:2004). If the current value recorded by flowmeter does not fall within these two values, then the operator will be warned on the display by flashing light of the number of nozzle which not working properly.

1. Pagina de Calibrare (fig.5) este pagina în care se pot calibra senzorii echipamentului SM-0. Aceasta conŃine pentru fiecare senzor în parte un afişaj digital al valorii curente pe care o înregistrează acesta şi un buton numeric cu ajutorul căruia se poate modifica constanta de amplificare a senzorului.

În ceea ce priveşte posibilitatea de avertizare a operatorului asupra funcŃionării defectuoase a unei duze (sau a mai multor duze simultan), programul în PLC a fost setat să compare permanent valoarea curentă înregistrată de traductorul de debit cu două valori (introduse de operator la începutul folosirii echipamentului SM-0) care reprezintă ±10% din faŃă de valoarea debitului nominal indicat de producător (conform SR EN 13790-1:2004). Dacă valoarea curentă înregistrată de debitmetru nu se încadrează între aceste două valori, atunci pe display se avertizează operatorul, prin iluminarea intermitentă a numărului duzei care nu lucrează corespunzător.

Table 1 / Tabelul 1

The pressure and nominal flowrates, indicated by th e manufacturer / Presiunea şi debitul nominal, indicate de produc ător

Pressure / Presiunea [bar] Nominal flowrate / Debit nominal [l/min] 2 0.98 / 0,98

2.5 / 2,5 1.10 / 1,10 3 1.20 / 1,20

3.5 / 3,5 1.30 / 1,30 4 1.39 / 1,39

With the maximum deviation of 9.4% nominal flowrate

can be approximated by formula known from hydraulics: Cu abatere maximă de 9,4%, debitul calculat se

poate aproxima cu formula cunoscută din hidraulică:

tcalc qq α= (1)

qt -is the theoretical flow: în care qt este debitul teoretic:

2 a tt

p pq f

ρ−

= , (2)

where p is the pressure rack, pat is the atmospheric pressure, ρ is the fluid density spread, and f is the sectional area of nozzle. All sizes are given in SI. The coefficient α is calculated from the flowrate, indicated by the manufacturer according to pressure working range.In this case is obtained α = 0.333 and ρ = 1000 l/m3.

Thus, the formula obtained from (1) and (2):

în care p este presiunea pe rampă, pat este presiunea atmosferică, ρ este densitatea fluidului împrăştiat, iar f este aria secŃiunii duzei. Toate mărimile sunt date în SI. Coeficientul α se calculează din debitul nominal dat de producător pe gama de presiui de lucru. În acest caz se obŃine α =0,333, iar ρ = 1000 l/m3.

Astfel, formula obŃinută din (1) şi (2)


59

ρα at

calc

ppfq

−= 2 (3)

can be used to calculate the nominal values of pressure and intermmediate values of the manufacturer and during tests but also in sizing calculations. Values of comparison according to SR EN 13790-1:2004, will be:

se poate folosi pentru calculul valorilor nominale ale presiunii si la valori intermediare celor date de producător şi în timpul testelor, dar şi în calcule de dimensionare. Valorile de comparaŃie conform standardului SR EN 13790-1:2004, vor fi:

calcref qq ⋅= 9.01;

calcref qq ⋅= 1.12 (4)

Nozzles will be considered good if their flow frames between these values. In fig.6 is shown a nominal flow variation as a manufacturer’s alternative; the theoretical-empirical version proposed by us, which actually represents a linear interpolation of values given by the manufacturer for the range of pressures used in experimentation.

Duzele se vor considera bune dacă debitul lor se încadrează între aceste valori. In fig. 6 Se reprezintă variaŃia debitului nominal în varianta producătorului şi în varianta teoretico-empirică propusă de noi, care, de fapt reprezintă o interpolare liniară a valorilor date de producător, pentru intervalul de presiuni folosite la experimentare.

Fig. 6 - Variation according with nominal flow pressure, indicated by the manufacturer and approximated by the above method /

VariaŃia cu presiunea a debitului nominal, indicat de producător şi aproximat după metoda de mai sus

Fig. 7 - Flowrate according to nozzle type AG 03, working pressure 2 bar / Debitul în funcŃie de duza de tip AG 03, presiunea de lucru 2 bar



60


Fig. 10 - Flowrate according to nozzle type AG 03, working pressure 5 bar/ Debitul în funcŃie de duza de tip AG 03, presiunea de lucru 5 bar

Checking linear feature of pressure transducer has

involved making measurements in parallel with a pressure gauge calibrator, on bench for calibrating pressure gauges, resulting from figure 11.

The level sensor operating verification: The transducer of level was mounted on the hose indicating the level, mounted on sprayer tank. To check it the tank was filled and was noted the condition indicated by the transducer - ON After emptying the tank over the mounting limit of the transducer the stage indicated by the sensor was OFF, symbolizing the minimum consistent with the implemented logic.

Verificarea caracteristicii liniare a traductorului de presiune a implicat efectuarea de măsurători în paralel cu un manometru etalon, pe standul pentru calibrat manometre rezultând valorile din figura 11.

Verificarea fuctionarii senzorului de nivel: Traductorul de nivel s-a montat pe furtunul de indicare a nivelului montat pe rezervorul maşinii de stropit. Pentru verificarea acestuia s-a umplut rezervorul şi s-a notat starea indicată de traductor – ON. Dupa golirea rezervorului peste limita de montare a traductorului, starea indicată de traductor a fost OFF, aceasta simbolizând minimul în logica implementatată în automatul programabil.

Fig. 11 - Diagram of pressure indicated by transducer-pressure indicated by standard gauge /

Diagrama presiunii indicate de traductor-presiunii indicate de manometrul etalon


61

RESULTS Monitoring and Warning System SM-0 was mounted in

field on a ramp of a spraying machine equipped with nozzles ALBUZ AXI having the code ISO 11003. The spraying machine was mounted on a U 650 M tractor and the experiments were made in the INMA polygon. Every working pressure (4 and 5 bar) and each nozzle were performed three repetitions each, under field conditions. The fluid used for the tests was industrial water because its properties are very similar to those of fluids used for plant treatment.

Experimental results obtained following the testing of monitoring and warning system for nozzle type ALBUZ AXI, ISO 11003 code, are presented in figures 12, 13.

By processing the datas obtained after performing the related tests have resulted the following graphics.

REZULTATE Sistemul de Monitorizare şi Avertizare SM-0 a fost

montat pe rampa unei maşini de stropit în câmp dotată cu duze ALBUZ AXI cu codul ISO 11003. Maşina de stropit a fost montată pe un tractor U 650 M iar experimentările au fost făcute în poligonul INMA. La fiecare presiune de lucru (4 şi 5 bar) şi fiecare duză s-au efectuat câte 3 repetiŃii, în condiŃii de câmp. Fluidul folosit pentru efectuarea încercărilor a fost apa industrială, deoarece proprietăŃile acesteia sunt foarte asemănătoare cu ale fluidelor folosite pentru tratamentul plantelor.

Rezultatele experimentale obŃinute în urma testării sistemului de monitorizare şi avertizare pentru duzele tip ALBUZ AXI, cod ISO 11003, sunt prezentate în figurile 12, 13.

Prin prelucrarea datelor obŃinute în urma efectuării încercarilor aferente au rezultat următoarele grafice.

Fig. 12 - Nozzle flowrate AG 03 type, working pressure 4 bar / Debitul duzei de tip AG 03, presiunea de lucru 4 bar

Fig. 13 - Nozzle flowrate AG 03 type, working pressure 5 bar / Debitul duzei de tip AG 03, presiunea de lucru 5 bar

CONCLUSIONS After processing the experimental, diagrams of each nozzle flowrate were obtained, where it is observed that the differences between standard flow and flowrate recorded with transducers of SM-0 are less than 2% on average, with maximum up to 6%. To verify repeatability of results were performed 10 repetitions of each sample for each working pressure and each type of nozzle.Differences between values recorded by each flow transducer at each repetition rate fall in margins of transducer sensitivity of ± 2.5% out of measured value.

In order to verify this pressure, the transducer was tested in parallel with a standard gauge. The values obtained have confirmed the linear transducer characteristic with a maximum measurement error of 0.02 bar.

CONCLUZII În urma prelucrării datelor experimentale s-au obŃinut diagrame cu debitul fiecarei duze în parte, în care se observă că diferenŃele între debitele etalon şi debitele înregistrate cu traductoarele de debit ale SM-0 sunt mai mici de 2% în medie, cu maxime de până la 6%. Pentru verificarea repetabilităŃii rezultatelor au fost efectuate câte 10 repetiŃii ale probei pentru fiecare presiune de lucru şi fiecare tip de duza. DiferenŃele între valorile înregistrate de fiecare traductor de debit la fiecare repetiŃie se înscriu în marja de sensibilitate a traductorului de ± 2,5% din valoarea masurată. Pentru verificarea traductorului de presiune acesta a fost testat în paralel cu un manometru etalon. Valorile obŃinute au confirmat o caracteristică liniară a traductorului, cu o eroare de măsurare de maxim 0,02 bar.


62

The results obtained at the tests conducted in field confirmed the robustness of both equipment(ability to work under specific conditions of agricultural protection of plants: high humidity, dust, etc. and reliability. Diagrams obtained in the field confirmed the data obtained in laboratory conditions. The results obtained from theoretical research, mathematical supported, allows the constive optimization of the various working bodies. The technological effect of them is to verify experimentally. REFERENCES [1]. Bran F. (1998) - General Ecology and the Environment Protection, Publisher ASE, Bucharest; [2]. Government of Romania - National Strategy for Sustainable Development of Romania. Horizon 2013-2020-2030; [3]. Government of Romania - National Strategy For Reducing The Effects Of Drought, Prevention And Combating Land Degradation And Desertification In The Short, Medium And Long Time; [4]. Hera C. (1999) – Sustainable-efficient agriculture. AGRIS Publishing House, Bucharest; [5]. Hera C., Oancea I. (2003) - Current Problems Of Agriculture In The Context Of European Integration And Globalization. AGRIS Publishing House, Bucharest; [6]. Muntean I. (2005) - Organic Farming Bases, Risoprint Publishing House, Cluj-Napoca; [7]. Neagoe C. (2001) - Environmental Pollution, Technical Publishing House, Bucharest; [8]. Stănilă S. (2006) - Considerations On European Legislation On Equipments For Phyto-Sanitary Works. Agriculture Magazine no. 3-4, Cluj-Napoca; [9]. Vişan S. (1988) - Environment. Pollution And Protection. Economic Publishing House, Bucharest.

Rezultatele obŃinute la probele efectuate în câmp au confirmat atât robusteŃea echipamentului, (posibilitatea de a funcŃiona în condiŃii specifice lucrărilor agricole de protecŃie a platelor: umiditate ridicată, praf, etc.) cât şi fiabilitatea acestuia. Diagramele obŃinute în câmp au confirmat datele obŃinute în condiŃii de laborator.

Rezultatele obŃinute în urma cercetărilor teoretice, fundamentate matematic, permit optimizarea constructivă a diferitelor organe de lucru. Efectul tehnologic al acestora urmează a se verifica experimental. BIBLIOGRAFIE [1]. Bran F. (1998) - Ecologie generală şi protecŃia mediului. Editura ASE, Bucureşti; [2]. Guvernul României - Strategia NaŃională pentru Dezvoltare Durabilă a României. Orizonturi 2013-2020-2030; [3]. Guvernul României - Strategia NaŃională privind Reducerea Efectelor Secetei, Prevenirea şi Combaterea Degradării Terenurilor şi Deşertificării, pe Termen Scurt, Mediu şi Lung; [4]. Hera C. (1999) - Agricultura durabilă – performantă. Editura Agris, Bucureşti; [5]. Hera C., Oancea I. (2003) - Probleme actuale ale agriculturii în contextul integrării europene şi a globalizării, Editura Agris, Bucureşti; [6]. Muntean I. (2005) - Bazele agriculturii ecologice, Editura Risoprint, Cluj-Napoca; [7]. Neagoe C. (2001) - Poluarea mediului, Editura Tehnică, Bucureşti; [8]. Stănilă S. (2006) - ConsideraŃii privind legislaŃia europeană referitoare la echipamentele pentru lucrări fitosanitare. Revista Agricultura nr. 3-4, Cluj Napoca; [9]. Vişan S. (1988) - Mediul înconjurător. Poluare şi protecŃie, Editura Economică, Bucureşti.


63

COMPARATIVE RESEARCHES REGARDING THE QUALITY AND EF FICIENCY OF GERMINATING BED PREPARING IN GREENHOUSES THROUGH HO EING AND CUTTING

/ CERCETĂRI COMPARATIVE PRIVIND CALITATEA ŞI EFICIENłA ENETGETICĂ A PREGĂTIRII PATULUI

GERMINATIV ÎN SERE PRIN SĂPARE ŞI FREZARE

Prof. Ph.D.Eng. Br ătucu Gh., Ph.D.Eng. Pasztor J.,

Ph.D. Eng. C ăpăŃînă I. Transilvania University of Braşov

Tel: 0721900606; Fax:0268222247; E-mail: [email protected]

Abstract: Within the technologies of preparing the germinating bed in greenhouses, the works performed by the hoeing and cutting machines have a great importance. This paper presents the comparative results regarding the soil breakage degree in terms of energetic consumption and operations achieved with the hoeing machine MSS 1.40 and, respectively the cutting machine FPP 1.30 at different working depths and speeds. The power involved in the hoeing operation is used with 62,38 output, in comparison with cutting operation of 39,02% output, which means that for the hoeing work the specific consumption at no-load run represents 37,6%, while for agricultural cutting it represents 61%. On the other hand, the soil breakage level by means of hoeing machine has not been always satisfactory, requiring an additional work, which is not the case for cutting machine work. Keywords: breakage degree, cutting, energetic consumption, greenhouses, hoeing INTRODUCTION

The energetic consumption of different technologies, implicitely the power consumption upon which the optimum variant of soil processing is chosen represents the performance criterion of agricultural machine-tractor-soil system when preparing the germinating bed in greenhouses [1].

The system limits are given by the agro-technical requirements of plants cultivated in greenhouses and agricultural working indicators. The agro-technical requirements of plants cultivated are represented by working qualitative indexes in greenhouses, such as: soil breakage degree, soil penetrating resistance, etc.

The energy necessary for performing the technology works appropriate to germinating bed preparing in greenhouses can be experimentally determined by: � measuring the fuel consumption of no-load run

agricultural system, thus obtaining the required enegy for displacing the respective agricultural system, including also the energy aimed at soil working machine driving;

� measuring the agricultural system energetic consumption during the work, thus obtaining the total energy spent for the operation. The difference of the two consumptions shows the

fuel consumption needed to perform considered work [5,6]. MATERIALS AND METHOD

The tractor is the main power source for mechanically perform all the operations in protected areas. In Romanian greenhouses, the tractor for vegetables U 445 belonging to U 445 class tractors of 33 kW is most frequently used. It is a wheeled tractor with two axles, two motor wheels (4x2) whose structure is aimed at greenhouse conditions (fig. 1). Tractor U 445 comprises: engine, transmission, displacement mechanism, driving mechanism, working equipment and electric equipment.

Rezumat: În tehnologiile de pregătire a patului germinativ în sere lucrările agricole executate cu maşinile de săpat şi frezat au o importanŃă deosebită. În această lucrare se prezintă rezultatele comparative referitoare la gradul de mărunŃire a solului şu la consumurile energetice şi la lucrul cu maşina de săpat MSS 1.40 şi cu maşina de frezat FPP 1.30 la diferite adâncimi şi viteze de lucru. Energia introdusă în sistem la lucrarea de săpare se utilizează cu un randament de 62,38 %, comparativ cu lucrarea de frezare la care randamentul este de 39,02 %, ceea ce înseamnă că la lucrarea de săpat consumul specific de combustibil la mersul în gol reprezintă 37,6 %, în timp ce la lucrarea cu freza agricolă acesta reprezintă 61%. În schimb, gradul de mărunŃire a solului cu maşina de săpat nu este în toate cazurile satisfăcător, necesitând încă o lucrare suplimentară ceea ce nu este cazul la lucrarea cu maşina de frezat.

Cuvinte cheie: consum energetic, grad de mărunŃire, lucrare de săpat, lucrare de frezat, sere INTRODUCERE

Criteriul de performanŃă al sistemului maşină agricolă - tractor - sol în procesul de prelucrare a patului germinativ în sere este considerat consumul energetic al variantelor de tehnologii, implicit consumul de combustibil, pe baza căruia se alege varianta optimă de prelucrare a solului [1].

Limitele sistemului sunt cerinŃele agrotehnice ale plantelor cultivate în sere şi indicatorii de exploatare ale sistemului agricol. CerinŃele agrotehnice ale plantelor cultivate sunt reprezentate prin indicii calitativi de lucru ai maşinilor de lucrat solul în sere, precum: gradul de mărunŃire a solului, rezistenŃa la penetrare etc.

Energia necesară efectuării lucrărilor din tehnologiile pregătirii patului germinativ în sere se poate determina experimental prin: � măsurarea consumului de combustibil al sistemului

agricol la mersul în gol, obŃinându-se energia necesară pentru deplasarea sistemului agricol, în care este inclusă şi energia necesară pentru deplasarea maşinii de lucrat solul;

� măsurarea consumului de combustibil al sistemului agricol în timpul efectuării lucrării, obŃinându-se energia totală consumată pentru lucrare. DiferenŃa celor două consumuri de combustibil evidenŃiază

consumul de combustibil necesar efectuării lucrării considerate [5,6]. MATERIALE ŞI METODA

Tractorul reprezintă principala sursă energetică pentru efectuarea mecanizată a lucrărilor în spaŃiile protejate. În serele din România cel mai frecvent se foloseşte tractorul U 445, cu motor de 33 kW. Este tractor pe roŃi cu două punŃi, cu două roŃi motoare (4x2), având construcŃie adaptată condiŃiilor din sere (fig. 1).

Tractorul U 445 se compune din: motor; transmisie; mecanism de deplasare; mecanism de conducere; echipament de lucru şi echipament electric.


64

Fig. 1 - Tractor U 445 used at experimental tests / Tractorul U 445 folosit în cercetarea experimentală

The soil hoeing machine in greenhouses MSS-1,40 is a carried machine (Fig. 2). The machine is driven from tractor’s PTO. It comprises a metallic frame where the crank axle is located, (Fig. 3). The crank axle is driven from tractor’s PTO through the cardan axle and the cone group. The six hoes are each mounted on cranks, being driven by the shaft. The hoes are shaped as equilateral trapezium, four of them having less than 100mm base width and the other two-125mm. The broad hoes are mounted in the middle. The hoes are active parts, endowed with a plane movement. Their motion imitates the working process, performed with a proper hoe, namely they dig and throw back the ground, while the soil is minced. The order of hoes entering the soil during the work is 1, 5, 3, 6, 2, 4. The hoes get into the soil at the set depth, dig and throw the ground inversely to aggregate movement direction. Two guards, one fix, the other mobile are mounted on the machine, aiming at limiting the distance at which the furrows are thrown. The skids are designed at adjusting the working width [2, 3, 4].

Maşina de săpat solul în sere MSS-1,40 este purtată, (fig. 2). Este acŃionată de la priza de putere a tractorului. Maşina se compune dintr-un cadru metalic în care se amplasează arborele cotit, (fig. 3). Arborele cotit este antrenat de la priza de putere a tractorului prin arborele cardanic şi prin grupul conic. Cele şase sape sunt montate pe câte o manivelă, ele fiind antrenate de arborele cotit. Sapele au formă de trapez echilateral, patru sape au lăŃimea la baza mică de 100 mm, iar două lăŃimea de 125mm. Sapele late sunt montate la mijloc. Sapele sunt organele active, au mişcarea plană. Mişcarea lor imită procesul de lucru executat de o sapă, adică sapă şi aruncă brazda înapoi, în timp ce solul se mărunŃeşte. Ordinea de intrare în sol a sapelor în timpul lucrului este 1, 5, 3, 6, 2, 4. Sapele pătrund în sol la adâncimea reglată, dislocă şi aruncă brazda de pământ în sensul invers sensului de deplasare al agregatului. Pe maşină sunt montate două apărătoare, una fixă şi una mobilă, care limitează distanŃa la care sunt aruncate brazdele. Patinele servesc la reglarea adâncimii de lucru [2, 3, 4].

Fig. 2 - Soil hoeing machine MSS-1.40 / Maşina de s ăpat solul MSS-1,4M

Fig. 3 - Soil digging machine MSS-1,40 / Maşina de s ăpat solul MSS-1,4M

The speed imposed by the working process does not surpass

2 km/h, so that the machine works in aggregate with tractors equipped with reduction gear box for slow speed range.

The cutter FPP-1,3 (Fig. 4.) is aimed at soil superficially loosening, clods breakage and weeds destroying in vegetable crops, vineyards, orchards, pastures and greenhouses, as well as at mincing and introducing manure into the soil.

The cutter FPP-1,3 is a carried agricultural machine, which works in aggregate with 33 kW tractors. The main part is the horizontal rotor with knives, wich is covered by a case. The case contributes at powerfully breaking the soil, levelling it and, at the same time, it protects people around the machine. The cutter rotor is driven from tractor’s PTO by lateral transmission. On the rotor are located seven flanges on which are rigidly fixed, by means of screws, the knives. On marginal flanges are fixed three knives, and on internal flanges-six knives. Three of six

Viteza impusă de procesul de lucru este sub 2km/h, astfel că maşina lucrează în agregat cu tractoarele care sunt echipate cu reductor pentru gama de viteze înceată.

Maşina de frezat FPP-1,3 (fig. 4.) este construită pentru afânarea superficială a solului, mărunŃirea bulgărilor şi distrugerea buruienilor în culturile de câmp, legumicole, viticole şi pomicole, pe pajişti, în sere şi pentru mărunŃirea şi încorporarea în sol a îngrăşămintelor organice.

Freza FPP-1,3 este maşină agricolă purtată, lucrează în agregat cu tractoarele de 33 kW. Organul principal este rotorul orizontal cu cuŃite care este acoperit de o carcasă. Carcasa contribuie la mărunŃirea energică a solului, la nivelarea lui şi totodată protejează persoanele din jurul maşinii. Rotorul frezei este acŃionat de la priza de putere a tractorului prin transmisie laterală. Pe rotor sunt dispuse şapte flanşe pe care sunt fixate rigid, cu ajutorul şuruburilor, cuŃitele. Pe flanşele marginale sunt fixate câte trei cuŃite, iar pe flanşele interioare câte şase cuŃite. Dintre


65

knives have their blades on right hand, three on left hand. The knives are L-shaped curved, ensuring a uniform work of soil in working depth. Changing the rotor’s position according to soil surface is performed by means of skids with bored rods.

cele şase cuŃite trei au lama pe partea dreaptă, trei pe partea stângă. CuŃitele sunt curbate în formă de L, asigurând o prelucrare uniformă a solului în adâncimea de lucru. Modificarea poziŃiei rotorului faŃă de suprafaŃa solului se realizează cu patine având tije găurite.

Fig. 4 - Cutter FPP-1.30 / Freza FPP-1,30

The fuel consumption is an essential parameter within energetic study of technologies of preparing the germinating bed and assessing the mechanizing technologies. It is the liquid quantity passing through a pipe section. It is expressed in volume units or mass units. The apparatus used in experimental research for measuring the fuel consumption is of EDM 1404 type, (fig.5.), designing at determining the fuel consumption of Diesel engines, endowed with classical injection system, rotative injection pumps or linear injection pumps.

Consumul de combustibil este un parametru esenŃial în studiul energetic al tehnologiilor de pregătire a patului germinativ şi în evaluarea tehnologiilor de mecanizare. Este cantitatea de lichid ce trece prin secŃiunea unei conducte raportată la unitatea de suprafaŃă (l/ha). Aparatul folosit în cercetarea experimentală pentru măsurarea consumului de combustibil este de tipul EDM 1404, (fig.5.), fiind destinat determinării consumului de combustibil al motoarelor Diesel, cu sistem clasic de injecŃie, cu pompe de injecŃie rotative sau pompe de injecŃie liniare.

Fig. 6 - Scheme of measuring apparata location on tractor / Schema de amplasare a aparaturii de măsurare a consumului de combustibil pe tractor

Fig. 5 - Apparatus for measuring fuel consumption EDM 1404 / Aparatul pentru măsurat consumul de combustibil EDM 1404

1 - tractor / tractor; 2 - hoeing machine / maşina de săpat; 3 - injection pump / pompa de injecŃie; 4 - apparatus for measuring fuel consumption

/ aparat pentru măsurarea consumului de combustibil

The apparatus has two components: a flowrate sensor and a unit of data displaying. � The flowrate sensor comprises two tanks, measuring

chambers, installed on tractor’s engine between fuel tank and injection pump. The two chambers are mounted directly on fuel circuit, on both turn and return. A sensor makes the difference between the two chambers, allowing to exactly measure the spent fuel.

� The data are transmitted to electronic displaying unit, wich is fixed on a support and mounted on tractor switchboard or on tractor itself.

The scheme of location of fuel measuring apparatus on tractor is shown in figure 6. The apparatus has three independing memory levels and indicates the following data: momentary consumption in l/100km, or l/h; total consumption, in l/100km, or l/h; average speed in km/h; run distance, in km; operating hours, in h.

The soil study consisted in determining the particles dimensions and their classification per size categories. The grading analysis has been made with sieves whose holes were decreasingly sized according to surface of analyzed soil. During the researches, manual sieves, endowed with different sized holes were used. Each clategory obtained has been collected and weighed separately.

Aparatul are două componente: un senzor de debit şi o unitate de afişare a datelor măsurătorilor. � Senzorul de debit este format din două rezervoare,

camere de măsurare, instalate pe motorul tractorului, între rezervorul de combustibil şi pompa de injecŃie. Cele două camere sunt montate direct pe circuitul de combustibil, pe tur şi retur. Un senzor face diferenŃa dintre cele două camere, permiŃând măsurarea exactă a consumului.

� Datele sunt transmise la unitatea de afişare electronică, care este fixată pe un suport şi montată pe tabloul de bord al tractorului sau pe tractor. Schema de amplasare a aparatului de măsurare a

combustibilului pe tractor este prezentată în figura 6. Aparatul are trei niveluri de memorare independente şi indică următoarele date: consumul momentan, în l/100km sau l/h; consumul total, în l; consumul mediu, în l/100km sau l/h; viteza medie, în km/h; distanŃa parcursă, în km; orele de funcŃionare, în h.

Studiul solului a constat în determinarea dimensiunilor particulelor şi repartizarea lor în diferite clase de mărimi. Analiza granulometrică s-a făcut cu site de cernere, având mărimea deschiderilor în ordine descrescătoare faŃă de suprafaŃa pe care se alimentează solul analizat. La cercetări s-au folosit site manuale cu ochiuri de diferite mărimi. Fiecare clasă obŃinută s-a colectat şi s-a cântărit separat.


66

The mass of resulted fractions has been reported to initial mass of mixture, the classification of particles per grading fractions being obtained as percentage.

Working methods regarding the experimental researches in working conditions are presented in (fig. 7) [7].

Masa fracŃiunilor rezultate s-a raportat la masa iniŃială a amestecului, obŃinându-se în procente repartizarea particulelor pe fracŃiuni granulometrice.

Metodica de lucru privind cercetările experimentale în condiŃii de exploatare este prezentată în figura 7 [7].

Fig. 7 – Methods of running the experimental researches in working conditions / Metodica desfăşurării cercetărilor experimentale în condiŃii de exploatare

The soil breakage degree, Gms, represents the percentage

of soil mass with aggregates diameter less than 5 cm out of total soil amount. The breakage level has been determined by dry sieving with grading sieves.

The surfaces on which the measurements were performed have been chosen as uniformly as possible. A surface of 10 bays from a greenhouse section has been considered as representative surface. The samples were uniformly spread on parcel surface. Their sampling has been performed in zigzag along of parcel’s diagonal, in order to avoid errors. The measurements were made in 2009, in spring in greenhouses of FAREL IMPEX SRL AcăŃari farm and in greenhouses of S.C.D.P. Băneasa-Bucharest, at current soil humidity. The soil samples were taken directly from the soil hoed and cut at different working speeds at 0÷0.15 m and 0.15÷0.30 m depth.

By sieving, the clods surpassing 5 cm were separated out of samples amount. The total mass of soil sample and

Gradul de mărunŃire a solului, Gms, reprezintă procentul masei de sol cu diametrul agregatelor mai mic decât 5 cm din masa totală de sol. Gradul de mărunŃire s-a determinat prin cernere uscată cu site granulometrice.

SuprafeŃele pe care s-au realizat măsurătorile s-au ales pe cât posibil uniforme. S-a considerat suprafaŃă reprezentativă suprafaŃa a 10 travee dintr-un tronson de seră. S-au măsurat 10 de probe individuale pe fiecare suprafaŃă reprezentativă. Probele au fost repartizate uniform pe suprafaŃa parcelei. Prelevarea lor s-a făcut în zig-zag în lungul diagonalelor parcelei în scopul evitării erorilor sistematice. Măsurătorile s-au făcut în primăvara anului 2009 în serele fermei FAREL IMPEX SRL AcăŃari şi în serele S.C.D.P. Băneasa Bucureşti la umiditatea momentană a solului. Probele de sol s-au prelevat din solul săpat şi solul frezat cu diferite viteze de lucru din adâncimea de 0÷0,15 m şi 0,15÷0,30 m.

Prin cernere s-au separat din masele probelor de sol bulgării mai mari decât 5 cm. S-a măsurat masa totală a


67

soil mass without clods were measured. The measurements have been recorded in working sheets, annex 6. The mass of resulted fractions was reported to initial sample mass, obtaining the percentage of breakage degree. The arithmetic average of values measured and calculated represents the soil breakage degree for respective work. RESULTS

The breakage degree of soil dug at different working speeds into surface layer and at a certain depth is shown in Figure 8. From the graphic shown in figure one can notice that soil brakage level for germinating bed preparing in greenhouses with hoeing machine reduces along with speed increment both at surface and at depth.

probei de sol şi masa solului fără bulgări. Măsurătorile s-au trecut în fişe de lucru, anexa 6. Masa fracŃiunilor rezultate s-a raportat la masa iniŃială a probei, obŃinându-se în procente gradul de mărunŃire a solului. Media aritmetică a valorilor măsurate şi calculate reprezintă gradul de mărunŃire a solului la lucrarea respectivă. REZULTATE

Gradul de mărunŃire a solului săpat la diferite viteze de lucru, în stratul de la suprafaŃă şi în adâncime, se prezintă în figura 8. Din graficul prezentat în figură se observă că gradul de mărunŃire a solului la pregătirea patului germinativ în sere cu maşina de săpat solul se reduce cu creşterea vitezei de lucru, atât la suprafaŃă, cât şi în profunzime.

Fig. 8 - Soil breakage degree for germinating bed preparing in greenhouses

with hoeing machine MSS-1.40 at different working speeds / Gradul de mărunŃire a solului la pregătirea patului germinativ în sere cu

maşina de săpat MSS-1,40 la diferite viteze de lucru

Fig. 9 - Soil breakage degree for germinating bed preparing in greenhouses with cutter FPP-1.30 at different working speed / Gradul de mărunŃire a solului la pregătirea patului germinativ în

sere cu freza FPP-1,30 la diferite viteze de lucru

The breakage level of soil cut with different working speeds in surface layer is shown in Figure 9. It can be noticed the soil breakage degree for preparing the germinating bed in greenhouses related to cutting speed.

Gradul de mărunŃire a solului frezat la diferite viteze de lucru, în stratul de la suprafaŃă se prezintă în figura 9. Se observă micşorarea gradului de mărunŃire a solului la pregătirea patului germinativ în sere cu creşterea vitezei de lucru la frezare.

Measuring the fuel consumption for preparing the germinating bed in greenhouses has been performed at a working length of 15m according to methods of experimental research, previously specified.

The measurements consisted in: the effective working time has been timed; the fuel quantities spent by agricultural system of 1.40 m width (21 m2 surface) for 15 km have been determined.

Measuring the fuel consumption has been repeated five times for each speed step. The fuel consumption at no-load run has been measured once for each speed step. The measured data have been recorded in measuring sheet, shown in table 1.

Măsurarea consumului de combustibil la pregătirea patului germinativ în sere s–a efectuat pe lungimea de lucru de 15 m conform metodicii de cercetare experimentală precizată anterior.

Efectuarea măsurătorilor a constat în: s-au cronometrat timpii de lucru efectiv; s-au determinat cantităŃile de combustibil consumate de sistemul agricol pe parcursul de 15 m, cu lăŃimea de lucru de 1,40 m, (suprafaŃa de 21 m2).

Măsurarea consumului de combustibil s-a repetat de cinci ori pentru fiecare treaptă de viteză. Consumul mersului în gol s-a măsurat o dată pentru fiecare treaptă de viteză. Datele măsurate s-au trecut în fişa de măsurători prezentată în tabelul 1.

Table 1 / Tabelul 1

Measurements data for experimental research of fuel consumption when hoeing with MSS-1.40 / Datele m ăsurătorilor la cercetarea experimental ă a consumului de combustibil al lucr ării de s ăpare cu MSS-1,40

Measured fuel consumption / Consumul de combustibil m ăsurat Working

speed / Viteza de

lucru, [m/s]

Working time /

Timpul de lucru, [s]

Calculated working

speed / Viteza de lucru

calculat ă, [m/s]

at load operating / în sarcin ă, Ccs, [cm 3],

per / pe 21m 2

At no-load run / în gol,

Ccg, [cm 3], per / pe 21m 2

Work fuel consumption / Consumul de

combustibil pe lucrare, Ccl, [cm 3],

per / pe 21m 2

Real energetic consumption of

work / Consumul energetic real pentru lucrare,

[J] , per / pe 21m 2 x i yi

73 0.205479 95.4 27.7 67.7 2276074 73 0.205479 95.2 27.7 67.5 2269350 72 0.208333 94.2 27.7 66.5 2235730 73 0.205479 95.6 27.7 67.9 2282798

V1

74 0.202703 96.4 27.7 68.7 2309694 average /

media 73 0.205495 95.36 27.7 67.66 2274729

42 0.357143 66 27.3 38.7 1301094 V2

43 0.348837 66.4 27.3 39.1 1314542


68

43 0.348837 66.2 27.3 38.9 1307818 44 0.340909 67.2 27.3 39.9 1341438 42 0.357143 66.4 27.3 39.1 1314542

average / media 42.8 0.350574 66.44 27.3 39.14 1315887

27 0.555556 54.5 26.8 27.7 931274 30 0.5 56 26.8 29.2 981704 30 0.5 56.2 26.8 29.4 988428 29 0.517241 55.4 26.8 28.6 961532

V3

30 0.5 56.1 26.8 29.3 985066 average /

media 29.2 0.514559 55.64 26.8 28.84 969600.8

The measured values are shown in figure 10, from

which results the tendency of reducing fuel consumption for hoeing in greenhouses.

Valorile măsurate sunt prezentate în figura 10 din care reiese tendinŃa de scădere a consumului de combustibil cu creşterea vitezei de lucru la lucrarea de săpare a solului în sere.

Fig. 10 - Average of values measured for experimental research when hoeing / Average values measured in experimental research on

soil digging with MSS-1,4M / Mediile valorilor măsurate la cercetarea experimentală la săparea solului cu MSS-1,4M

Following the analysis of data registered at hoeing machine working has been found a diminishing of fuel consumption according to working speed increment from 67,66 cm3/21 m2 at l-st speed to 39,14 cm3/21 m2 at II-nd speed and at 28,84 cm3/21 m2 at III-rd speed. From graphic shown in figure 11 it results the tendency of diminishing the fuel consumption along with working speed increasing at soil hoeing.

The measurements of fuel consumption for preparing the germinating bed through cutting have been performed on 15m length and 1.30m width, namely on a hoed surface of 19.5 m2, according to experimental research method, previously specified.

The measurements consisted in: the effective working time has been timed; the fuel quantities spent by agricultural system on a processed surface of 19,5 m2.

The fuel consumption measuring has been repeated five times for each speed step. The fuel spent for no-load run has been measured once for each speed step. The resulted data have been recorded in measuring sheet shown in table 2.

Din analiza datelor înregistrate la lucrul cu maşina de săpat s-a constatat o scădere a consumului de combustibil pe măsură ce viteza de lucru a crescut, respectiv de la 67,66 cm3/21 m2 la viteza I , la 39,14 cm3/21 m2 la viteza a II-a şi la 28,84 cm3/21 m2 la viteza a III-a. Din graficul prezentat în figura 11 reiese tendinŃa de scădere a consumului de combustibil cu creşterea vitezei de lucru la lucrarea de săpare a solului.

Măsurarea consumului de combustibil la pregătirea patului germinativ prin frezare s–a efectuat pe lungimea de lucru de 15 m şi lăŃimea de 1,30 m, adică pe o suprafaŃă lucrată de 19,5 m2, conform metodicii de cercetare experimentală precizată anterior.

Efectuarea măsurătorilor a constat în: s-au cronometrat timpii de lucru efectiv; s-au determinat cantităŃile de combustibil consumate de sistemul agricol pe suprafaŃa prelucrată de 19,5 m2.

Măsurarea consumului de combustibil s-a repetat de cinci ori pentru fiecare treaptă de viteză. Consumul mersului în gol s-a măsurat o dată pentru fiecare treaptă de viteză. Datele măsurate s-au trecut în fişa de măsurători prezentată în tabelul 2.

Table 2 / Tabelul 2

Cutting fuel consumption measurements with FPP-1.30 / Rezultatele m ăsurătorilor la cercetarea experimental ă a consumului de combustibil al lucr ării de frezare cu FPP-1,30

Measured fuel consumption / Consumul de combustibil m ăsurat Working speed /

Viteza de lucru [m/s]

Working time /

Timpul de lucru , [s]

Calculated working

speed / Viteza de lucru

calculat ă, [m/s]

at load operating / în sarcin ă,

Ccs, [cm 3], per / pe [19,5m 2]

At no-load run / în gol, Ccg,

[cm 3], per / pe [19,5m 2]

Soil work fuel consumption / Consumul de

combustibil pentru lucrare, Ccl, [cm 3], per / pe [19,5m 2]

Soil work real energy consumption /

Consumul real de energie pentru lucrare, [J], per / pe [19,5m 2]

x i yi 28 0.535714 46 27.7 18.3 615246 30 0.5 46.2 27.7 18.5 621970 31 0.483871 46.4 27.7 18.7 628694 29 0.517241 46 27.7 18.3 615246

V1

32 0.46875 46.8 27.7 19.1 642142 Average I /

media I 30 0.501115 46.28 27.7 18.58 624659.6

25 0.6 44.6 27.4 17.2 578264 26 0.576923 44.9 27.4 17.5 588350

V2

29 0.517241 45.6 27.4 18.2 611884


69

27 0.555556 45.2 27.4 17.8 598436 25 0.6 44.6 27.4 17.2 578264

Average II / media II 26.4 0.568182 44.98 27.4 17.58 591039.6

17 0.882353 43.6 27.1 16.5 554730 16 0.9375 43.4 27.1 16.3 548006 15 1 43.2 27.1 16.1 541282 17 0.882353 43.7 27.1 16.6 558092

V3

18 0.833333 43.9 27.1 16.8 564816 Average III /

media III 16.6 0.907108 43.56 27.1 16.46 553385.2

The measured values shown in figure 12 prove the

fuel diminishing tendency along with working speed increasing during the soil cutting.

Valorile măsurate sunt prezentate în figura 11, din care reiese tendinŃa de scădere a consumului de combustibil cu creşterea vitezei de lucru la lucrarea de frezare a solului.

Fig. 11 - Average fuel consumption measured at soil cutting with FPP-1.30 /

Mediile consumurilor de combustibil măsurate la frezarea solului cu FPP-1,30

The data obtained at experimental research allow the analysis of fuel consumption measured during the work for the three speed steps. The average of measured fuel consumption are shown in table 3.

The energetic balance of systems is rather important, namely the share of fuel spent at no-load run from whole fuel spent, noted with Pg-t, and the total energy yield for the respective operation, Cfe.

The fuel consumption share for no-load run out of entire consumption is calculated with formula:

Datele obŃinute la cercetarea experimentală permit analizarea consumului de combustibil la mersul în gol şi în lucru, pentru cele trei trepte de viteze. Mediile consumurilor de combustibil măsurate sunt trecute în tabelul 3.

Prezintă interes stabilirea bilanŃului energetic al sistemelor, adică ponderea consumului de combustibil la mersul în gol în totalul combustibilului consumat, notat cu Pg-t, şi randamentul de folosire a energiei totale pentru lucrarea propriu-zisă, Cfe.

Ponderea consumului de combustibil la mersul în gol din totalul de combustibil consumat se calculează cu formula:

%.100⋅=− Ccs

CcgP tg

(1)

The yield of using the whole energy can be calculated with the relation:

Randamentul de folosire a energiei totale pentru lucrarea propriu-zisă se poate calcula cu relaŃia:

%.100⋅−=Ccs

CcgCcsC fe

(2)

The notations from relations (1) and (2) correspond to those recorded in measuring sheets, respectively: Ccs is the fuel consumtion measured in load run, cm3 ; Ccg-fuel consumption measured at no-load run.

Table 3 contains the calculated values of fuel consumption share at no-load run, out of total fuel quantity and energetic yield for proper operation.

NotaŃiile din relaŃiile (1) şi (2) corespund celor din fişele de măsurători, respectiv: Ccs este consumul de combustibil măsurat în sarcină, cm3; Ccg – consumul de combustibil măsurat la mersul în gol.

Tabelul 3 conŃine valorile calculate ale ponderii consumului de combustibil la mersul în gol, din totalul de combustibil şi randamentul de folosire a energiei de către sistem pentru lucrarea propriu-zisă.

Table 3 / Tabelul 3

Arithmetic average of fuel consumption experimental ly determined for speeds and agricultural machines study / Mediile aritmetice ale consumurilor de combustibil determinate pe cale experimental ă pentru vitezele şi maşinile agricole studiate

FPP-1,30, a=0,2m MSS-1,40, a=0,3m Ccg, cm 3 Ccs, cm 3 Pg-t,% c fe, % Ccg, cm 3 Ccs, cm 3 Pg-t,% c fe,%

v1 27.7 46.28 59.85 40.14 27.7 95.36 29.04 70.95 v2 27.4 44.98 60.91 39.08 27.3 66.44 41.08 58.91 v3 27.1 43.56 62.21 37.78 26.8 55.64 48.16 51.83

Average / media 27.4 44.94 60.99 39.00 27.26 72.48 39.43 60.56

Based on these values were built graphs presented in Figure 12.

Pe baza acestor valori s-au construit graficele prezentate în figura 12.


70

Fig. 12 - Real fuel consumption of no-load run and load run for hoeing and cutting in order to prepare germinating bed in greenhouses / Consumurile reale de combustibil ale deplasărilor în gol şi în sarcină pentru efectuarea lucrării de săpare şi frezare la pregătirea patului

germinativ în sere

From diagram presented in figure 12 can be noticed the fuel consumption reduction along with speed increment both at no-load run and load run. But, from diagrams of figures 13 and 14 it results that share of real no-load run consumption out of real consumption at load-run increases along with speed increment, and the yield of total energy utlization for the proper operation decreases according to working speed increment at both agricultural systems studied.

Din diagramele prezentate în figura 12 se remarcă scăderea consumului de combustibil cu creşterea vitezei de lucru, atât la mersul în gol, cât şi în sarcină. Însă din diagramele din figurile 13 şi 14 se constată că ponderea consumului real în gol din consumul real în sarcină creşte cu creşterea vitezei, iar randamentul folosirii energiei totale pentru lucrarea propriu-zisă scade în funcŃie de creşterea vitezei de lucru la ambele sisteme agricole studiate în cercetarea experimentală.

Fig. 13 - Variation of fuel consumption share at no-load run in

comparison of total fuel spent during hoeing and cutting in greenhouses, depending on working speed / VariaŃia ponderii consumului de

combustibil la mersul în gol din totalul de combustibil consumat la săpare şi frezare în sere, în funcŃie de viteza de lucru

Fig. 14 - Variation of total energy using yield for proper operation in greenhouses, depending on working speed /

VariaŃia randamentul de folosire a energiei totale pentru lucrarea propriu-zisă în sere, în funcŃie de viteza de lucru

Determination of specific energy consumption - real

and in empty, for the two task of preparation of the germinative bed work in greenhouses is of interest. The calculated values are shown in Table 4.

Prezintă interes determinarea consumurilor specifice de energie reale în gol şi în sarcină pentru cele două lucrări de pregătire a patului germinativ în sere. Valorile calculate se prezintă în tabelul 4.

Table 4 / Tabelul 4

Average specific consumption of hoeing and cutting operations / Consumurile specifice medii ale lucr ărilor de s ăpare şi frezare

Studied papers / Lucr ări studiate

Specific real consumption at no-load run / Consum specific

real în gol, [J/m 2]

Specific real consumption at load run / Consum specific

real în sarcin ă, [J/m 2] Cfe,%

MSS-1,40, a=0,3m 43652.63 116037 62.38043 FPP-1,30, a=0,2m 47240.41 77481.17 39.02982

The specific average consumption of hoeing and

cutting operations determined for experimental research are shown in figure 15. From the diagram it resuts that the energy required by hoeing has a better yield, respectively 62,38%, than cutting work-39,02%. Therefore, neglecting the hoeing machine in technology of preparing the germinating bed in greenhouses is not recommended.

Specific energetic consumptions for agricultural machines at no-run load, of 43652.63 J/m2 amount, representing approximately 37,6% out of total specific

Consumurile specifice medii ale lucrărilor de săpare şi frezare determinate în cercetarea experimentală sunt prezentate în figura 15. Din diagrame reiese că energia introdusă în sistem la lucrarea de săpare se utilizează cu un randament mai bun, respectiv 62,38%, decât în cazul lucrării de frezare, când acesta este de 39,02%. Rezultă că neglijarea maşinii de săpat solul în tehnologia pregătirii patului germinativ în sere nu se justifică.

Deosebit de importante sunt consumurile energetice specifice pentru deplasarea în gol a sistemelor agricole considerate, care au valori de 43652.63 J/m2, reprezentând 37,6% din


71

consumption with hoeing machine and of 47240.41 J/m2, representing about 61% out of soil work with cutter are extremely important.

Therefore, finding the best solution of displacement but also designing or purchasing new lighter agricultural machines can contribute at reducing specific fuel consumption for preparing the germinating bed in greenhouses.

consumul specific total al lucrării cu maşina de săpat şi de 47240.41 J/m2, reprezentând aproximativ 61% din consumul specific total la lucrarea solului cu freza agricolă.

Din acest motiv găsirea celei mai bune soluŃii de deplasare, dar şi proiectarea sau achiziŃionarea unor echipamente agricole mai uşoare pot contribui la reducerea consumului specific de combustibil la lucrările de pregătire a patului germinativ în sere.

Fig. 15 - Specific average comsumption at hoeingand cutting / Consumurile specifice medii ale lucrărilor de săpare şi frezare în sere

CONCLUSIONS • The performance criterion of agricultural machine-

tractor system is chosen among assessing indicators of equipment of group of machines, namely the energy consumption involved in preparing germinating bed in greenhouses, criteria which extend also to technology variants able to be applied at soil work, so that finally, the optimum variant be chosen.

• Following the analysis of depth and working speed on total energetic consumption it has been found that for hoeing machine these parameters decrease along with working depth increment, similarly to cutting operation. In all cases, the power consumption for soil cutting is bigger than for hoeing. The same results is obtained in case of specific energetic consumption, namely the cutter is a bigger energetic consumer than the hoeing machine, so that hoeing machine utilization is justified by soil profound breaking.

• Within the experimental research methods, the agricultural systems have run at three working speeds, both at no-load run and load run. The fuel consumption has been measured for 15m length, previously marked and for which the running times and fuel spent values have been registered. The no-load run consumption has been measured a single time for each speed step and for load run -5 tests for each speed have been performed.

• Fuel consumption measurements were preceded by measurements of penetrating resistance and soil humidity, being followed by checking the soil breakage level. The samples for determining the breakage degree were taken after hoeing and cutting at different working speeds of 0÷0,15 m and 0,15÷0,30 m. By sieving, out of sample matter have been separated clods bigger than 5 cm, prevoiusly weighing the sample total mass and afterwards the soil matter without clods. The best brakage degree is considered to be obtained both at hoeing (96,37%) and cutting (98,13%) for smaller working speeds (0,2 m/s at hoeing and 0,5 m/s at cutting).

CONCLUZII • Criteriul de performanŃă al sistemului maşină agricolă-tractor-sol se alege dintre indicatorii de aprecierea utilajelor din sistema de maşini, care în acest caz va fi consumul de energie în procesul de prelucrare a patului germinativ în sere, criterii care se extinde şi asupra variantelor de tehnologii posibile de a fi aplicate la lucrarea solului în aceste spaŃii, astfel încât în final să se aleagă varianta optimă pentru o situaŃie dată. • Din analiza influenŃelor adâncimii şi vitezelor de lucru asupra consumurilor energetice totale se constată că la maşina de săpat acestea scad cu creşterea vitezei şi cresc cu creşterea adâncimii de lucru, situaŃie similară şi în cazul lucrării cu freza. Se mai constată în toate cazurile consumul energetic la lucrarea solului cu freza este mai mare decât în cazul lucrării cu maşina de săpat. Acelaşi rezultat se obŃine şi în cazul consumului energetic specific, adică freza este un consumator energetic mai mare decât maşina de săpat pentru condiŃii identice de lucru, astfel că folosirea maşinii de săpat se justifică în mobilizarea aprofundată a solului. • În cadrul metodicii de cercetare experimentală în exploatare sistemele agricole s-au deplasat cu trei viteze de lucru, atât în gol cât şi în sarcină. Măsurarea consumului de combustibil s-a făcut pe lungimea de 15 m, jalonată în prealabil, pentru care s-au înregistrat timpii de deplasare şi valorile consumurilor de combustibil. Consumul mersului în gol s-a măsurat o dată pentru fiecare treaptă de viteză iar la deplasarea în lucru s-au făcut câte 5 probe la fiecare viteză. • Măsurările consumului de combustibil au fost precedate de măsurarea rezistenŃei la penetrare şi umidităŃii solului şi urmate de verificarea gradului de mărunŃire a acestuia. Pentru gradul de mărunŃire probele de sol s-au prelevat în urma lucrărilor de săpare şi frezare cu diferite viteze de lucru, din adâncimile de 0÷0,15 m şi 0,15÷0,30 m. Prin cernere s-au separat din masele probelor bulgării mai mari de 5 cm, cântărindu-se in prealabil masa totală a probei şi ulterior masa solului fără bulgări. Se constată că cel mai bun grad de mărunŃire se obŃine atât la săpat (96,37%), cât şi la lucrarea cu freza (98,13%) la vitezele cele mai mici de lucru (0,2 m/s la săpat şi 0,5 m/s la lucrul cu freza).


72

• It has been found a reduction of fuel consumption along with speed increasing, respectively from 67.66 cm3/21 m2 at I-st speed, to 39.14 cm3/21 m2 at II-nd speed and at 28.84 cm3/21 m2 at III-rd speed, and test F confirms the manner in wich working speed influences the energetic consumption.

• Tillage with the cutter FPP-1.30 was done on the length of 15 m and 19.5 m2 area, by a method similar to that used in digging machine (three gears, a measurement in empty running and five measurements in working at each gear). And in this case is found a decrease in fuel consumption with increasing of working speed from 18.58 cm3 at I-st gear step, to 17.58 cm3 in the II-nd gear step and 16.46 cm3 at the III-rd gear step, and F-test confirms that the rate of working speed influences the energy consumption of the work.

• The specific energetic consumption for no-load run of agricultural machines considered are extremely important, namely of 43652.63 J/m, representing 37,62% out of total specific consumption of hoeing operation and 47240.41 J/m2 representing about 61% out of total specific consumption of cutting operation. Therefore, finding the optimum running solutions and designing and purchasing lighter agricultural equipment can contribute at reducing the specific fuel consumption for preparing the germinating bed works in greenhouses.

REFERENCES [1]. Brătucu, Gh. (1999) – Agricultural Technology, Transilvania University of Brasov Publishing, ISBN 973-9474-04-7; [2]. Cojocaru, I., Marin, E. (2005) – Researches Regarding the realization of technical equipments for agriculture worcks in greenhouses, INMATEH II 2005, p. 21-31, ISSN 1583-1019, INMA Bucharest, Romania. [3]. Mitroi, A., Udroiu, A., Epure, D.G., Imireanu, A. (2007) – Posibilities of fuel consumption reduction for agriculture cults technologies, Simposium Sustenable.Solutions and Perspectives, INMATEH 2007-II, p. 109-115, ISSN 1583-1019, Bucharest, Romania; [4]. Naghiu, A. (2006) – Energetical Base for Agriculture and Sylviculture, Risoprint Publising, Cluj-Napoca, Romania. [5]. Pásztor, J., Brătucu, Gh., Jakab, S. (2008) – Aspects regardingf the physical-mechanical characteristics of the soil from greenhouses, International Conference on New Research in Food and Tourism, Bioatlas, Vol. 2, p. 485-490, ISSN 1841-642X, Braşov, Romania, 2008; [6]. Pasztor, J., Brătucu Gh. (2007) – Actual Aspects of Plants Cultivation in Greenhouses from Romania, Szmpozium Maecanization Technologies and technical Echipments for Agriculture and Food Industry harmonizet to the U.E practice, INMATEH 2007-III, p. 173-182, ISSN 1583-1019, Bucharest, Romania; [7]. Pásztor, J., Brătucu Gh.: Researches about the kinetics and the dynamics of the machines for preparing the seedbeds in greenhouses, International Conference on New Research in Food and Tourism, Bioatlas, Vol. 2, p. 478-484, ISSN 1841-642X, Brasov, Romania, 2008.

• Din analiza datelor înregistrate la lucrul cu maşina de săpat s-a constatat o scădere a consumului de combustibil pe măsură ce viteza de lucru a crescut, respectiv de la 67,66 cm3/21 m2 la viteza I, la 39,14 cm3/21 m2 la viteza a II-a şi la 28,84 cm3/21 m2 la viteza a III-a, aspect confirmat şi prin verificarea cu testul statistic F. • Lucrarea solului cu freza FPP-1,30 s-a făcut pe lungimea de 15 m şi suprafaŃa de 19,5 m2, după o metodică similară cu cea folosită la maşina de săpat (3 trepte de viteze, o măsurare în gol şi 5 măsurări în lucru la fiecare treaptă). Şi în acest caz se constată o scădere a consumului de combustibil cu creşterea vitezei de lucru, de la 18,58 cm3 la viteza I, la 17,58 cm3 la viteza a II-a şi 16,46 cm3 la viteza a III-a, iar testul F confirmă că viteza de lucru influenŃează consumul energetic al lucrării. • Deosebit de importante sunt consumurile energetice specifice pentru deplasare în gol a sistemelor agricole considerate, care au valori de 43652,63 J/m2 reprezentând 37,62% din consumul specific total al lucrării la lucrarea solului cu maşina de săpat şi de 47240,41 J/m2 reprezentând aproximativ 61% din consumul specific total la lucrarea solului cu freza agricolă. Din acest motiv găsirea celei mai bune soluŃii de deplasare, dar şi proiectarea sau achiziŃionarea unor echipamente agricole mai uşoare pot contribui la reducerea consumului specific de combustibil la lucrările de pregătire a patului germinativ în sere. BIBLIOGRAFIE [1]. Brătucu, Gh. (1999) - Tehnologie agricolă, Editura UniversitatăŃii Transilvania din Braşov, ISBN 973-9474-04-7; [2]. Cojocaru, I., Marin, E. (2005) - Cercetări privind realizarea unor echipamente tehnice destinate lucrărilor în sere, INMATEH II 2005, pag. 21-31, ISSN 1583-1019, INMA Bucuresti, 2005. [3]. Mitroi, A., Udroiu, A., Epure, D.G., Imireanu, A. (2007) - PosibilităŃi de reducere a consumului de combustibil pentru culturi agricole, Simpozion Agricultura durabilă. SoluŃii şi perspective, INMATEH 2007-II, pag. 109-115, ISSN 1583-1019, Bucureşti, România; [4]. Naghiu, A. (2006) - Baza energetică pentru agricultură şi silvicultură, Editura Risoprint, Cluj-Napoca, 2006. [5]. Pásztor, J., Brătucu, Gh., Jakab, S. (2008) – Aspecte privind caracteristicile fizico-mecanice ale solurilor din sere, ConferinŃa InternaŃională Cercetări Noi in AlimentaŃie şi Turism, Bioatlas, vol. 2, pag. 485-490, ISSN 1841-642X, Braşov, Romania, 2008. [6]. Pasztor, J., Brătucu Gh. (2007) - Aspecte actuale ale cultivării plantelor în serele din România, Simpozion Tehnologii de mecanizare şi echipamente tehnice pentru agricultură şi industria alimentară armonizată la practica U.E., INMATEH 2007-III, pag. 173-182, ISSN 1583-1019, Bucureşti, România. [7]. Pásztor, J., Brătucu Gh. (2008) – Cercetări privind cinematica şi dinamica maşinilor de pregătit patul germinativ în sere, ConferinŃa InternaŃională Cercetări Noi in AlimentaŃie şi Turism, Bioatlas, Vol. 2 pag. 478-484, ISSN 1841-642X, Brasov, Romania, 2008.


73

CONTRIBUTIONS TO STUDY OF KINEMATICS AND DYNAMICS O F VIBRATING

CONVEYORS ENDOWED WITH NON-BALANCED MASS MECHANISM /

CONTRIBUłII PRIVIND STUDIUL CINEMATICII ŞI DINAMICII TRANSPORTOARELOR VIBRATOARE CU MECANISME CU MASE NEECHILIBRATE

Ph.D. Stud. Br ăcăcescu C. 1), Prof. PhD. Eng. Popescu S. 2), Prof. Ph.D. Eng. Schillaci G. 3)

1)INMA Bucharest, 2)Transilvania University of Braşov; 3) University of Catania

Tel: 0727.951.524; Fax:021/269.32.73; E-mail: [email protected]

Abstract: The paper presents the constructive-functional scheme and the fundamental scheme, the calculation scheme, the movement equation of conveyor with vibrating plate (chute) centrifugally driven by means of exccentric masses and power required to drive them (in various lengths). Keywords: non-balamced masses, oscillating movement, vibrating frame INTRODUCTION Conveyors with (flat) vibrating frame represent transport systems whose surface linear vibrations (chute or flat sieve) are generated by a mechanism endowed with non-balanced masses attached to frame [1, 4]. The basis scheme of an oscillating conveyor is shown in Figure 1, the system being formed of frame 2, whose vibrations are initiated by a system with 2 non-balamced masses 1, mounted on axles which are continously rotated, in opposite directions by an electric engine.

Rezumat: Articolul prezită schema constructiv - funcŃională şi schema de principiu, schema de calcul, ecuaŃia de mişcare a transportorului cu placă (jgheab) vibrant cu acŃionare centrifugală cu mase excentrice şi puterea necesară pentru acŃionarea acestora (la diferite lungimi). Cuvinte cheie: mase neechilibrate, mişcare oscilatorie, site vibratoare INTRODUCERE

Transportoarele cu cadru (plan) vibrant reprezintă sisteme de transport la care vibraŃiile liniare ale suprafeŃei vibrante (jgheab sau sită plană) sunt genarate prin intermediul unui mecanism cu mase neechilibrate ataşat cadrului [1, 4]. Schema de bază a unui transportor oscilant este prezentată în figura 1, sistemul fiind format din cadrul 2 ale cărui vibraŃii sunt realizate printr-un sistem cu două mase neechilibrate 1, montate pe arbori care se rotesc sincron, în sensuri contrare prin acŃionare de către un motor electric.

Fig. 1 - Fundamental scheme of an vibrating conveyor endowed with driving system with 2 non-balanced masses /

Schema de principiu a unui transportor vibrant cu sistem de antrenare cu 2 mase neechilibrate

During the transport achieved by vibrations, the

matter detaches from the supporting surface (chute, sieve) and follows a throwing path (second degree curve), the transport process and stages of matter particles displacement on vibrating surface being presented in scheme of Figure 2 [3].

În faza de transport prin vibrare materialul se desprinde de suprafaŃa de sprijin (jgheab, sită) şi se deplasează pe o traiectorie (parabolă) de aruncare, procesul de transport şi fazele deplasării particulelor de material pe suprafaŃa masei vibratoare fiind prezentate în schema din figura 2 [3].

Fig. 2 - Vibration transport by the micro-cast principle / Transportul prin vibraŃii după principiu micro-aruncării


74

MATERIALS AND METHOD Figure 3 shows the constructive-functional scheme of

a vibrating conveyor with non-balanced centrifugal masses. The vibrating frame (chute, sieve) 4 is freely hung on elastic elements 1 and receives oscillations from centrifugal vibrator endowed with eccentric masses 3. This vibrator comprises 2 eccentric masses m=m0/2 which develop centrifugal forces F(t)/2. The location of electromecanic driving system is chosen in relation with the disturbance force trajectory that should cross the mass centre (c.g.) of the whole system, eliminating this way the additional oscillations of tubes, which determine the disturbance, of normal harmonical movement law. When the vibrating sieve (chute) elastical suspensions 1 are broken, the protection shoe 6 is provided. The sleeves 2 and 5 are used for loading and unloading.

The reduced rigidity of frame’s suspension ensures a post-resonance of the system and eliminantes the transfer of big dynamic loads to supports. Within the postresonating operating regime the rotation frequency of the two masses m0 is far smaller than the own frequency of oscillating system.

MATERIALE ŞI METODA În figura 3 este prezentată schema constructiv - funcŃională

a unui transportor vibrator cu mase centrifugale neechilibrate. Cadrul vibrant (jgheab, sită) 4 este suspendat liber pe elementele elastice 1 şi primeşte oscilaŃii de la vibratorul centrifugal cu mase excentrice 3. Acest vibrator este format din 2 mase excentrice m= m0/2, care dezvoltă fiecare forŃele centrifugale F(t)/2. Locul de plasare al sistemului de acŃionare electromecanic se alege în aşa fel încât direcŃia forŃei perturbatoare să treacă prin centrul de masă (c.g) al întregului sistem, eliminând prin aceasta posibilitatea oscilaŃiilor suplimentare ale tuburilor, care astfel produc perturbarea legii armonice normale de mişcare. În cazul ruperii suspensiilor elastice 1 ale sitei (jgheabului) vibrant este prevăzută talpa de protecŃie 6. Pentru încărcare şi descărcare se folosesc manşoanele gofrate 2 şi 5.

Rigiditatea mică a suspensiei cadrului asigură un reglaj postrezonant al sistemului şi elimină transmiterea sarcinilor dinamice mari la reazeme. În regimul de funcŃionare postrezonant frecvenŃa de rotaŃie a celor două mase m0 este cu mult mai mică decât frecvenŃa proprie a sistemului oscilant.

Fig. 3 - Constructive-functional scheme of vibrating conveyor with balanced masses /

Schema constructiv funcŃională a transportorul vibrator cu mase neechilibrate

Calculation scheme of conveyor endowed with vibrating free plate, driven by a centrifugal system with non-balanced rotating masses is shown in Fig. 4. The reduced mass (equivalent) m of vibrating system oscillates in direction S under the action of disturbing force F(t) of driving mechanism with non-balanced masses.

Schema de calcul a transportorului cu placă vibrantă cu un grad de libertate, acŃionate printr-un sistem centrifugal cu mase rotitoare neechilibrate, este prezentată în figura 4. Masa redusă (echivalentă) m a sistemului vibrant oscilează în direcŃia S sub acŃiunea forŃei perturbatoare F(t) a mecanismului de acŃionare cu mase neeechilibrate.

Fig. 4 - Scheme of dynamic calculation of conveyor endowed with free vibrating plate / Schema de calcul dinamic a transportorului cu placă vibrantă cu un grad de libertate


75

An external resisting force F(c, µ) opposes to oscillating mass movement m, this force appearing at the level of connecting elastic elements with damping system. Because this force reaches 85÷90 % out of the amount of resistance forces, within the dynamic calculations are introduced correction coefficients for external resisteance forces of loading movement on the vibrating frame.

The reduced (equivalent) mass m of system elements, which perform the oscillating movement is calculated with the relation:

Mişcării masei oscilante m i se opune forŃa externă de rezistenŃă F(c, µ) care apare în elementele de legătură elastice cu amortizare. Întrucât această forŃă ajunge la 85÷90 % din suma forŃelor de rezistenŃă, în calculele dinamice se introduc coeficienŃi de corecŃie pentru forŃele externe de rezistenŃă ale mişcării încărcăturii pe cadrul vibrant.

Masa redusă (echivalentă) m a elementelor sistemului care efectuează mişcarea oscilatorie se calculează cu relaŃia:

(1)

where: ms is equivalent mass of vibrating frame and other components connected to it; kîn = 0.1…0.25 – reducing factor of loading mass for frame mass [4]; mîn – mass of loading material on the vibrating frame (chute, sieve).

For the connecting elastic elements with viscous damping, the damping hypothesis through viscous friction is generally used, the external resisteance force F(c, µ) being given by the relation (2):

în care: ms este masa echivalentă a cadrului vibrant şi a celorlalte piese legate de acesta; kîn = 0,1÷0,25 – coeficientul de reducere a masei încărcăturii la masa cadrului [4]; mîn - masa materialului încărcăturii aflată pe cadrul vibrant (jgheab, sită.

Pentru elementele elastice de legătură cu amortizare vâscoasă, în cazul general se foloseşte ipoteza amortizării prin frecare vâscoasă, forŃa externă de rezistenŃă F(c, µ) fiind dată de relaŃia:

.

),( SccScF µµ += (2)

where: c is the elastic elements rigidity with viscous damping; µ – damping factor by internal friction (for rubber, µ = 0.001 s).

Taking into account D’Alembert principle applied to vibrating system from Fig. 4, it can be obtained the differential movement equation of reduced mass m, namely:

în care: c este rigiditatea elementelor elastice de legătură cu amortizare vâscoasă; µ – factorul de amortizare prin frecare internă (pentru cauciuc, µ = 0,001 s).

În baza principiului lui D’Alembert aplicat sistemului vibrant din figura 4 se obŃine ecuaŃia diferenŃială de mişcare a masei reduse m, care are forma:

),()(..

µcFtFSm −= (3)

Integrating together the equations (2) and (3) we obtain the movement equation as an equation form allowing to analyze and easily calculate the vibrating frame conveyors, considered as vibrating single mass systems, namely:

Rezolvând împreună ecuaŃiile (2) şi (3), se obŃine ecuaŃia de mişcare într-o formă care permite analiza şi calculul comod al transportoarelor cu cadru vibrant, considerate sisteme vibrante cu o singură masă, care are forma:

)(...

tFcSScSm =++ µ (4)

In compliance with the dynamic calculation scheme given in Figures 2 and 3, the disturbance centrifugal force F(t), which determines the reduced mass oscillation, taking into consideration the transport movement (S) and relative movement (S0) is given by the relation:

În conformitate cu schema dinamică de calcul dată în figurile 2 şi 3, forŃa perturbatoare centrifugală F(t), care provoacă oscilaŃia masei reduse, cu luarea în considerare a mişcării de transport (S) şi a mişcării relative (S0), este dată de relaŃia:

)()(..

0

..

0 SSmtF +−= (5)

where 0

..

S is component of centrifugal acceleration appearing as a result of rotation of each of two masses 0,5 m0 of centrifugal vibrator. View the fact that the relative displacement of each mass (0.5 m0) towards S (Fig. 2) is equal to ,trS ω= sin0

then the relations for speed 0

.

S and acceleration 0

..

S are:

trS ωω cos0

.

= ,

trS ωω sin20

..

−= where: r is the non-balanced masses cam lift; ω- rotation frequency of non-balanced masses.

Using the relations (4) and (5), we can obtain the movement equation of conveyor with vibrating plate (chute) centrifugally driven by means of exccentric masses, namely:

unde 0

..

S este componenta acceleraŃiei centrifuge care apare ca urmare a rotaŃiei fiecărei din cele două mase 0,5 m0 a vibratorului centrifugal.

Deoarece deplasarea relativă a fiecăreia din mase (0,5 m0) în direcŃia S (fig. 2)este egală cu ,trS ω= sin0

relaŃiile pentru calculul vitezei 0

.

S şi acceleraŃiei 0

..

S sunt:

trS ωω cos0

.

= ,

trS ωω sin20

..

−= în care: r este excentricitatea maselor neechilibrate; ω – frecvenŃa de rotaŃie a maselor neechilibrate.

Folosind relaŃiile (4) şi (5), se poate obŃine ecuaŃia de mişcare a transportorului cu placă (jgheab) vibrant cu acŃionare centrifugală cu mase excentrice, care are forma:

trmcSScSmm ωωµ sin)( 20

...

0 =+++ (6)

ininS mkmm +=


76

The particular solution for this differential equation for steady oscillations has the form:

SoluŃia particulară a acestei ecuaŃii diferenŃiale pentru oscilaŃii stabilizate are forma din relaŃia:

)sin( stAS ϕω −= (7)

where: A is the amplitude of system forced oscillations; φS – angle of phase difference between the

displacement directions S şi S0. By similarity with equation (4) resolution, differenciating

relation (7) and replacing speed .

S and acceleration ..

S of

oscillations in equation (6), we obtain an identity. Identifying with zero the factors of functions sin ωt and cos ωt and solving a system of two equations with two unknowns , the following solutions are obtained:

în care: A este amplitudinea oscilaŃiilor forŃate ale sistemului; φS – unghiul de defazaj între direcŃiile deplasării S

şi S0. Prin analogie cu rezolvarea ecuaŃiei (4), diferenŃiind

relaŃia (7) şi înlocuind viteza.

S şi acceleraŃia ..

S oscilaŃiilor

în ecuaŃia (6), se obŃine o identitate. Prin egalarea cu zero a factorilor de pe lângă funcŃiile sin ωt şi cos ωt şi rezolvând un sistem de două ecuaŃii cu două necunoscute, se obŃin soluŃiile:

220

222220 )(/ ωωωµω mmccrmA −−+= (8)

20

2 ωωωµϕ

mmc

carctgs −−

= (9)

Amplitude A of oscillations of vibrating frame depends on the rotation frequency ω of non-balanced masses, having the maximum value of Amax for a frequency

,)/( 01 mmcp +==ω when the angle of phase

difference φS = π/2, namely:

Amplitudinea A a oscilaŃiilor cadrului vibrant depinde de frecvenŃa de rotaŃie ω a maselor neechilibrate, având valoarea maximă Amax pentru frecvenŃa

,)/( 01 mmcp +==ω când unghiul de defazaj φS = π/2,

adică:

)/(0max crmA ⋅= µω (10)

Replacing the particular solution in relation (5) we obtain the expression of system disturbance force :

Înlocuind soluŃia particulară în relaŃia (5) se obŃine expresia forŃei perturbatoare a sistemului :

)sin()]sin(sin[)( 220 ψωϕωωωω −=−+= tFtAtrmtF s (11)

Amplitude F of disturbance force and angle of phase difference ψ between the force and non-balanced masses shifting from relation (11) are unknown. If in equation (11) the relation (8) and (9) are replaced and solved through the method above, the sizes for which we looked can be found:

Amplitudinea F a forŃei perturbatoare şi unghiul de defazare ψ dintre forŃa şi decalarea maselor neechilibrate din expresia (11) sunt necunoscute. Dacă în ecuaŃia (11) se înlocuiesc relaŃiile (8) şi (9) şi se rezolvă prin metoda prezentată anterior, se obŃin mărimile căutate, adică:

220

2222

222222

0 )(

)(

ωωωµωωµ

mmcc

mccrpmF

−−+−+= (12)

))(( 20

22222

30

ωωωωµµωψ

mmcmcc

cmarctg

−−−+= (13)

The disturbance forces of driving system with non-balanced masses reaches its maximum value at a rotation frequency ,)/( 01 mmcp +==ω and by increasing

the rotative speed it decreases and minifies for a

frequency of ./ mcp ==ω

For an oscillation cycle the disturbance force mechanical work is given by the integral relation:

ForŃa perturbatoare a sistemului de antrenare cu mase neechilibrate are valoarea maximă la frecvenŃa de

rotaŃie ,)/( 01 mmcp +==ω iar prin creşterea

turaŃiei micşorează şi devine minimă pentru frecvenŃa

./ mcp ==ω

Pentru un ciclu al oscilaŃiilor lucrul mecanic al forŃei perturbatoare este dat de integrala din relaŃia:

∫=T

dtdt

dStFW

0

)( (14)

where T = 2π/ω is the period of non-balanced masses rotation. Replacing within the integral relation the equation

(11) and determining the speed .

S .

S = dS/dt from relation

(7) we obtain:

unde T = 2π/ω este perioada unei rotaŃii a maselor neechilibrate. Substituind în expresia integralei ecuaŃia

(11) şi determinând viteza .

S .

S = dS/dt din relaŃia (7) se

obŃine:

∫ −=−−=ωπ

ψϕπϕωψωω/2

0

)sin()cos()sin( ss FAdtttFAW (15)

By means of known relations (8), (9), (12) and (13) the expression for mechanical work calculation is obtained:

Cu ajutorul relaŃiilor cunoscute (8), (9), (12) şi (13) se obŃine expresia pentru calculul lucrului mecanic:


77

220

222

5220

)( ωωωµωπµ

mmcc

rcmW

−−+= (16)

The power (in kW) necessary for ensuring the driving of vibrating plate conveyor, endowed with self balanced driving system, in case of a steady regime is established by taking into account the transmission output:

Puterea (în kW) necesară pentru asigurarea funcŃionării transportorului cu placă vibrantă, echipat cu acŃionare cu autoechilibrare, în cazul unui regim stabilizat, se stabileşte cu luarea în considerare a randamentului transmisiei:

100021000 πωW

T

WP == [kW] (17)

In case of a postresonance adjustment the amplitude can be determined with the aproximative relation [4]:

În cazul unui reglaj postrezonant, amplitudinea poate fi determinată cu relaŃia aproximativă [4]:

rmmA )/( 0≈ (18)

Determining the resistance forces generated in the connecting elastic elements with damping is a very complicate problem for each type of conveyor and driving system. In order to approximately calculate the power (in kW) of electrical driving engine, which, generally is chosen with a bigger starting torque m the following general formulae, can be recommended [4]: - for conveyors with length L ≤ 10 m:

Determinarea forŃelor de rezistenŃă care iau naştere în elementele de legătură elastice cu amortizare este complicată şi constituie o problemă de sine stătătoare pentru fiecare tip de transportor şi sistem de antrenare. Pentru calculul aproximativ al puterii (în kW) a motorului electric de acŃionare, care, de regulă, se alege cu un m cuplu mare de pornire, pot fi recomandate următoarele formulele generale [4]: - pentru transportoare cu lungimea L ≤ 10 m :

4103 10)36,0/( −− ⋅+≈ ηHLkQgcP tr [kW] (19)

- for conveyors with length L > 10 m: - pentru transportoare cu lungimea L > 10 m:

41043 10]36,0/)10(10[ −− ⋅+−+≈ ηHkLkQgcP TP

[kW] (20)

where: ctr is the coefficient of loading transport; ctr = 1- for granulary (sand, cereals); ctr = 1.5 – for powdery matter; ctr = 2 – for dust; Q – mass productivity/hour, in t/hour; g – gravity acceleration, in m/s2; k3 and k4 – coefficients of specific power consumption (for transporting a mass of a ton on a length of 1 m), in W/t; H – lifting height of load on the conveyor, in m; η0 – coefficient of efficiency of driving mechanism of non-balanced conveyor.

Conveyors length does not surpass the value L = 4÷6 m.

CONCLUSIONS

The electromecanic systems with centrifugal driving system with two non-balanced masses have the masses connected by a two gear wheels. When exccentric masses are equal (each of 0.5 m0) the crossing forces are mutually balanced and forces acting on the length of oscillating S - S are totalized. As for the driving systems with a single non-balanced mass it is necessary to fix in a pendular manner the driving engine, through the agency of which the crossing forces damaging the oscillating frame are eliminated.

The electromecanic systems of centrifugal driving system endowed with two non-balanced masses are simple as for their construction and are used within the rotative speed rate of 750 up to 2800 1/min.

The electromecanic systems of centrifugal driving system endowed with two non-balanced masses are used for the transport of granular products and also for tha separation of impurities in their mass. Since the new generation of separation equipment for agriculture and food industry aimed at achieving a higher technological effect specific material and energy consumption reduced vibration generators using these systems is fully justified.

REFERENCES [1]. Krampe H. (1990) - Transport, Umschlag, Lagerung, ISBN 3-343-00451-0, VEB Fachbuchverlag, Lepizig;

în care: ctr este coeficientul de transportabilitate a încărcăturii; ctr = 1- pentru încărcături granulare (nisip, cereale); ctr = 1,5 - pentru încărcături în formă de pulberi; ctr = 2 - pentru încărcături în formă de praf Q – productivitatea masică orară, în t/oră; g – acceleraŃia gravitaŃională, în m/s2; k3 şi k4 – coeficienŃii consumului specific de putere (pentru transportul unei mase de o tonă pe o lungime de 1 m), în W/t; H – înălŃimea de ridicare a încărcăturii pe transportor, în m; η0 – randamentul mecanismului de acŃionare al transportorului.

Lungimea transportoarelor cu mecanismului de acŃionare al maselor neechilibrate nu depăşeşte valoarea L = 4÷6 m.

CONCLUZII

Sistemele electromecanice de acŃionare centrifugală cu două mase neechilibrate au masele legate între ele printr-un angrenaj cu două roŃi dinŃate. Când masele excentricelor sunt egale (câte 0,5 m0) forŃele transversale se echilibrează reciproc, iar forŃele de-a lungul liniei de oscilaŃie S - S se însumează. La sistemele de antrenare cu o singură masă neechilibrată este necesară fixarea pendulară a motorului de antrenare prin care se exclude transmiterea forŃelor transversale dăunătoare la cadrul oscilant.

Sistemele electromecanice de acŃionare centrifugală cu două mase neechilibrate sunt simple din punct de vedere constructiv şi se folosesc în gama de turaŃii de la 750 până la 2800 1/min.

Sistemele electromecanice de acŃionare centrifugală cu mase neechilibrate se folosesc atât în transportul produselor granulare cât şi la separarea impurităŃilor din masa acestora.

Având în vedere că noile generaŃii de echipamente tehnice de separare destinate agriculturii şi industriei alimentare urmăresc realizarea unui efect tehnologic superior cu consumuri specifice de materiale şi energie reduse, folosirea acestor sisteme generatoare de vibraŃii este pe deplin justificată.

BIBLIOGRAFIE [1]. Krampe H. (1990) – Transport, ambalare şi depozitare. ISBN 3-343-00451-0, VEB Fachbuchverlag, Lepizig;


78

[2]. Salzer G. (1985) - Stetigfoerder. Krausskopf-Verlag, Mainz; [3]. Vetter, G. (1994) The Dosing Handbook, Vulkan – Verlag, Essen; [4]. Zenkov P.L., Ivaskov I.I., Kolobov L.N. (1987) - Mashiny nepreryvnogo transporta. Mashinostroenie, Moskva.

[2]. Salzer G. (1985) – Transportoare în flux continuu. Krausskopf-Verlag, Mainz; [3]. Vetter, G., (1994) – Manual de dozare, Vulkan – Verlag, Essen; [4]. Zenkov P.L., Ivaskov I.I., Kolobov L.N. (1987) – Maşini de transport în flux continuu. Maşinostroenie, Moscova.


79

RESEARCH REGARDING THE USE OF THE GPS IN MONITORING

AGRICULTURAL SOWING /

CERCETĂRI PRIVIND UTILIZAREA GPS-ULUI LA MONITORIZAREA LUCRĂRILOR AGRICOLE DE SEMĂNAT

Ph.D. Eng. P ăunescu D. 1), Prof. Ph.D. Eng. Br ătucu Gh. 2)., Stud. P ăunescu S. 3)., Ph.D. Eng. Atanasov At. 4)

1)Doriansoft SRL; 2)Transilvania University Braşov, 3)National Computer Science College „Grigore Moisil” Brasov; 4)University of Rousse

Tel: 0727.861.228; Fax: 0368.00.11.91; E-mail: [email protected]

Abstract: The paper presents theoretical and experimental research on the possibility of using GPS to monitor functional and economic parameters of agricultural work sowing. To this end a software in which the only input data is the working width of the sowing machine and functional parameters are monitored in real time: the speed of the agricultural equipment, the area sown in a period of time, productivity achieved etc. was developed. Experimental research validated the software developed, differences falling within acceptable limits, due to the short time of experimental research. Keywords: monitoring, sowing, GPS, functional parameters

INTRODUCTION In establishing crop technologies sowing occupies a special place in importance and sensitivity of work. A proper sowing requires simultaneously complying with several conditions, from seed selection, preparing the germinative bed the day before or the day of sowing, but the use of sowing machines to meet the highest quality parameters determined work of this paper, while achieving the most competitive labor productivity. To this end sowing machines gained permanent improvements, so that hectare rules are rigorously respected, depth of seed incorporation being uniform, the lines are straight and equidistant, the distances between plants to comply to agrotechnical requirements to avoid errors, overlaps etc. [1], [2], [4].

For the sowing machine technical-system operator to be able to respect those requirements, permanent improvements have been made to these machines, the most recent and interesting application in this sense referring to the onboard real-time monitoring of some functional and economic parameters of the process of mechanization of the sowing work [3]. If at first sought only to the proper functioning of work sections of the sowing machine, currently the most comprehensive monitoring is done by using modern communication systems (GPS, Internet), to monitor the entire activity of the agricultural equipment, studying even the possibility of complete replacement of the tractor driver with a controlled robot and monitored from the distance. The equipmemt allows monitoring not only the technical performance of the system but also controls the way in which the worker does the specific tasks. MATERIALS AND METHOD For monitoring the principal functional parameters of a sowing machine an AVL locator type 900 having a GPS and a GPRS receiver was used (fig. 1) [6]. The GPS receiver captures signals from satellites through an antenna whitch is magnetically mounted on the tractor cabin.

Rezumat: În lucrare se prezintă cercetările teoretice şi experimentale referitoare la posibilitatea utilizării sistemului GPS la monitorizarea indicilor funcŃionali şi economici ai lucrării agricole de semănat. În acest scop s-a conceput un software în care singura dată de intrare este lăŃimea de lucru a maşinii de semănat, iar indicii funcŃionali monitorizaŃi în timp real sunt: viteza de deplasare a agregatului agricol, suprafaŃa însămânŃată într-o perioadă precizată de timp, productivitatea realizată, etc. Cercetările experimentale au validat software-ul conceput, diferenŃele încadrate în limite acceptabile datorându-se timpilor reduşi ai cercetărilor experimentale. Cuvinte cheie: monitorizare, semănat, GPS, indici funcŃionali

INTRODUCERE În cadrul tehnologiilor pentru înfiinŃarea culturilor agricole semănatul ocupă un loc special, prin importanŃă şi sensibilitatea lucrării. O lucrare de semănat corespunzătoare presupune respectarea simultană a mai multor condiŃii, începând cu selectarea seminŃelor, pregătirea patului germinativ în preziua sau ziua semănatului, dar şi folosirea unor maşini de semănat care să respecte la cel mai înalt nivel indicii calitativi de lucru impuşi acestei lucrări, simultan cu realizarea unei productivităŃi a muncii cât mai competitive. În acest sens maşinilor de semănat li s-au adus îmbunătăŃiri permanente, astfel încât normele la hectar să fie riguros respectate, adâncimea de încorporare a seminŃelor să fie uniformă, rândurile să fie drepte, cu distanŃe egale între ele, distanŃele dintre plante pe rând să se conformeze exigenŃelor agrotehnicii, să se evite greşurile şi suprapunerile etc. [1], [2], [4]. Pentru ca operatorul sistemului tehnic tractor-maşină de semănat să poată respecta cât mai riguros aceste cerinŃe au fost aduse perfecŃionări permanente acestor maşini, cea mai recentă şi interesantă aplicaŃie în acest sens referindu-se la monitorizarea la bord în timp real a unora dintre parametrii funcŃionali şi economici ai procesului de mecanizare a lucrării de semănat [3]. Dacă la început s-a urmărit doar buna funcŃionare a secŃiilor de lucru ale maşinilor de semănat, în momentul de faŃă cea mai complexă monitorizare se face prin utilizarea sistemelor de comunicaŃii moderne (GPS, internet), pentru a se urmări întreaga activitate a agregatului agricol studiindu-se chiar şi posibilitatea de înlocuire completă a tractoristului cu un robot comandat şi controlat de la mare distanŃă. Echipamentul permite monitorizarea nu numai a performanŃelor sistemului tehnic, dar şi controlul felului în care mecanizatorul se achită de sarcinile specifice. MATERIALE ŞI METODA Pentru monitorizarea principalilor indici funcŃionali ai unei maşini de semănat s-a folosit un localizator tip AVL 900 dotat cu un receptor GPS şi unul GPRS (fig. 1). [6] Receptorul GPS recepŃionează semnalele de la sateliŃi printr-o antenă care se fixează magnetic pe cabina tractorului.


80

Fig. 1 – AVL-900 tracker / Localizatorul tip AVL-900

Constructive description of the experimental model The information exchange in duplex system is done by GPRS, between GPS and the operator which supervises the agricultural work through a software named GooLocate. This software allows real-time displaying of the coordinates on a map type Google Maps. The monitored GPRS parameters are: time, latitude, longitude, altitude, speed and worked distance. Informations are stored in a database (fig. 2), where through a software developed in Visual C, worked distance, worked area, average speed and the productivity of sowing machine can be followed in real time.

Descriere constructiv ă a modelului experimental Prin GPRS se face schimbul de informaŃii, în sistem duplex, între GPS şi operatorul ce supraveghează lucrarea agricolă, prin intermediul unui program numit GooLocate. Acest program permite afişarea coordonatelor în timp real pe o hartă tip Google Maps. Parametrii monitorizaŃi prin GPRS sunt: timpul, latitudinea, longitudinea, altitudinea, viteza şi distanŃa parcursă. InformaŃiile sunt stocate într-o bază de date (fig. 2), de unde prin intermediul unui soft realizat în Visual C, se pot urmări în timp real: distanŃa parcursă, suprafaŃa lucrată, viteza medie şi productivitatea maşinii de semănat.

Fig. 2 – Database / Baza de date

Through this program developed in Visual C the travelled distance of the sawing machine was defined as a real number "dist" through the sampling period set in advance on the GPS locator. Sampling period is predetermined by a given number of SMS sent by the locator and it is at least one second.

Prin programul realizat în Visual C s-a definit ca număr real distanŃa „dist” parcursă de maşina de semănat în perioada de eşantionare setată în prealabil pe localizatorul GPS. Perioada de eşantionare este prestabilită printr-un mesaj SMS trimis către numărul atribuit localizatorului şi este de minim 1 secundă.


81

The second variable is time "time", defined as integer. By pressing the button "Get Data" information from the database .mdb format are read, created by GooLocate program. After retrieving the data the working width is inserted in a text box, as a variable, taking into account the technical characteristics of the sowing machine. The monitoring program allows calculating and displaying on screen distance traveled, working speed, the area worked and labor productivity achieved by the sowing machine (fig. 3).

A doua variabilă este timpul „timp”, definită ca număr întreg. Prin acŃionarea butonului „Preia date” se citesc informaŃiile din baza de date tip .mdb, creată de programul GooLocate. După preluarea datelor se introduce ca variabilă, într-o casetă text, lăŃimea de lucru, Ńinând cont de caracteristicile tehnice ale maşinii de semănat. Programul permite calcularea şi afişarea pe ecran a distanŃei parcurse, vitezei de lucru, a suprafeŃei lucrate precum şi a productivităŃii muncii realizată cu maşina de semănat (fig. 3).

Fig. 3 – User interface for the GPS monitoring program / InterfaŃa grafică a programului de monitorizare prin GPS

The experimental research were conducted into operation on 02.06.2010 inside ICDP Brasov (Magurele) by the method shown in figure 4 and using the technical system consisted of a New Holland TL 100A tractor and a SUP-29 sowing machine [5], [7]. GPS monitoring equipment has been checked in advance in terms of operation in the area, after which they started to install it as prescribed. Thus, the antenna was mounted on the hood (fig. 5) by magnetic adhesion, and the remaining instalation was located in the tractor cabin (fig. 6). It was powered by 12V DC outlet existent in the tractor cabin. To avoid GPS monitoring system for excessive vibration several pieces of cloth were used as a buffer. Permanent contact with the PC operator located in Brasov, about 10 km distance was established by phone. The area on which the sowing aggregate would move was identified, a distance of 100 meters was measured, which was marked at both ends with double poles. The personal participating in the experimental research was trained in the research operating method and the role of each researcher was established. Sowing equipment passed on the prepared field and have made several preparatory tests, at set speed with timing the marked distance (fig. 8). After it was determined that they fulfill all requirements of experimental research the timing in which the aggregate has passed the 100 m was measured.

Cercetările experimentale în exploatare s-au desfăşurat în data de 02.06.2010 în incinta I.C.D.P. Braşov (Măgurele) după metodica prezentată în figura 4 şi folosind sistemul tehnic format din tractorul New Holland TL 100A şi maşina de semănat SUP-29 [5], [7]. Echipamentul de monitorizare prin GPS a fost verificat în prealabil sub aspectul funcŃionării în zona respectivă, după care s-a trecut la instalarea sa conform prescripŃiilor. Astfel, antena s-a montat pe capota motorului (fig. 5) prin aderenŃă magnetică, iar restul instalaŃiei s-a amplasat în cabina tractorului (fig. 6). Acesta s-a alimentat de la priza de curent continuu de 12V existentă în cabina tractorului. Pentru a feri instalaŃia de monitorizare prin GPS de vibraŃii excesive s-au utilizat mai multe bucăŃi din pânză ca elemente de amortizare. Prin telefon s-a stabilit legătura permanentă cu operatorul PC aflat în Braşov, la distanŃa de circa 10 km . S-a identificat terenul pe care urma să se deplaseze agregatul de semănat, s-a măsurat o distanŃă de 100 m , care a fost marcată la cele două capete cu jaloane duble. S-a instruit personalul participant la cercetările experimentale asupra modului de desfăşurare a acestora şi a rolului fiecărui cercetător. S-a deplasat agregatul de semănat pe terenul pregătit şi s-au făcut mai multe probe pregătitoare, la vitezele stabilite, cu cronometrarea timpilor de parcurgere a distanŃei marcate (fig. 8). După ce s-a constatat că se îndeplinesc toate cerinŃele impuse unei cercetări experimentale s-a trecut la cronometrarea timpului în care agregatul a parcurs cei 100 m.


82

Fig. 4 – Methods of experimental research in work conditions / Metodica cercetărilor experimentale în condiŃii de exploatare

Fig. 5 – Mounting the antenna on the tractor’s hood / Fig. 6 – Placing and connecting the GPS receiving Fixarea antenei pe capota tractorului equipment in the tractor cabin / Amplasarea si conectarea

echipamentului de recepŃie GPS în cabina tractorului

Fig. 7 – Preparing the field for measurements / Pregătirea terenului pentru măsurători

Preparing the New Holland TL 100 tractor / Pregătirea tractorului New Holland TL 100; Mounting the GPS antenna on the hood of the tractor / Montarea antenei pe capota tractorului; Mounting the GPS receiver in the cabin / Montarea r eceptorului GPS în cabin ă.

Preparing the SUP-29 sowing machine /

Pregătirea sem ănătorii SUP-29

Preparing the field for tests: / Pregătirea terenului pentru probe: • Establishing the location of the tests / Stabilirea locului de desf ăşurare a probelor; • Measuring the 100 m distance / Măsurarea distan Ńei de 100 m; • Marking both ends of the route with double poles / Marcarea capetelor traseului cu

jaloane duble.

Moving the aggregate at the testing place / Deplasa rea agregatului la locul de probe

V1 V3 V4 V2

On the field / Pe teren

With the GPS system / Cu aparatura GPS

Comparing results / Compararea rezultatelor

Timing the travel time for 100 m / Cronometrarea timpului de parcurgere a distan Ńei de 100 m

PREPARING THE EQUIPMENT FOR TESTS / PREGĂTIREA ECHIPAMENTULUI PENTRU PROBE

Moving aggregate speed / Viteza de deplasare a agregatului


83

The start and end times were transmitted in real time by phone and PC operator, which entered them into the specially designed program to monitor the functional parameters of the technical system of sowing. Prior to that the working width of the sowing machine (3.625 m) was introduced in the (DorianSoft) software.

Momentele începerii şi încheierii cronometrării erau transmise în timp real prin telefon şi operatorului PC, care le introducea în programul special conceput pentru monitorizarea indicilor funcŃionali ai sistemului tehnic de semănat. În prealabil în soft-ul respectiv (DorianSoft) a fost introdusă lăŃimea de lucru a maşinii de semănat (3,625 m).

Fig. 8 – Preparing the aggregate for measurements / Pregătirea agregatului pentru măsurători

There were eight samples, two for each of the four working speeds considered possible to conduct agricultural work of sowing (fig. 9).

S-au efectuat 8 probe, câte două pentru fiecare din cele patru viteze de lucru considerate ca posibile la desfăşurarea lucrării agricole de semănat (fig. 9).

Fig. 9 – Timing of aggregate travel time / Cronometrarea timpului de deplasare a agregatului

RESULTS Analysis and interpretation of the results obtained using the GPS unit Table 1 shows the operating results of experimental research obtained by classical method by timing and space and velocity values measured with GPS. No. ID stands for position in the database (fig. 2) which was accessed by the program for calculating the parameters of the functional unit of sowing. Change speed charts for the eight samples are shown in figure 10.

REZULTATE Analiza şi interpretarea rezultatelor ob Ńinute cu instala Ńia care utilizeaz ă GPS-ul În tabelul 1 se prezintă rezultatele cercetărilor experimentale din exploatare obŃinute în urma cronometrării timpului prin metoda clasică şi valorile spaŃiilor şi vitezelor măsurate cu GPS-ul. Nr. ID semnifică poziŃia din baza de date (fig. 2) pe care a accesat-o programul de calcul al indicilor funcŃionali ai agregatului de semănat. Graficele variaŃiei vitezei pentru cele 8 încercări sunt prezentate în figura 10.

Table 1 / Tabelul 1

Results of experimental research / Rezultatele cercet ărilor experimentale

Sample / Proba No. ID / Nr. ID Time / Timp

[s] Traveled distance / SpaŃiul

parcurs [m] Average speed / Viteza medie

[km/h] 1 1261 – 1278 49 97.271 / 97,271 7.150 / 7,150 2 1328 – 1346 51 102.317 / 102,317 7.220 / 7,220 3 1368 – 1384 45 101.179 / 101,179 8.090 / 8,090 4 1398 – 1413 43 101.145 / 101,145 8.460 / 8,460 5 1428 – 1442 41 103.240 / 103,240 9.066 / 9,066 6 1464 – 1478 40 100.952 / 100,952 9.086 / 9,086 7 1493 – 1505 35 97.983 / 97,983 10.080 / 10,080 8 1519 - 1531 34 95.426 / 95,426 10.100 / 10,100


84

0

1

2

3

4

5

6

7

8

3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51

Spe

ed /

Vite

za [

km/h

]

Time /Timp [s]

2

3

4

5

6

7

8

Spe

ed /

Vite

za [k

m/h

]

Proba 1 / Sample 1 Proba 2 / Sample 2

3

4

5

6

7

8

9

10

Spe

ed /

Vite

za [k

m/h

]

2

3

4

5

6

7

8

9

Spe

ed /

Vite

za [k

m/h

]


2

3

4

5

6

7

8

9

10

Spe

ed /

Vite

za [k

m/h

]

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Spe

ed /

Vite

za [k

m/h

]



85

3

4

5

6

7

8

9

10

11S

peed

/ V

iteza

[km

/h]

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Spe

ed /

Vite

za [k

m/h

]


Fig. 10 – Variation of velocity measured by the GPS unit / VariaŃia vitezei de deplasare a agregatului măsurată prin GPS

Speed oscillations are caused by the autocorrection which the software used by the GPS makes periodically. Comparing the results obtained by classical experimental research and by using GPS Following the classical method of research and by using GPS have obtained the results shown in table 2.

OscilaŃiile de viteze provin din autocorecŃia pe care software-ul utilizat de GPS o realizează periodic. Compararea rezultatelor ob Ńinute prin cercet ările experimentale clasice şi prin folosirea GPS-ului În urma cercetărilor experimentale prin metoda clasică şi prin folosirea GPS-ului s-au obŃinut rezultatele precizate în tabelul 2.

Table 2 / Tabelul 2

Comparative results obtained in experimental resear ch / Rezultate comparative ob Ńinute la cercet ările experimentale

Time / Timp [s] Traveled distance / SpaŃiul parcurs [m] Average speed / Viteza medie [km/h] Sample / Proba GPS unit /

GPS Classic method /

Clasic GPS unit / GPS Classic method /

Clasic GPS unit / GPS Classic method /

Clasic 1 49 50 97.271 / 97,271 100 7.15 / 7,15 7.2 / 7,2 2 51 51 102.317 / 102,317 100 7.22 / 7,22 7.058 / 7,058 3 45 43 101.179 / 101,179 100 8.09 / 8,09 8.372 / 8,372 4 43 43.5 / 43,5 101.145 / 101,145 100 8.46 / 8,46 8.275 / 8,275 5 41 39.5 / 39,5 103.240 / 103,240 100 9.066 / 9,066 9.113 / 9,113 6 40 40 100.952 / 100,952 100 9.086 / 9,086 9.0 / 9,0 7 35 30 97.983 / 97,983 100 10.08 / 10,08 12.0 / 12,0 8 34 31 95.426 / 95,426 100 10.10 / 10,10 11.612 / 11,612

It appears that most of the time difference measured by conventional timing and by GPS monitoring was observed in sample no. 7 (5 s). Also, the biggest difference on the space is found in sample no. 8 (4.574 m) and the highest speed difference is obvious in sample no. 7, respectively, 1.92 km/h. These differences were due to relatively high share of short reference distance (100 m) and reduced time in which was traveled the distance. CONCLUSIONS The experimental research were conducted into operation on 02.06.2010 inside ICDP Brasov (Magurele), by a method that has been strictly observed at all stages, from preparation of technical drawing system of sowing machine, correct installation of the GPS receiver and antenna on the tractor hood, setting permanent telephone connection with PC operator, selection of land for moving the unit, measuring the area of displacement (100 m) and its benchmarking, staff training and proper conduct of research. It appears that most of the time difference measured by conventional timing and by GPS monitoring was observed in sample no. 7 (5 s). Also, the biggest difference on the space is found in sample no. 8 (4.574 m) and the highest speed difference is obvious in sample no. 7, respectively, 1.92 km/h. These differences were due to relatively high share of short reference distance (100 m)

Se constată că cea mai mare diferenŃă de timp măsurată prin cronometrare clasică şi prin instalaŃia de monitorizare GPS s-a manifestat la proba nr. 7 (5 s). De asemenea, cea mai mare diferenŃă referitoare la spaŃiul parcurs se constată la proba nr. 8 (4,574 m), iar cea mai mare diferenŃă de viteză se manifestă la proba nr. 7, respectiv de 1,92 km/h . Aceste diferenŃe au ponderi relativ mari datorită distanŃei scurte de referinŃă (100 m) şi timpului redus în care a fost parcursă această distanŃă. CONCLUZII

Cercetările experimentale în exploatare s-au desfăşurat la I.C.D.P. Braşov (Măgurele), în data de 2 iunie 2010, după o metodică în care au fost respectate riguros toate etapele, începând cu pregătirea sistemului tehnic tractor-maşină de semănat, montarea corectă a receptorului GPS în cabină şi a antenei pe capota tractorului, stabilirea legăturii telefonice permanente cu operatorul PC, alegerea terenului pentru deplasarea agregatului, măsurarea spaŃiului de deplasare (100 m) şi jalonarea acestuia, instruirea personalului şi desfăşurarea propriu-zisă a cercetărilor.

Se constată că cea mai mare diferenŃă de timp măsurată prin cronometrare clasică şi prin instalaŃia de monitorizare GPS s-a manifestat la proba nr. 7 (5 s). De asemenea, cea mai mare diferenŃă referitoare la spaŃiul parcurs se constată la proba nr. 8 (4,574 m), iar cea mai mare diferenŃă de viteză se manifestă la proba nr. 7, respectiv de 1,92 km/h. Aceste diferenŃe au ponderi relativ mari datorită distanŃei scurte de referinŃă (100


86

and reduced time in which was traveled the distance. The accuracy of the measurements will improve proportionally to the measured distance. For example, at a measured distance of 1000 m the difference between the two methods was only 4 m (0.04%). Using the GPS for monitoring sowing machines increases the ability to work through low visibility field conditions such as rain, dust, fog and darkness increases productivity. REFERENCES [1]. Brătucu Gh. (1999) – Agricultural technology, Transilvania University of Brasov Publishing; [2]. Paraschiv G., ş.a. (2005) – Agricultural machines for soil works, sowing and maintaining crops, Printech Publishing, ISBN 973-718-374-6, Bucharest, 130 pag; [3]. Păunescu D., VlăduŃ V. (2004) – Research regarding finding and monitoring mechanization processes parameters, „35 YEARS OF HUNEDOREAN SUPERIOR EDUCATION”, Hunedoara – Romania; [4]. Rus Fl. (1987) - Agricultural machines for soil works, sowing and maintaining crops, Transilvania University of Brasov Publishing; [5] http://www.agriculture.newholland.com [6] http://www.gopasstech.com [7] http://www.mecanicaceahlau.ro [8] http://www.gps.gov/applications/agriculture

m) şi timpului redus în care a fost parcursă această distanŃă. Cu cât distanŃele măsurate vor fi mai mari, cu atât şi

precizia măsurărilor se va îmbunătăŃi. De exemplu, la o distanŃă măsurată de 1000 m diferenŃa între cele două metode a fost de numai 4 m (0,04%).

Folosind GPS-ul la monitorizarea maşinilor de semănat creşte abilitatea lucrului în condiŃii de vizibilitate scăzuta, cum ar fi ploaie, praf, ceaŃă şi se măreşte productivitatea în condiŃii de noapte. BIBLIOGRAFIE [1]. Brătucu Gh. (1999) - Tehnologie agricolă, Editura UniversităŃii Transilvania Braşov; [2]. Paraschiv G., ş.a. (2005) - Maşini de lucrat solul, semănat şi întreŃinerea culturilor, Editura Printech, ISBN 973-718-374-6, Bucureşti, 130 pag; [3]. Păunescu D., VlăduŃ V. (2004) - Cercetǎri privind determinarea şi monitorizarea parametrilor proceselor de mecanizare a lucrǎrilor agricole, „35 DE ANI DE ÎNVĂłĂMÂNT SUPERIOR HUNEDOREAN”, Hunedoara – România; [4] Rus Fl. (1987) - Maşini pentru lucrările solului, semănat şi întreŃinerea culturilor, Editura UniversităŃii Transilvania Braşov; [5] http://www.agriculture.newholland.com [6] http://www.gopasstech.com [7] http://www.mecanicaceahlau.ro [8] http://www.gps.gov/applications/agriculture


87

TECHNICAL EQUIPMENT FOR INNOVATIVE TECHNOLOGY OF SO IL PREPARATION AND ESTABLISH HOEING CROPS, BASIC PROMOTING SUSTAINABLE AGRICULTURE

/ ECHIPAMENT TEHNIC DESTINAT TEHNOLOGIEI INOVATIVE DE LUCRARE A SOLULUI SI

ÎNFIINłARE A CULTURILOR DE PR ĂSITOARE, BAZĂ A PROMOVĂRII AGRICULTURII DURABILE

Ph.D. Eng. Marin E. 1), Ph.D. Stud. Soric ă C. 1), Ph.D. Stud. Manea D. 1), Vezirov Z. 2)

1)INMA Bucharest; 2)University of Rouse Tel: 0727.957.693; Fax: 021/269.32.73; E-mail: [email protected]

Abstract: This paper presents the new equipment for soil working on strips, sowing, fertilizing and insecticides spreading, as well as the innovative technology for setting hoeing crops. Results obtained from theoretical research, mathematical, allowed constructive optimization of various working parts in front of sowing section. Keywords: equipment, fertilizing, hoeing machine, insecticides, sowing, strips, sustainable, technology,

INTRODUCTION

Sustainable agriculture consists in scientific harmonious utilization of all specific technological components: soil works, crop rotation, fertilizing, irrigation, fighting against diseases and pests, including their biological control, animals breeding, storing, processing and using agricultural wastes etc., for obtaining high and constant outputs, without endangering the environment. In European Union countries, a special attention is given to conservative farming system, as a requirement, allowing to more efficiently manage the vegetal wastes, long-term exploiting the field, preventing and /or diminishing soil damaging and re-establishing at the same time its productive capacity and resilience capacity and the living supporting processes.

Conservative systems are based on less intense soil loosening, achieved through different methods, without overturning the furrow and only when a certain quantity of vegetal wastes remains on soil surface, being considered as protective environmental - friendly strategies, (http://soco.jrc.ec.europa.eu, 2009). For assessing and rapidly framing a technological system of soil works within conservative farming category, a simple and practical indicator of directly and immediately evaluate in field has been introduced, namely: the degree of covering the soil surface with vegetal remains or protecting crops. Therefore, after sowing, or when soil is not cultivated, the soil surface covered by vegetal wastes, remained from former culture must be of at least 30 %, (www.yetterco.com, 2009). Depending on covering degree with vegetal wastes, the intensity and manner in which soil works are performed, the conservative farming systems are classified in five major categories, namely: non-tillage works; soil working in strips; vertical soil working; soil working on ridges; reduced soil works [1], [2].

Technical equipment designed at soil working on strips, hoeing plants sowing, fertilizing, granulated insecticides spreading, presented by this paper performs through a single passage the following operations: stubble or soil superficial layer scraping, creating this way a strip of 20 centimeters width and 2 cm depth, from which the vegetal remains are removed by means of two notched disks, obliquely mounted; cutting weeds and vegetal remains and soil vertically breaking on axle of row to be sown, at 4÷15 cm depth by means of straight notched disk; penetrating the soil up to 2÷20 cm depth in order to

Rezumat: În cadrul lucrării se prezintă un echipament nou de lucrat solul în benzi, semănat, fertilizat şi distribuit insecticide şi tehnologia inovativă pentru înfiinŃarea culturilor de prăşitoare cu acest echipament. Rezultatele obŃinute în urma cercetărilor teoretice, fundamentate matematic, au permis optimizarea constructivă a diferitelor organe de lucru aflate în faŃa secŃiei de semănat. Cuvinte cheie: benzi, durabilă, echipament, fertilizat, insecticide, prăşitoare, semănat, tehnologie

INTRODUCERE

Agricultura durabilă presupune utilizarea ştiinŃifică, armonioasă, a tuturor componentelor tehnologice specifice: lucrările solului, rotaŃia culturilor, fertilizare, irigare, combaterea bolilor şi dăunătorilor inclusiv prin metode biologice, creşterea animalelor, stocarea, prelucrarea şi utilizarea reziduurilor rezultate din activităŃile agricole etc., pentru realizarea unor producŃii ridicate şi stabile, fără însă a afecta mediul înconjurător. În Ńările din Uniunea Europeană există o cerinŃă crescândă şi un interes deosebit pentru sistemul de agricultura conservativă, care permite gospodărirea mai eficientă a resturilor vegetale, asigură pe termen lung folosirea durabilă a terenului, prevenind şi/sau minimizând degradarea solului, restaurând, atât capacitatea sa productivă şi de rezilienŃă, cât şi procesele suport ale vieŃii.

Sistemele conservative se bazează pe afânarea mai puŃin intensă a solului, realizată prin diferite metode, fără întoarcerea brazdei şi numai în condiŃiile păstrării la suprafaŃă solului a unei anumite cantităŃi de resturi vegetale, fiind considerate din acest motiv strategii ecologice de protecŃie, (http://soco.jrc.ec.europa.eu, 2009). Pentru aprecierea şi încadrarea rapidă a unui sistem tehnologic de lucrare a solului în categoria conservativă, a fost introdus un indicator simplu şi practic de evaluare directă şi imediată în câmp, şi anume: gradul de acoperire a suprafeŃei solului cu resturi vegetale sau culturi protectoare. Astfel, după semănat sau în perioadele când solul nu este cultivat, suprafaŃa acoperită a solului cu resturi vegetale rămase de la cultura premergătoare trebuie să fie de cel puŃin 30 %, (www.yetterco.com, 2009). În funcŃie de gradul de acoperire a suprafeŃei solului cu resturi vegetale, de intensitatea şi modul de lucrare a solului, sistemele de lucrare conservativă, sunt clasificate în cinci categorii majore şi anume: fără lucrarea solului; lucrarea solului în benzi; lucrarea solului pe verticală; lucrarea solului în biloane; lucrarea solului redusă [1], [2].

Echipamentul tehnic destinat lucrării solului în benzi, semănat plante prăşitoare, fertilizat şi distribuit insecticide granulate, prezentat în cadrul lucrării, realizează la o singură trecere următoarele operaŃii: decopertarea miriştii sau a stratului superficial al solului creând o fâşie lată de 20 centimetri şi adâncă de 2 cm curăŃată de resturi vegetale de către cele două discuri crestate montate înclinat; tăierea buruienilor, resturilor vegetale şi crestarea în plan vertical a solului pe axul rândului ce urmează a fi semănat, pe o adâncime de 4÷15 cm de către discul drept crestat; pătrunderea în sol pe o adâncime 2÷20 cm pentru crearea


88

dig a furrow filled with loosened soil through breaking and partially dislocating the soil by the chisel; soil loosening on strips of 20 cm width and 2÷8 cm depth by spherical disk pair; sowing hoeing plants, fertilizing and spreading micro granulated insecticides, incorporating them into the soil, covering and superficially settling the soil, substantially reducing soil compaction, energy consumption, labor cost etc. MATERIALS AND METHOD

Within INMA Bucharest have been elaborated two variants of innovative technology of soil works and hoeing crops setting appropriate to sustainable agriculture depending on soil and climate conditions, cultivated plant and fertilizing and pests control, as it follows: - VARIANT 1: I nnovative technology of setting hoeing crops by two passages, the first one in autumn with technical equipment for working the soil in narrow strips, and the second-in spring-with sowing machine for hoeing plants sowing, fertilizing and spreading insecticides (Fig. 1).

unui canal umplut cu sol afânat prin ruperea şi antrenarea parŃială a solului de către cuŃitul daltă; mobilizarea şi afânarea solului în benzi cu lăŃime de 20 cm şi adâncime de 2÷8 cm de către perechea de discuri sferice; semănatul plantelor prăşitoare, fertilizatul şi distribuirea insecticidelor microgranulate, încorporarea în sol, acoperirea şi tasarea uşoară, reducând substanŃial tasarea solului, consumul energetic, costul cu forŃa de muncă etc. MATERIALE ŞI METODĂ

În funcŃie de condiŃiile pedoclimatice, de planta cultivată, de sistemul de fertilizare şi combatere a dăunătorilor, în cadrul INMA Bucureşti s-au elaborat două variante ale tehnologiei inovative de lucrare a solului şi înfiinŃare a culturilor de prăşitoare corespunzătoare agriculturii durabile, astfel: - VARIANTA 1: Tehnologia inovativă de înfiinŃat culturi de plante prăşitoare în două treceri, prima, toamna cu echipamentul tehnic pentru lucrat solul în benzi înguste şi a doua, primăvara cu semănătoarea pentru semănat plante prăşitoare, fertilizat şi distribuit insecticide (fig. 1).

Fig. 1 - Aggregates used at innovative technology of setting hoeing plants by two passages (Variant 1) /

Agregate folosite la tehnologia inovativă de înfiinŃat plante prăşitoare în două treceri (Varianta 1)

VARIANT 2: Innovative technology of setting hoeing plant crops by a single passage with technical equipment of working the soil on strips, sowing, fertilizing and spreading insecticides (Figure 2).

VARIANTA 2: Tehnologia inovativă de înfiinŃat culturi de plante prăşitoare într-o singură trecere cu echipamentul tehnic de lucrat solul în benzi, semănat, fertilizat şi distribuit insecticide (fig. 2).

Fig. 2 - Aggregates used at innovative technology of hoeing plant setting by a single passage (Variant 2) / Agregate folosite la

tehnologia inovativă de înfiinŃat plante prăşitoare într-o singură trecere (Varianta 2)


89

The technical equipment of soil working on strips, sowing hoeing plants, fertilizing and spreading insecticides (fig. 3), which works in aggregate with wheeled 80...100 HP tractors, endowed with three-point suspension mechanism of 2nd category according to SR ISO 730-1+C1, comprises the following main assemblies: technical equipment for soil works on narrow strips; sowing machine for hoeing plants sowing, fertilizing and spreading micro-granulated insecticides: lateral bar; central coupling bar; assembled bearing; cardan transmission, T2 101 (lmin=1010, Lmax=1570); cardan transmission, T2 051 (lmin=510, Lmax=720).

Echipamentul tehnic de lucrat solul în benzi, semănat plante prăşitoare, fertilizat şi distribuit insecticide (fig. 3), care lucrează în agregat cu tractoarele de 80...100 CP pe roŃi prevăzute cu mecanism de suspendare în trei puncte de categoria 2 conform SR ISO 730-1+C1, are în componenŃă următoarele ansambluri principale: echipament tehnic pentru lucrat solul în benzi înguste; semănătoare pentru semănat plante prăşitoare, fertilizat şi distribuit insecticide microgranulate; bară laterală; tirant central; lagăr asamblat; transmisie cardanică, T2 101 (lmin=1010, Lmax=1570); transmisie cardanică, T2 051 (lmin=510, Lmax=720).

Fig. 3 - Technical equipment of soil works on strips, sowing hoeing plants, fertilizing and spreading insecticides /

Echipament tehnic de lucrat solul în benzi, semănat plante prăşitoare, fertilizat şi distribuit insecticide

Main technical characteristics of equipment for soil works on strips, hoeing plants sowing, fertilizing and spreading insecticides are presented in table 1.

Principalele caracteristici tehnice ale echipamentului tehnic de lucrat solul în benzi, semănat plante prăşitoare, fertilizat şi distribuit insecticide sunt prezentate în tabelul 1.

Table 1 / Tabelul 1

Main technical characteristics / Principalele caracteristici tehnice

Characteristic / Caracteristica Value / Valoare

Number of working sections on narrow strips / Numărul de secŃii de prelucrat solul pe fâşii înguste 4 Distance between worked rows / DistanŃa dintre rândurile lucrate, [mm] 700

Loosened strip width / LăŃimea benzii afânată, [mm] 200 Working width / LăŃimea de lucru, [m] 2,8

Soil working depth / Adâncimea de lucrat solul, [cm] 0÷20 Sowing working depth / Adâncimea de lucru la semănat, [cm] 2÷12

For designing the above equipment, have been used

several solutions included within a patent demand, registered at OSIM (National Agency of Inventions and Marks) with number A1637 / 10.11.2009. The advantages of recently chosen solutions are: ensuring the access, facilitating and reducing the time necessary for mounting and dismounting the connecting bars of soil working equipment and sowing machine and for technical interventions at component parts level. Working process

The technical equipment for soil works on strips, sowing hoeing plants, fertilizing and spreading insecticides performs by a single passage the following operations: - stubble or soil superficial removing, creating a strip of 20 centimeters width and 2 cm depth, cleaned of vegetal remains by means of two notched disks obliquely mounted; - cutting the weeds, vegetal remains and vertically breaking the soil on axle of row to be sown at 4÷5 cm depth by straight notched disk; -chisel’s penetrating into the soil at 2÷20 cm depth for creating a ditch filled with loosened soil, resulted after soil partial drilling and breaking; - soil loosening on strips of 20 cm width and 2÷8 cm depth by means of spherical disk pair; - sowing hoeing plants, fertilizing, spreading micro-granulated insecticides, introducing them into soil, covering and smoothly settling. Soil settlement around

La realizarea echipamentului tehnic de lucrat solul în benzi, semănat plante prăşitoare, fertilizat şi distribuit insecticide au fost folosite soluŃii care au făcut obiectul unei cereri de brevet de invenŃie înregistrată la OSIM cu numărul A1637 / 10.11.2009. Avantajele soluŃiilor noi alese sunt: se asigură accesul, uşurează şi reduce timpul necesar pentru montarea şi demontarea barelor de legătură a echipamentului de lucrat solul şi a semănătorii cât şi pentru intervenŃiile tehnice la componente. Procesul de lucru

Echipamentul tehnic de lucrat solul în benzi, semănat plante prăşitoare, fertilizat şi distribuit insecticide execută la o singură trecere următoarele operaŃii: - decopertarea miriştii sau a stratului superficial al solului creând o fâşie lată de 20 centimetri şi adâncă de 2 cm curăŃată de resturile vegetale cu ajutorul celor două discuri crestate montate înclinat; - tăierea buruienilor, resturilor vegetale şi crestarea în plan vertical a solului pe axul rândului ce urmează a fi semănat, pe o adâncime de 4÷15 cm de către discul drept crestat; - pătrunderea în sol pe o adâncime de 2÷20 cm a cuŃitului daltă, pentru crearea unui canal umplut cu sol afânat prin ruperea şi antrenarea parŃială a solului; - mobilizarea şi afânarea solului în benzi cu lăŃime de 20 cm şi adâncime de 2÷8 cm de către perechea de discuri sferice; - semănatul plantelor prăşitoare, fertilizatul şi distribuirea insecticidelor microgranulate, încorporarea în sol, acoperirea lor şi tasarea uşoară. Tasarea solului în jurul


90

ditches is performed by a compacting wheel, which, depending on crop type and soil and climate conditions in Romania can be endowed with notched disks arranged under the form of „V”, rubber disks arranged under the form of „V” and zero pressure tyre. The soil compacting degree plays an important role, due to necessity of establishing an optimum contact between seed and soil for obtaining a uniform germination, (SR 13238-1, 1992).

Arrangement scheme of equipment working parts is shown in Figure 4.

rigolelor se realizează cu ajutorul unei roŃi de tasare care în funcŃie de cultura înfiinŃată şi condiŃiile pedoclimatice specifice regiunilor din România pot fi echipate cu discuri crestate dispuse în „V”, cu discuri cu cauciuc dispuse în „V” şi cu anvelopă de presiune zero. Gradul de tasare a solului are o importanŃă deosebită, datorată de cerinŃa stabilirii unui contact optim între sămânŃă şi sol în vederea unei germinări şi răsăriri uniforme, (SR 13238-1, 1992).

Schema distribuŃiei organelor de lucru ale echipamentului tehnic este prezentată în figura 4.

Fig. 4 - Scheme of arrangement of working parts of technical equipment for soil work on strips, sowing hoeing plants, fertilizing and spreading insecticides / Schema distribuŃiei organelor de lucru ale echipamentului tehnic de lucrat solul în benzi, semănat plante

prăşitoare, fertilizat şi distribuit insecticide 1 - notched disks obliquely mounted / discuri crestate montate înclinat; 2 - straight notched disk / disc drept crestat; 3 - chisel / cuŃit daltă; 4 - spherical disks / discuri sferice; 5 - share for solid chemical fertilizers / brăzdar îngrăşăminte chimice solide şi microgranule; 6 - double disk share for seeds / brăzdar dublu

disc pentru seminŃe; 7 - compacting wheel / roată de tasare

The two notched disks obliquely mounted remove the

stubble and soil superficial layer, creating a strip of 20 centimeters width cleaned of vegetal remains.

Therefore, without being necessary to increase the quantity of herbicides used, the eventual weeds already sprung can be destroyed and other weeds springing delayed.

This method eliminates the risk that plants be suffocated by weeds, before they become vigorous enough for protecting themselves, or for performing maintenance operations. Under the weight of soil working section, the straight notched disk penetrates into the soil up to adjusted depth and vertically breaks the soil and cuts the vegetal wastes, in order to facilitate the penetration of reversible chisel.

During the operation, the chisel performs a penetration motion and a translation or displacement motion, which leads to creating a ditch filled with loosened soil.

The soil processed by chisel is brought again in strips created by spherical disks, working at chisel rear part. Maintaining a constant working depth is possible by means of the two springs mounted on deformable parallelogram and compression spring, mounted on support of fixing the two spherical disks.

During the work, the straight notched disk performs two motions: a translation or displacement motion due to friction forces between disk and soil.

The working process comprises the following phases: disk notched part successively penetrates into the soil and a notch is created in vertical plan.

In figure 5 are shown the curves described by different points of disk notch and by soil placed in respective hollow of disk (point 1 on circumference at maximum depth, point a in the middle of the notch and point 2 at notch base).

Cele două discuri crestate montate înclinat execută decopertarea miriştii sau a stratului superficial al solului creând o fâşie lată de 20 centimetri curăŃată de resturi vegetale.

În acest mod, fără a fi necesară creşterea cantităŃii de erbicide folosite, sunt distruse şi eventualele buruieni deja răsărite, iar răsărirea celorlalte este întârziată.

Acest fapt elimină pericolul sufocării cu buruieni a plantelor, înainte ca acestea să poată fi suficient de viguroase pentru a se autoapăra sau pentru a se putea executa lucrările mecanice de întreŃinere. Sub greutatea secŃiei de lucrare a solului discul drept crestat pătrunde în sol până la adâncimea de lucru reglată şi execută crestarea în plan vertical a solului şi tăierea resturilor vegetale, în scopul uşurării pătrunderii cuŃitului daltă reversibilă.

În timpul lucrului, cuŃitul daltă execută o mişcare de pătrundere şi una de translaŃie sau de deplasare ceea ce conduce la crearea unui canal umplut cu sol afânat.

Solul prelucrat de cuŃitul daltă este readus în benzile create de către perechea de discuri sferice aflate în spatele acestuia. MenŃinerea adâncimii de lucru constantă se realizează cu ajutorul celor două arcuri de întindere montate pe paralelogramul deformabil şi de arcul de compresiune montat pe suportul de fixare a celor două discuri sferice.

În timpul lucrului, discul drept crestat execută două mişcări: o mişcare de translaŃie sau de deplasare şi o mişcare de rotaŃie datorită forŃelor de frecare dintre disc şi sol.

Procesul de lucru se desfăşoară în următoarele faze: pătrunderea succesivă în sol a porŃiunilor crestate ale discului şi crearea unei crestături în plan vertical.

În figura 5 sunt prezentate curbele descrise de diferite puncte ale unei crestături de pe disc şi odată cu ele, de solul aflat în concavitatea respectivă a discului (punctul 1 pe circumferinŃă la adâncimea maximă, punctul a la mijlocul crestăturii şi punctul 2 la baza crestăturii).


91

Fig. 5 - Trajectories of certain points on a notch of straight disk / Traiectoriile unor puncte de pe o crestătură a discului drept

Equations of curves described by a certain point a on

the notch are shown in relations (1) and (2). EcuaŃiile curbelor descrise de un punct oarecare a

de pe crestătură sunt prezentate în relaŃiile (1) şi (2).

x = vmt+Ra cosωt (1)

y = Ra + h - Ra sinωt (2)

If ωRa = vm, respectively λ = ωRa/ vm = 1, curve described is a normal cycloid [3]. Point 1 describes an elongated cycloid, λ >1, and point 2 describes a shorten cycloid λ <1.

By differentiating equations (1) and (2) the projections of absolute speed corresponding to different soil points, limited by notch conical surface are obtained (neglecting the influence of friction forces appearing between disk and ditch walls), namely:

Dacă ωRa = vm, respectiv λ = ωRa/vm = 1, curba descrisă este o cicloidă normală [3]. Punctul 1 descrie o cicloidă alungită, λ>1, iar punctul 2 descrie o cicloidă scurtată λ<1.

Prin derivarea ecuaŃiilor (1) şi (2) se obŃin proiecŃiile vitezelor absolute ale diferitelor puncte ale solului mărginit de suprafaŃa conică a crestăturii (neglijând influenŃa forŃelor de frecare cu discul şi pereŃii canalului) şi anume:

vx = dx/dt=vm-Ra ωsinωt (3)

vx = dy/dt=-Ra ωcosωt (4)

The disk feed, s, represents the distance covered by the disk in time t when it rotates with angle at centre ψ, equal to that established between two adjacent notches, namely ψ=2π/z, where z represents the number of notches. So:

Avansul discului, s, reprezintă distanŃa parcursă de disc în timpul t în care discul se roteşte cu unghiul la centru ψ, egal cu cel dintre două crestături vecine, adică ψ=2π/z, unde z reprezintă numărul de crestături. Deci:

S = vmt (5)

and iar

t = 2π/ωz=2πR/zvp (6)

where vp is peripheral speed of straight notched disk. RESULTS AND DISCUSSIONS

Replacing in the relation (5) the relation [6], it results:

unde vp este viteza periferică a discului drept crestat. REZULTATE ŞI DISCUłII

Înlocuind în relaŃia (5) relaŃia (6), rezultă:

S = πD/zλ (7)

where: λ = Rω/vm and D is disk diameter.

The diameter of straight notched disk is chosen according to working depth and exploitation conditions (loosened or compacted field, big quantity of vegetal wastes etc.). Equation (7) shows that by increasing λ, namely diminishing the rate of travel vm or increasing peripheral speed vp, the disk feed is reduced, which will be experimentally verified. In case of rolling without slipping or skidding, the disk peripheral speed is equal to machine speed, so λ=1. In order to obtain a good processing from straight notched disk, a small feed is

unde: λ = Rω/vm iar D este diametrul discului. Diametrul discului drept crestat este ales în funcŃie

de adâncimea de lucru şi de condiŃiile de exploatare (teren afânat sau tasat, cantitate mare de resturi vegetale etc.). EcuaŃia (7) arată că prin creşterea lui λ, adică prin micşorarea vitezei de deplasare vm sau creşterea vitezei periferice vp, se micşorează avansul discului, urmând să se verifice experimental. În cazul rostogolirii fără alunecare sau patinare, viteza periferică a discului este egală cu viteza maşinii, deci λ=1. Pentru a avea o prelucrare bună a discului drept crestat trebuie un avans


92

required, which is achieved by correlating the working speed, number of notches and disk diameter.

In theoretical studies carried out to achieve the machinery working bodies were analyzed in front of shovel for solid and prilled fertilizers, double-disc shovel for seed and compaction wheel.

The role of these working bodies is to clean up plant debris in a strip of ground with a width sufficient for existing weeds with hoes opportunities sprouting plant that seed before being removed in order not to stifle fragile plants immediately after emergence.

Furthermore, these working bodies provide the ground vertically indenting and cutting plant remains, creating a channel filled with loose soil and soil loosening required for entry into strips cutter, which places seed hoes, providing good conditions for germination and growth. CONCLUSIONS � The innovative character of technical equipment

consists in the fact that: - depending on climate and soil conditions in different

regions of Romania, it can be individually used at a single passage for processing and loosening the soil on „a narrow strip” and for another passage for sowing hoeing plants (maize sowing grain by grain, sunflower, etc) concomitantly with spreading chemical fertilizers and insecticides or simultaneously, when soil processing on „narrow strips”, hoeing plants sowing, fertilizing, granulated insecticides spreading, incorporation into soil, covering and compacting are achieved by a single passage;

- using less prepared land due to fitting sections sowing seeds of type double disc shovels;

- operator security by adopting modern solutions that it meets the essential safety and health.

� Theoretical investigations carried out enabled constructive and functional optimization of the various bodies working the soil;

� In making machinery were used innovations that have been subject to patent applications made by the author together with a team of researchers from the INMA Bucharest.

REFERENCES [1]. Arshad M. A., (1999),Tillage and soil quality: Tillage practices for sustainable agriculture and environmental quality in different agroecosystems, Soil and Tillage Research, Volume 53, Issue1, Pages 1-2, November; [2]. Lal R., (2009), The Plow and Agricultural Sustainability, Journal of Sustainable Agriculture, pg. 66 – 84, Vol. 33, Issue 1, ISSN 1540-7578; [3]. Marin, E. et al. (2009) - Innovative technology of working the soil and setting hoeing plant crops within a sustainable system, appropriate to soil and climate conditions of different Romanian regions, INMATEH – Agricultural Engineering, vol. 29, no. 3 / 2009, ISSN 1583-1019, page 27-36; [4]. Radoi, M., Deciu, E., (1981) - Mechanics, Didactic and Pedagogic Publishing House, Bucharest, Romania; [5]. *** SR 13238-1: 1992 - Machinery for agriculture. Single seed drill. (Precision drills). Quality technical requirements, IRS Bucharest, Romania; [6] *** http://soco.jrc.ec.europa.eu, (2009); [7] *** http://www.yetterco.com, (2009).

mic, care se poate obŃine prin corelarea dintre viteza de lucru, numărul de crestături şi diametrul discului.

În cadrul studiilor teoretice efectuate pentru realizarea echipamentului tehnic au fost analizate organele de lucru aflate în faŃa brăzdarului pentru îngrăşăminte chimice solide şi microgranule, brăzdarului dublu disc pentru seminŃe şi a roŃii de tasare.

Rolul acestor organe de lucru este de a curăŃa de resturi vegetale o bandă de sol cu o lăŃime suficientă pentru ca buruienile existente sau cu şanse de răsărire înaintea plantelor prăşitoare care se însămânŃează să fie îndepărtate pentru a nu sufoca plantele fragile imediat după răsărire.

Pe de altă parte, aceste organe de lucru asigură crestarea în plan vertical a solului şi a tăierea resturilor vegetale, crearea unui canal umplut cu sol afânat şi afânarea solului în benzi necesare pentru pătrunderea brăzdarului, în care se plasează seminŃele de prăşitoare, asigurând condiŃii bune pentru germinare şi creştere. CONCLUZII � Caracterul inovativ al echipamentului tehnic constă în

faptul că: - în funcŃie de condiŃiile pedoclimatice din diferitele regiuni

ale României, poate fi utilizat independent la o trecere pentru prelucrarea, mobilizarea şi afânarea solului pe o zonă numită “banda îngustă” iar la altă trecere pentru semănatul culturilor de plante prăşitoare (semănatul bob cu bob la porumb, floarea-soarelui etc.) concomitent cu administrarea îngrăşămintelor chimice şi insecticidelor sau simultan când prelucrarea solului în “benzi înguste”, semănatul plantelor prăşitoare, fertilizatul, distribuirea insecticidelor granulate, încorporarea în sol, acoperirea şi tasarea uşoară se realizează la o singură trecere;

- utilizarea pe terenuri mai puŃin pregătite datorită echipării secŃiilor de semănat seminŃe cu brăzdare de tipul dublu disc;

- asigurarea securităŃii operatorului prin adoptarea unor soluŃii moderne încât acesta să respecte cerinŃele esenŃiale de securitate şi de sănătate.

� Cercetările teoretice efectuate au permis optimizarea constructiv-funcŃională a diferitelor organe de lucru a solului;

� La realizarea echipamentului tehnic au fost folosite elemente de noutate care au făcut obiectul unei cereri de brevet de invenŃie realizată de autor împreună cu un colectiv de cercetători din cadrul INMA Bucureşti.

BIBLIOGRAFIE [1]. Arshad M. A., (1999), Prelucrarea şi calitatea solului: Metode de prelucrarea solului pentru o agricultură durabilă şi calitate a mediului în diferite agroecosistme, Cercetări privind solul si prelucrarea lui, Volum 53, EdiŃia 1, pag. 1-2, Noiembrie; [2]. Lal, R., (2009), Arătura cu plugul şi dezvoltare durabilă în agricultură, Jurnalul Agriculturii Durabile, pag. 66 – 84, vol. 33, Issue 1, ISSN 1540-7578, [3]. Marin, E. şi alŃii (2009) - Tehnologie inovativă de lucrarea solului şi înfiinŃarea culturilor de plante prăşitoare în sistem durabil, adaptată la condiŃiile pedoclimatice specifice regiunilor din România, INMATEH - Inginerie Agricolă, vol. 29, nr. 3, ISSN 1583-1019, pag. 27-36; [4]. Rădoi, M., Deciu, E., (1981) - Mecanică, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, România; [5]. *** SR 13238-1:1992 - Maşini agricole. Semănători bob cu bob. (Semănători de precizie). CondiŃii tehnice de calitate, IRS Bucureşti, România; [6] *** http://soco.jrc.ec.europa.eu, (2009); [7] *** http://www.yetterco.com, (2009).


93

EXPERIMENTAL RESEARCHES CONCERNING DYNAMICS AND ENE RGETIC OF TWO-

WHEEL TRACTOR - MOWER SYSTEMS /

CERCETĂRI PRIVIND DINAMICA ŞI ENERGETICA AGREGATULUI FORMAT DIN TRACTOR MONOAX ŞI COSITOARE

Ph.D. Eng. Mocanu V., Ph.D. Eng. Hermenean I.

ICDP Braşov / Romania Tel: 0268.472704; Fax: 0268. 475295; E-mail: [email protected]

Abstract : This paper presents the experimental investigations on the dynamics and the energetic of single-axel tractor mowing machine aggregates. In the first part are described the component parts of the studied aggregate, type and layout mode of transducers on the system components and the manner of acquisition and storage of data. In the second part of the paper are shown the results obtained from performed tests, based on which were drawn conclusions on the forming mode and optimization of the exploitation of single-axis tractor - forage harvesting equipment systems: in the case of aggregat single-axel tractor - mower a relatively low load energy source is obtain (up to 40%) recommending the correlation of mowers’ working width and type of cutting device, of the working speed with the power of the single-axel tractor. Mowers working width is limited from the need to copy the terrain irregularities in the transverse plane and the working speed of the aggregate should not exceed the value of 4.2 km/h in the case that the operator walks, being located in ergonomic limits. Keywords : aggregate, dynamics, energy, mower, single-axl tractor

INTRODUCTION Mechanization of the harvest works has a particular importance for the short time and quality of operations in the technology of feed preparation, to reduce labor requirements and physical effort. Harvesting the fodders from relatively small areas within the farm household, especialy those in hilly and mountainous areas, is done using as energy source, the single-axel tractors. The resons underlying the use of single-axis tractors are economic, but also environmental an social. Benefits obtained by using single-axis tractors expanded the field of use, they being designed to work with different machines, both at field crops and farm. Besides the households in hilly and mountainous areas, where are indispensable tools, single-axel tractors find their place in large farms, alongside the two axel tractors, at the execution of those works for which the use of the two axel tractor becomes uneconomic [1], [5], [8]. As a result of those foregoing shown it should give a particular attention to these energy sources, which in aggregate with different machines can provide the mechanization of some agricultural and household works. Nationally there are not known research works to handle the dynamics and energy of these types of aggregates, and internationally only the work [7] refers to the construction and calculation of kinematic and dynamic of a single-axis tractor. In this direction join and this paper in which the authors present a synthesis of experimental investigation of dynamics and energy of single-axis tractor - mowing machine aggregates allowing the development of some solutions for the construction, forming and use of the systems single-axis tractor - agricultural equipments.

Rezumat : În această lucrare sunt prezentate investigaŃiile experimentale privind dinamica şi energetica agregatelor tractor monoax maşini de cosit. În prima parte sunt descrise părŃile componente ale agregatului luat in studiu, tipul şi modul de amplasare a traductoarelor pe componentele sistemului şi modul de achiziŃionare şi stocare a datelor. În partea doua a lucrării sunt prezentate rezultatele obŃinute în urma încercărilor efectuate pe baza cărora s-au elaborat concluzii privind modul de formare şi optimizarea exploatării sistemelor tractor monoax – echipamente de recoltat furaje: în cazul agregatului tractor monoax – cositoare se obŃine o încărcare relativ redusă a sursei energetice (de până la 40%) recomandându-se corelarea lăŃimii de lucru a cositorii şi tipului aparatului de tăiere, a vitezei de lucru cu puterea tractorului monoax. LăŃimea de lucru a cositorii este limitată de necesitatea copierii denivelărilor terenului în plan transversal iar viteza de lucru a agregatului care trebuie situată în limite ergonomice nu trebuie să depăşească valoarea de 4,2 km/h în cazul în care operatorul se deplasează pe jos, fiind situată în limite ergonomice. Cuvinte cheie : agregat, cositoare, dinamica, energetica, tractor monoax

INTRODUCERE Mecanizarea lucrărilor de recoltare are o importanŃă deosebită pentru efectuarea în timp scurt şi de calitate superioară a operaŃiilor din cadrul tehnologiei de pregătire a furajelor, pentru reducerea necesarului de forŃă de muncă şi efort fizic. Recoltarea furajelor de pe suprafeŃele relativ mici din cadrul fermelor gospodăreşti, mai ales cele situate în zona colinară şi montană, se face utilizând, ca sursă energetică, tractoarele monoax. Motivele care stau la baza utilizării tractoarelor monoax sunt de natură economică, dar şi ecologică şi socială. Avantajele care s-au obŃinut prin folosirea tractoarelor monoax au lărgit domeniul de utilizare, ele fiind destinate a lucra cu diferite maşini, atât la culturile de câmp cat şi în gospodărie. În afară de gospodăriile din zonele colinare şi montane, unde reprezintă utilaje indispensabile, tractoarele monoax işi găsesc locul şi în fermele mari, alături de tractoarele cu două punŃi, la executarea acelor lucrări pentru care folosirea tractorului cu două punŃi devine neeconomică [1], [5], [8]. Ca urmare a celor arătate mai sus trebuie să se dea o atenŃie deosebită acestor surse energetice, care în agregat cu diferite utilaje, pot asigura mecanizarea unor lucrări agricole şi gospodăreşti. Pe plan naŃional nu se cunosc lucrări de cercetare care sa se ocupe de dinamica şi energetica acestor tipuri de aggregate, iar pe plan internaŃional doar lucrarea [7] se referă la construcŃia şi calculul cinematic şi dinamic al unui tractor monoax. În această direcŃie se înscrie şi prezenta lucrare în care autorii prezintă o sinteză a investigării experimentale a dinamicii şi energeticii agregatelor tractor monoax – maşini de cosit, care să permită elaborarea unor soluŃii privind construcŃia, formarea şi utilizarea sistemelor tractor monoax – utilaje agricole.


94

MATERIALS AND METHOD For experimental research was used IMT single-axis tractor 509D in aggregate with the frontal mower from the endowment. The main technical characteristics of this aggregate are listed below. Technical and functional features of the single-axis tractor IMT 509 type are: length of 1980 mm, width of 870 mm, height of 1250 mm, power of engine Diesel type of 8.84 kW at 3000 rpm, gearbox with 7 speed (5 forward and 2 on reverse), tractor mass of 210 kg [4]

Technical features of mower are: cutting device of classic finger type with a knife, driveling mechanism of planetary tzpe, working width of 1570 mm, mower mass of 85 kg. The experimental investigation has led to a number of parameters such as: area covered and the aggregate real speed work, torque transmitted to the tractor wheels, angular speeds of the tractor wheels, vertical and horizontal forces on the tractor wheels, torque transmitted through the PTO to the mower, PTO angular velocity for driving the mower. For experimental investigations, on the components of aggregate formed by single-axis tractor and mower it have placed a series of transducers, according to the scheme in Figure 1. To measure the area covered and the actual working speed it was used a measuring device with additional wheel (TS, V).

MATERIALE ŞI METODA Pentru cercetările experimentale s-a utilizat tractorul monoax IMT 509D în agregat cu cositoarea frontală din dotare. Principalele caracteristici tehnice ale acestui agregat sunt prezentate in continuare. Principalele caracteristici tehnice şi funcŃionale ale tractorului monoax IMT 509D sunt: lungimea de 1980 mm, lăŃimea de 870 mm, înălŃimea de 1250 mm, puterea motorului Diesel de 8,84 kW la 3000 rot/min, numărul treptelor de viteze 7 (5 mers înainte şi 2 mers înapoi), masa tractorului de 210 kg [4].

Caracteristicile tehnice ale cositorii sunt: aparatului de tăiere de tip clasic cu degete, cu un cuŃit, mecanismul de antrenare al cuŃitului de tip planetar, lăŃimea de lucru de 1570 mm, masa cositorii de 85 kg. Prin investigarea experimentală s-au determinat o serie de parametri precum: spaŃiul parcurs şi viteza reala a agregatului in lucru, momentele de torsiune transmise la roŃile tractorului, vitezele unghiulare a roŃilor tractorului, forŃele verticale şi orizontale la roŃile tractorului, momentul de torsiune transmis prin priza de putere cositorii, viteza unghiulară a prizei de putere de acŃionare a cositorii. Pentru efectuarea investigaŃiilor experimentale, pe elementele componente ale agregatului format din tractorul monoax şi cositoare s-au amplasat o serie de traductoare, conform schemei din figura 1. Pentru măsurarea spaŃiului parcurs şi a vitezei reale de lucru s-a folosit un dispozitiv de măsurare cu roată suplimentară (TS,V).

Fig. 1 - Location scheme on aggregate of transducers and link them to bridges, interface and computer /

Schema de amplasare pe agregat a traductoarelor şi legarea lor la punŃi, interfaŃă şi calculator

Determination of torques transmitted to the tractor wheels was made using transducers with strain gauges mounted on the tractor wheel hub (TC) and to determine the vertical and horizontal forces of the tractor wheels were designed, developed and used special elastic elements (located between the disc and the tractor rim wheel (TF (OV)). To determine the torque transmitted through the PTO to the mower was designed, developed and used a special strain gauge device (TC) placed between the tractor PTO and the mower transmission. Determination of the angular velocity of the PTO was done by using of some pulse transducers (Tω). To measure the parameters mentioned above were coupled the collectors made (to the single-axis tractor wheels for

Determinarea momentelor de torsiune transmise la roŃile tractorului s-a făcut folosind traductoare cu mărci tensometrice montate pe butucul roŃilor tractorului (TC)), iar pentru determinarea forŃelor verticale şi orizontale din roŃile tractorului s-au conceput, realizat şi folosit elemente elastice speciale (amplasate între discul şi janta roŃilor tractorului (TF(OV)). Pentru determinarea momentului de torsiune transmis prin priza de putere la cositoare s-a conceput, realizat şi folosit un dispozitv tensometric special (TC) amplasat între priza de putere a tractorului şi transmisia cositorii. Determinarea vitezelor unghiulare a prizei de putere s-a făcut prin folosirea unor traductoare cu impulsuri (Tω). În vederea măsurării parametrilor menŃionaŃi anterior s-au cuplat captoarele realizate (la roŃile tractorului monoax pentru


95

torques and vertical and horizontal forces at its PTO, etc.) with the six channels bridge strain gauges N 2302 , Romania made. Connections were made with Hottinger type cables, each 6.5 m long (specialy for tensometers) which were conducted to mobile laboratory in an terrain car. In the mobile laboratory was set two bridge strain gauges with Power Supply to a 12 V and 150 Ah battery power supply [2, 3, 4], [6]. During measurements it had a laptop computer with data acquisition board. Experimantal data were recorded on magnetic disks, following then to be processed. During tests with the aggregate the single-axis tractor-mower were measured seven analogical parameters and two digital parameters. As digital parameters were measured the additional wheel speed and the PTO speed. In Figure 1. is presented and the connection circuit of transducers at the bridge strain gauges, at the acquisition board (interface) and at the portable computer.

momente de torsiune şi pentru forŃe verticale şi orizontale, la priza de putere a acestuia, etc.) cu punŃile tensometrice cu şase canale, N 2302, de fabricatie românească. Legăturile s-au făcut cu cabluri de tip Hottinger, de câte 6,5 m lungime (speciale pentru tensometrie) care au fost conduse spre laboratorul mobil dispus într-un autoturism de teren. În laboratorul mobil s-au aşezat două punŃi tensometrice cu surse de alimentare la un acumulator de 12 V şi 150 Ah [2, 3, 4], [6]. În timpul măsurătorilor s-a dispus de un calculator LEPTOP cu placă de achiziŃii. Datele experimentale s-au înregistrat pe diskete magnetice, urmând apoi a fi prelucrate. În timpul probelor cu agregatul tractor monoax-cositoare s-au măsurat 7 parametrii anologici şi 2 parametrii digitali. Ca parametri digitali s-au măsurat turaŃia de la roata suplimentară şi turaŃia de la priza de putere. În figura 1 este prezentată şi schema de legare a traductoarelor la punŃile tensometrice, la placa de achiziŃie (interfaŃă) şi la calculatorul portabil.

RESULTS Working conditions in which attempts were made are presented in table 1. By sown grassland both I-st mow and to II-nd mow were performed by 7 samples of which: one sample from each of mowing speeds 1 and 2, a training sample with the goal of mowers, two samples of running with skid on the ground, without mow, with I-st and II-nd speed, two samples Running with mower lifted, with I-st and II-nd speed. By alfalfa II-nd mow were performed following 8 samples: one sample from each of mowing speeds 1 and 2, two samples of running with skid on the ground, without mow, with I-st and II-nd speed, two samples Running with mower lifted, with I-st and II-nd speed, one sample of turn right, by decoupling the left wheel and one sample of turn left, by decoupling the right wheel. Operational test results are presented in Table 2 [4]. Analyzing the results it appears that: at the I-st speed, of 0.77…0.81 m/s (2.77...2.92 km/h) are obtained cutting heights of 4.14…5.2 cm values corresponding to the agro requirements; at the II-nd speed, of 1.42...1.45 m/s (5.1...5.22 km/h) is obtaind cutting height of 7.66...8.17 cm, relatively high compared to those imposed to the mowing work. With its high values the II-nd speed is not recommended to be used to mow, it exceeding the maximum permissible limit of 1.17 m / s (4.2 km/h) imposed by ergonomic requirements: actual capacity of work of 0.410…0.437 ha/h for the I-st speed of work;specific fuel consumption has values of 4.01…5.18 l / ha at the I-st speed of work, and of 2.80…2.95 l / ha for II-nd speed of work. By computer processing, using MATLAB program of data recorded by experimental investigating have resulted average size characterizing the dynamics and energy in work of single-axis tractor – mower aggregates. The large number of tests carried out under various experimental determination allowed experimental determination and to other parameters as: rolling resistance of the tractor Rr; rezistance at dispacement in the work of mower Rc; resistance at friction between skids and soil (fp · Z1); advancing resistance for cutting plants (po · B); the PTO moment Mp,at the empty running of mower. The resulting data are presented in Table 3 (Mocanu, 1997). Looking at the results it shows that: motor force increases with speed work because there is a growing at advancing resistence in work of mower and an increased resistance at rolling of mower, from the I-st speed to the II-nd speed whit 79...84% resulting an increase of motor force, Fm, whit 42...69%, an increase of resistance to movement in working of mower with 55...135% and an increase of rolling resistance Rr, with 21…43% for different working conditions; increase of resistence force at displacemment in work of the mower is normal and that is thanks to the

REZULTATE CondiŃiile de lucru în care s-au făcut încercările sunt prezentate în tabelul 1. Atât la fâneaŃa semănată coasa I-a cât şi la coasa II-a s-au efectuat câte 7 probe din care: cîte o probă la cosit pentru fiecare din vitezele 1 şi 2, o probă cu antrenarea în gol a cositorii, două de deplasare cu patina pe sol fără a se cosi în vitezele 1 şi 2 şi două cu deplasarea cu cositoarea ridicată în vitezele 1 şi 2. La lucernă coasa II-a s-au efectuat următoarele 8 probe: cîte o probă la cosit pentru fiecare din vitezele 1 şi 2, două de deplasare cu patina pe sol fără a se cosi în vitezele 1 şi 2, două cu deplasarea cu cositoarea ridicată în vitezele 1 şi 2, una viraj dreapta prin decuplarea roŃii din stânga şi una viraj stânga prin decuplarea roŃii din dreapta. Rezultatele încercărilor de exploatare sunt prezentate în tabelul 2 [4]. Analizând rezultatele obŃinute se poate constata că: la viteza I-a, de 0,77...0,81 m/s (2,77...2,92 km/h) se obŃin înălŃimi de tăiere de 4,14...5,2 cm, valori ce corespund cerinŃelor agrotehnice; la viteza a II-a, de 1,42...1,45 m/s (5,1...5,22 km/h) se obŃin înălŃimi de tăiere de 7,66...8,17 cm, valori relativ mari faŃă de cele impuse lucrării de cosit. Prin valorile sale mari, viteza a II-a nu se recomandă a fi folosită la cosit, ea depăşind limita maximă admisă de 1,17 m/s (4,2 km/h) impusă de cerinŃele ergonomice; capacitatea efectivă de lucru este de 0,410...0,437 ha/h pentru viteza I-a de lucru, respectiv de 0,730...0,752 ha/h pentru viteza a II-a de lucru; consumul specific de carburanŃi are valori de 4,01...5,18 l/ha la viteza I-a de lucru, respectiv de 2,80...2,95 l/ha pentru viteza a II-a de lucru. Prin prelucrare computerizată, utilizând programul MATLAB, a datelor inregistrate prin investigarea experimentală au rezultat mărimile medii ce caracterizează dinamica şi energetica în lucru a agregatului tractor monoax – cositoare. Numărul mare de probe efectuate în condiŃii variate au permis determinarea experimentală şi a altor mărimi cum sunt: rezistenŃa la rulare a tractorului, Rr; rezistenŃa la deplasare în lucru a cositorii, Rc; rezistenŃa la frecare dintre patine şi sol (fp · Z1); rezistenŃa la înaintare pentru tăierea plantelor (po · B); momentul la priza de putere Mp, la antrenarea în gol a cositorii. Datele rezultate sunt prezentate în tabelul 3 (Mocanu, 1997). Analizând rezultatele se constată că: forŃa motoare creşte proporŃional cu viteza de lucru deoarece apare o creştere a rezistenŃei la deplasarea în lucru a cositorii şi o creştere a rezistenŃei la rulare; la o creştere a vitezei de lucru, de la viteza I-a la viteza a II-a, cu 79...84% rezultă o creştere a forŃei motoare, Fm, cu 42...69%, o creştere a rezistenŃei la deplasare în lucru a cositorii, cu 55...135% şi o creştere a rezistenŃei la rulare, Rr, cu 21...43%, pentru condiŃiile diferite de lucru; creşterea forŃei de rezistenŃă la deplasarea în lucru a cositorii este normală şi se datorează faptului că aparatul


96

fact that the cutting device enconter greater resistance for tilting and letting on furrow of a higher rate of plants; increasing the rolling resistance with increasing the speed iscdue to the increasing of rolling resistance coefficient, following to the pronounced deformation of tractor tires.

de tăiere întâmpină rezistenŃe mai mari pentru înclinarea şi lăsarea în brazdă a unui debit mai mare de plante; creşterea rezistenŃei la rulare, odată cu creşterea vitezei se datorează creşterii coeficientului de rezistenŃă la rulare, ca urmare a deformării mai accentuate a pneurilor tractorului.

Table 1 / Tabelul 1

Conditions during testing single-axis tractor - mow er aggregate / Condi Ńiile din timpul încerc ărilor agregatului tractor monoax-cositoare

Harvested culture / Cultura recoltat ă

Name / Denumirea Sown grassland I-st mow /

FâneaŃă semănată, coasa I-a

Sown grassland II-nd mow / FâneaŃă

semănată, coasa a II-a

Alfalfa / Lucern ă

Year of culture / Anul de cultură III-rd / Trei III-rd / Trei III-rd / Trei Harvesting cycle / Ciclul de recoltare I-st / Întâi II-nd / A doua II-nd/ A doua

Terrain slope / Panta terenului 7°/ 70 2÷4.5° / 2÷4,5° 0° / 00

Type of soil / Tipul de sol Chernozem leachate / Cernoziomic levigat

Chernozem leachate / Cernoziomic levigat Typical alluvial / Aluvial tipic

Plant moisture at harvest / Umiditatea plantelor la recoltare

73.4% / 73,4% 79.2% / 79,2% 82% / 82%

The average height of the field / ÎnălŃimea medie a lanului 94.2. / 94,2 [cm] 68.3 / 68,3 [cm] 76.4 / 76,4 [cm]

The average height of plants / ÎnălŃimea medie a plantelor

102.4 / 102,4 [cm] 72.4 / 72,4 [cm] 82.4 / 82,4 [cm]

Production of green mass / ProducŃia de masă verde 15.4 / 15,4 [t/ha] 16.5 / 16,5 [t/ha] 16.2 / 16,2 [t/ha]

Floristic composition/ CompoziŃia floristică

Dactylis glomerata: 32%; Lotus corniculatus: 23%; Festuca pratensis: 14%; Lolium perenne: 12%; Phleum pratense: 9%; Trifolium repens: 1.5%

Other species / alte specii: 8.5%

Medicago sativa: 73% Lotus corniculatus: 23% Other species / Alte specii: 4%

Table 2 / Tabelul 2

Operational test results / Rezultatele încerc ărilor de exploatare

Value obtained at harvest work / Valoarea ob Ńinut ă la recoltat Sown grassland / FâneaŃă semănată Alfalfa / Lucern ă Specification / Specifica Ńie UM /

MU I-st mow / coasa I-a II-nd mow / coasa a II-a II-nd mow / coasa a II-a

Working speed / Viteza de lucru m/s

[km/h] 0.77 / 0,77 [2.77 / 2,77]

1.42 / 1,42 [5.11 / 5,11]

0.8 / 0,8 [2.88 / 2,88]

1.43 / 1,43 [5.15 / 5,15]

0.81 / 0,81 [2.92 / 2,92]

1.45 / 1,45 [5.22 / 5,22]

Cutting height of plants / ÎnălŃimea de tăiere a plantelor cm 4.92 / 4,92 7.66 / 7,66 5.2 / 5,2 7.84 / 7,84 4.14 / 4,14 8.17 / 8,17

Real working width / LăŃimea reală de lucru

m 1.48 / 1,48 1.47 / 1,47 1.49 / 1,49 1.46 / 1,46 1.50 / 1,50 1.49 / 1,49

The actual working capacity / Capacitatea efectivă de lucru ha/h 0.41 / 0,41 0.749 / 0,749 0.429 / 0,429 0.752 / 0,752 0.437 / 0,437 0.73 / 0,73

Specific fuel consumption / Consum specific de combustibil

l/ha 4.17 / 4,17 2.8 / 2,8 5.18 / 5,18 2.95 / 2,95 4.01 / 4,01 2.85 / 2,85

Given the foregoing, it exist an optimal working speed

of aggregates located within ergonomic limits at which the increase of these forces is acceptable. This speed we recommend to of 1…1.17 m/s (3.6...4.2 km/h). Data concerning the speed and wheel slip are shown in table 4. Using data in Tables 3 and 4 were determined analytical the components of the balance power of system single-axis tractor - mower, listed in Table 5 [4].

Având în vedere cele arătate mai sus, există o viteză optimă de lucru a agregatului situată în limitele ergonomice la care creşterea acestor forŃe este acceptabilă. Această viteză o recomandăm să fie de 1...1,17 m/s (3,6...4,2 km/h). Datele privind vitezele şi patinarea roŃilor agregatului sunt prezentate în tabelul 4. Folosind datele cuprinse în tabelele 3 şi 4 s-au determinat analitic componentele bilanŃului de putere a sistemului tractor monoax – cositoare, trecute în tabelul 5 [4].

Table 3 / Tabelul 3

The results of the aggregate balance of traction si ngle axle tractor-mower / Rezultatele privind bilan Ńul de trac Ńiune al agregatului tractor monoax-cositoare

Cultivated grassland I-st mow

longitudinal slope 7° / FâneaŃă cultivat ă

coasa I-a, pant ă longit. 7°


transverse slope 7° / FâneaŃă cultivat ă

coasa a II-a, pant ă trans. 7°

Alfalfa II-nd mow / Lucern ă coasa a II-a

Specification / Specifica Ńie Mowing with I-st speed /

Cosit cu vit. I-a

Mowing with II-nd speed /

Cosit cu vit. a II-a

Mowing with I-st speed /

Cosit cu vit. I-a



Mowing with I-st speed /

Cosit cu vit. I-a



Motive force / ForŃa motoare, Fm [N] 589.14 / 589,14

900.75 / 900,75

549.91 / 549,91

783.64 / 783,74

399.38 / 399,38

673.66 / 673,66

Resistance to travel working of mower / RezistenŃa la deplasare în lucru a cositorii, RC [N]

185.24 / 185,24

435.59 / 435,59

347.78 / 347,78

538.63 / 538,63

322.26 / 322,26

565.04 / 565,04

Rolling resistance of tractor / RezistenŃa la rulare a tractorului, Rr [N]

143.11 / 143,11

205.03 / 205,03

202.13 / 202,13

245.01 / 245,01

77.13 / 77,13

108.62 / 108,62

Resultant slope / Rezultanta pantei, G sinα 260.77 / 260.77 / - - - -


97

260,77 260,77 Friction resistance of skids with the ground / RezistenŃa la frecare a patinelor cu solul (fp Z1) [N]

92.55 / 92,55

92.26 / 92,26

145.20 / 145,20

123.00 / 123,00

153.22 / 153,22

206.65 / 206,65

Advance rezistance for cutting of plants / RezistenŃa la înaintare pentru tăierea plantelor (p0. B) [N]

92.70 / 92,70

343.33 / 343,33

202.58 / 202,58

415.63 / 415,63

169.04 / 169,04

358.39 / 358,39

in work 16.22 / 16,22

21.27 / 21,27 21.08 / 21,08 23.26 / 23,26 16.026 /

16,026 23.64 / 23,64 Momment at PTO / Momentul la priza de putere, Mp [Nm] idle 3.65 / 3,65 3.65 / 3,65 3.65 / 3,65 Normal reaction on tractor wheels / ReacŃiunea normală pe roŃile tractorului [N]

2549.52 / 2549,52

2596.17 / 2596,17

2568.46 / 2568,46

2681.12 / 2681,12

2721.58 / 2721,58

2674.4 / 2674,4

Table 4 / Tabelul 4

Speeds and sliding of aggregate single-axis tractor -mower / Vitezele şi patinarea agregatului tractor monoax-cositoare

Grassland I-st mow / FâneaŃă coasa I-a

Cultivated grassland II-nd mow

/ FâneaŃă cultivat ă coasa a II-a

Alfalfa II-nd mow / Lucern ă coasa a II-a Specification / Specifica Ńie

I-st speed / viteza I

II-nd speed / viteza II





PTO shaft speed / TuraŃia arborelui prizei deputere, np [rot/min]

557.50 / 557,5

561.2 / 561,2

570.78 / 570,78

558.34 / 558,34

566.28 / 566,28

557.45 / 557,45

Theoretical speed / Viteza teoretică Vt, [m/s]

0.82 / 0,82 1.55 / 1,55 0.84 / 0,84 1.54 / 1,54 0.84 / 0,84 1.54 / 1.54

Working real speed / Viteza reală de lucru V, [m/s]

0.77 / 0,77 1.42 / 1,42 0.80 / 0,80 1.43 / 1,43 0.81 / 0,81 1.45 / 1,45

Average cutting speed of cutter / Viteza medie de tăiere a cuŃitului [m/s]

1.45 / 1,45 1.46 / 1,46 1.48 / 1,48 1.45 / 1,45 1.47 / 1,47 1.45 / 1,45

Sliding of driving wheels / Patinarea roŃilor motoare δ, [%]

5.4 / 5,4 8.4 / 8,4 4.7 / 4,7 7.1 / 7,1 4.3 / 4,3 5.8 / 5,8

Table 5 / Tabelul 5

Power balance components of system single-axis trac tor-mower / Componentele bilan Ńului de putere a sistemului tractor monoax-cositoar e


longitudinal slope 7° / FâneaŃă cultivat ă

coasa I-a pantă longit. 7°


transverse slope 7° / FâneaŃă cultivat ă

coasa a II-a pantă trans.. 7°

Alfalfa II-nd mow horizontal field

/ Lucern ă coasa a II-a teren orizontal Specifica Ńie







Power consumption by mower at driving through the PTO / Puterea consumată de cositoare la antrenarea prin priza de putere, Pp [kW]

1.114 / 1,114

1.470 / 1,470

1.482 / 1,482

1.600 / 1,600

1.170 / 1,170

1.620 / 1,620

Drive power in idle of mower / Puterea de antrenare în gol a cositorii, Pg [kW]

0.25 / 0,25 0.25 / 0,25 0.25 / 0,25

The power to move the aggregate / Puterea consumată pentru deplasarea agregatului, Pr [kW]

0.473 / 0,473

1.032 / 1,032

0.243 / 0,243

0.539 / 0,539

0.093 / 0.093

0.239 / 0,239

Power consumption to overcome drag forces of mower / Puterea consumată pentru învingerea forŃelor de rezistenŃă la înaintare a cositorii, Pt [kW]

0.217 / 0,217

0.965 / 0,965

0.417 / 0,417

1.185 / 1,185

0.387 / 0,387

1.243 / 1,243

Total power required by agreggate / Puterea totală necesară agregatului, Pa [kW]

1.817 / 1,817

3.467 / 3,467

2.142 / 2,142

3.324 / 3,324

1.657 / 1,657

3.105 / 3,105

Specific power consumed per unit working width / Puterea specifică consumată pe metru lăŃime de lucru [kW/m]

1.210 / 1,210

2.311 / 2,311

1.428 / 1,428

2.216 / 2,216

1.104 / 1,104

2.070 / 2,070

Rolling resistance coefficient of the tractor wheels / Coeficientul de rezistenŃă la rulare a roŃilor tractorului, f

0.056 / 0,056

0.079 / 0,079

0.078 / 0,078

0.091 / 0,091

0.028 / 0,028

0.041 / 0,041

CONCLUSIONS Based on the results of the experimental investigation results that: the power consumption by the mowerfrom the tractor PTO shaft has values of 1.114÷1.482 kW at mowing with I-st speed and of 1.47÷1.62 kW at mowing with II-nd speed; the power to drive the cutting device on empty is 0.250 kW; the power consumed for displacement of the aggregate had values of 0.093÷0.473 kW at mowing in I-st speed, and values of 0.239÷1.032 kW at mowing with II-nd speed; power consumption for overcoming drag forces of the mower had values of 0.217÷0.417 kW at mowing with I-st speed, respectively 0,965÷1,243 kW at mowing with II-nd speed; rolling resistance coefficient of tractor wheels was 0,028÷0,078 mowing with I-st speed and of 0.041÷0.091 at mowing with II-nd speed; the total required power of

CONCLUZII Pe baza rezultatelor obŃinute în cadrul investigărilor experimentale rezultă că: puterea consumată de cositoare de la arborele prizei de putere a tractorului are valori de 1,114÷1,482 kW la cosit cu viteza I-a, respectiv de 1,47÷1,62 kW la cosit cu viteza a II-a; puterea pentru acŃionarea în gol a aparatului de tăiere este de 0,250 kW; puterea consumată pentru deplasarea agregatului a avut valori de 0,093÷0,473 kW la cosit cu viteza a I-a, respectiv de 0,239÷1,032 la cosit cu viteza a II-a; puterea consumată pentru învingerea forŃelor de rezistenŃă la înaintare a cositorii a avut valori de 0,217÷0,417 kW la cosit cu viteza I-a, respectiv de 0,965÷1,243 kW la cosit cu viteza a II-a; coeficientul de rezistenŃă la rulare a roŃilor tractorului a fost de 0,028÷0,078 la cosit cu viteza I-a, respectiv de 0,041÷0,091 la cosit cu viteza a II-a; puterea totală necesară


98

aggregate for a transmission efficiency of 0.7 had values agregatului pentru un randament al transmisiei de 0,7 a avut valori of 1.657÷2.142 kW at mowing with at I-st speed, and of 3.105÷3.467 kW at mowing with II-nd speed; in the given working conditions, the mower has produced a charge relatively low of energy source, respectively of 18.7÷24.2% at mowing with I-st speed and of 35.2÷39.5% at mowing with II-nd speed. Following conclude that the single-axis tractor may be equipped with a mower with a large working width. Working width size of these types of devices is limited by the working conditions and by the need to copy the irregularities of the land in the transverse plane, ensuring the recommended cutting height. REFERENCES [1]. Hermenean I., Mocanu V., Popescu S. (1995) – Modern mechanization technologies for raking and mowing of forage from the pastures located on sloping land; No 5 Magazine for mechanization of agriculture; [2]. Mocanu V., Popescu S., Hermenean I,. (1996) – Characteristic features of the dynamics of monoaxle tractors at cutting and transport works – volume II of 8th Confernece with international participation VEHICLE AND ENVIRONEMENT, Universitatea Transilvania din Braşov; [3]. Mocanu V., Popescu S., Sperchez Fl., Hermenean I. (1996) – The method and equipment for experimentale investigation of dynamics and energetic of monoaxle tractors at cutting and transport works. volume II of 8th Confernece with international participation VEHICLE AND ENVIRONEMENT, Transilvania University of Brasov; [4]. Mocanu V. (1997) – Dynamic and energetic optimization of monoaxle tractors with agricultural machines for cutting and transport – Ph.D. Thesis, Transilvania University of Brasov; [5]. Ott, A., (1979) – Stand und Zielvorstellung für die Mechanisierung der Berglandwirtschaft, Bericht nr. 8. Tänikon, Schweizerland; [6]. Sperchez Fl., Mocanu V., Cilighir S. (1996) - Transducer to measure forces on the wheels of a Garden tillers together with various agricultural tools – VII National Symposium of Tensometers with international participation, Suceava; [7]. Şuvalov E. A. and colab. (1980) - Theory and calculation of KIROVETS tractor, Mechanical engineering Department of Leningrad, Leningrad; [8]. Taus., M., Mocanu V., Popescu S. (1991) – Contributions to achieving the types of axle tractors and related equipment, agricultural and household work appropriate individual farms. Symposium on Current Issues of agricultural mechanics, Timisoara.

de 1,657÷2,142 kw la cosit cu viteza I-a, respectiv de 3,105÷3,467 kW la cosit cu viteza aII-a; în condiŃiile de lucru date, cositoarea a produs o încărcare relativ redusă a sursei energetice, respectiv de 18,7÷24,2% la cosit cu viteza I-a şi de 35,2÷39,5% la cosit cu viteza a II-a. Ca urmare rezultă faptul că tractorul monoax ar putea fi echipat cu o cositoare cu o lăŃime de lucru mare. Mărimea lăŃimii de lucru la aceste tipuri de aparate este însă limitată de condiŃiile de lucru şi de necesitatea copierii denivelărilor terenului în plan transversal, asigurându-se înălŃimea de tăiere recomandată. BIBLIOGRAFIE [1]. Hermenean I., Mocanu V., Popescu S. (1995) – Tehnologii moderne de mecanizare a cosirii şi greblării furajelor de pe pajiştile situate pe terenuri în pantă; Revista de mecanizarea agriculturii nr. 5; [2]. Mocanu V., Popescu S., Hermenean I,. (1996) – Trăsăturile caracteristice ale dinamicii tractoarelor monoax la lucrări de cosilt şi transport – volume II of 8th Confernece with international participation VEHICLE AND ENVIRONEMENT, Universitatea Transilvania din Braşov; [3]. Mocanu V., Popescu S., Sperchez Fl., Hermenean I. (1996) – Metodă şi echipament pentru investigarea experimentală a dinamicii şi energeticii tractorului monoax în lucru la cosit şi transport. Volumul II al ConferinŃei a 8-a cu participare internaŃională de AUTOVEHICULE ŞI MEDIU, Universitatea Transilvania din Braşov; [4]. Mocanu V. (1997) – Optimizarea dinamică şi energetică a agregatelor formate din tractoare monoax şi maşini agricole de recoltat şi transport - Teza de doctorat, Universitatea Transilvania din Braşov; [5]. Ott, A., (1979) – Stadiul şi cerinŃele pentru mecanizarea agriculturii montane, Raportul nr. 8. Täenikon, ElveŃia; [6]. Sperchez Fl., Mocanu V., Cilighir S. (1996) - Captor pentru măsurarea forŃelor de la roŃile unui motocultor în ansamblu cu diferite unelte agricole – Al VII-lea Simpozion NaŃional de Tensometrie cu participare internaŃională, Suceava; [7]. Şuvalov E., A, şi colab. (1980) - Teoria i rasciat tractora ,,KIROVEł,, Maşinostroenie Leningradscoe Otdelenie, Leningrad; [8]. Taus., M., Mocanu V., Popescu S. (1991) – ContribuŃii la realizarea tipurilor de tractoare monoax şi a echipamentelor aferente, adecvate lucrărilor agricole şi gospodăreşti în fermele individuale, Simpozionul Probleme actuale de mecanică agricolă, Timişoara.


99

EXPERIMENTAL RESEARCHES ON THE INFLUENCE OF TYRE PR ESSURE AND INTENSITY OF TRAFFIC TRACTOR WHEELS ON PENETRATION RESISTANCE AND

APPARENT DENSITY OF AGRICULTURAL SOILS /

CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND INFLUENłA PRESIUNII DIN PNEURI ŞI A INTENSITĂłII TRAFICULUI ROłILOR TRACTORULUI ASUPRA REZISTEN łEI LA

PENETRARE ŞI DENSITĂłII APARENTE A SOLURILOR AGRICOLE

Ph.D. Eng. Loghin Fl. 1), Prof. Ph.D. Popescu S. 1), Math. Cârdei P. 2), Prof. Ph.D. Karamousantas D. 3)

1)Transilvania University of Bra şov/Romania, 2)INMA Bucharest/Romania, 3)TEI Kalamata/Greece E-mail: [email protected]

Abstract: This paper presents the methodology and apparatus used in experimental research on the influence of tyre air pressure and traffic intensity in the field of the agricultural tractor wheels on the degree of soil compaction, characterized by two main parameters: penetration resistance and apparent soil density depending on the depth of soil layers. Field experimental measurements were performed for different values of air pressure in tyres and different traffic intensities of tractor wheels (numbers of consecutive passes of the wheels along the same track). Keywords: agricultural tractors, apparent density of soil, inflation pressure, soil compaction, soil penetration resistance, tyre, INTRODUCTION

Soil compaction represents a process (unfavourable) of volume decrease of the soil layer under the action of environmental conditions (natural compaction), or under the action of certain influencing factors (artificial or anthropic compaction) [1;3;6]. Artificial compaction of the soil is caused by the traffic of various machines conducting mechanized agricultural works and transport, hydro-improvement or other types of work.

Soil artificial compaction is determined by using of agricultural machines with big loads on the supporting wheels (exercising high presses on soil), using wheels with high pressure tyres, increasing the number of passages of machinery wheels on soil surface (raising traffic intensity) [4;6]. The compaction is amplified by performing agricultural works and by traffic on high humidity soils [3].

Compaction process is manifested by the following adverse effects: increasing resistance to penetration and soil apparent density; reducing soil permeability and implicitely its capacity of retaining water, increasing the mechanic resistance to soil processing by machines working bodies, leading to increased energy consumption to carry out of agricultural works [2;3]. Increasing compaction lead ultimately to degradation of the structure, reducing of fertility and implicitly of soil productivity.

Soils compaction status is characterized by different parameters and indicators, the most important of them being apparent density, penetration resistance and porosity [2;3].

The most effective practical alternative to lower the compaction degree consists in tractor tyre air pressure reduction. In this respect a rational solution is to equip tractors with centralized control systems during running of the tyres air pressure, similar to those used for off road vehicles (for exemple, military vehicles) [4].

The overall objective of the research in the work has consisted in experimental research, in terms of quality and quantity, of variation mode of the resistance to

Rezumat: În lucrare se prezintă metodologia şi aparatura folosite la cercetarea experimentală a influenŃei presiunii aerului din pneuri şi a intensităŃii traficului în teren a roŃilor tractoarelor agricole asupra gradului de compactare a solului, caracterizat de doi parametri principali: rezistenŃa la penetrare şi densitatea aparentă a solului în funcŃie de adâncimea straturilor de sol. Determinările experimentale în teren au fost efectuate pentru diferite valori ale presiunii aerului în pneuri şi diferite intensităŃi ale traficului roŃilor tractorului (număr de treceri consecutive ale roŃilor pe aceeaşi urmă). Cuvinte cheie : densitatea aparentă a solului, pneuri compactare a solului, presiune de umflare a pneului, rezistenŃa la penetrare a solului, tractoare agricole INTRODUCERE

Compactarea solului reprezintă un proces (nefavorabil) de reducere a volumului stratului de sol sub acŃiunea condiŃiilor de mediu (compactarea naturală) sau a unor factori de influenŃă (compactarea artificială sau antropică) [1;3;6]. Compactarea artificială este cauzată de traficul maşinilor pentru efectuarea mecanizării diferitelor lucrări agricole şi de transport, a unor lucrări hidroameliorative sau de altă natură.

Compactarea solurilor este favorizată de utilizarea unor maşini agricole cu sarcini mari pe roŃile de sprijin (care exercită apăsări mari pe sol), folosirea unor roŃi cu pneuri cu presiuni mari, creşterea numărului de treceri ale roŃilor maşinilor pe suprafaŃa solului (creşterea intensităŃii traficului) [4;6]. Compactarea este amplificată de executarea lucrărilor agricole şi de traficul pe soluri cu umiditate ridicată [3]. Procesul de compactare se manifestă prin următoarele efecte nefavorabile: creşterea rezistenŃei la penetrare şi a densităŃii aparente a solului; reducerea permeabilităŃii solului şi, implicit, a capacităŃii acestuia de reŃinere a apei, mărirea rezistenŃei mecanice la prelucrarea solului de către organele de lucru ale maşinilor, ceea ce duce la creşterea consumurilor energetice la efectuarea lucrărilor agricole [2;3]. Creşterea gradului de compactare duce, în final, la degradarea structurii, reducerea fertilităŃii şi, implicit, a productivităŃii solului.

Starea de compactare a solurilor este caracterizată de diverşi parametri şi indicatori, cei mai importanŃi fiind densitatea aparentă, rezistenŃa la penetrare şi porozitatea [2;3].

Cea mai eficientă alternativă practică de scădere a gradului de compactare constă în reducerea presiunii aerului din pneurile tractoarelor. În acest sens o soluŃie raŃională o reprezintă echiparea tractoarelor cu sisteme centralizate de reglare în timpul mersului a presiunii aerului din pneuri asemănătoare cu cele folosite la autovehiculele de teren (de exemplu autovehiculele militare) [4].

Obiectivul general al cercetărilor din lucrare a constat în cercetarea experimentală, sub aspect calitativ şi cantitativ, a modului de variaŃie a rezistenŃei la


100

penetration and apparent density of soil layers depending of compaction degree. The compaction was performed by the wheels of a tractor equipped with different inflation pressure and traffic intensity of tractor wheels (numbers of consecutive passes of the wheels along the same track).

penetrare şi a densităŃii aparente a straturilor de sol în funcŃie de gradul de compactare. Compactarea s-a realizat de roŃile unui tractor echipate cu pneuri cu diferite presiuni ale aerului şi cu diferite intensităŃi ale traficării terenului (caracterizate de numărul de treceri ale roŃilor pe aceeaşi urmă).

MATERIALS AND METHODS

For the experimental research of inflation pressure influence from tyres of tractor wheels and of traffic intensity of soil by tractor’s wheels (number of wheels passages over the same track) on the soil compactness degree has been used the wheeled tractor with integral traction (4x4) model U1010 DT, with the power of 100 hp (73.5 kW), with rear wheels equipped with tyre type 16.8-38. The load on tractor rear axle was of 26000 N (13000 N on each wheel), and on front axle of 16000 N (8000 N on each wheel).

The tractor was equipped with a centralized inflation pressure control system during the movement, achieved by adapting and using of components from the installation for tyres air pressure adjustment during displacement from a military land vehicle TAB 77.

The experimental researches were performed on a ploughed and prepared for sowing soil, comprised within the perimeter of National Institute Of Research - Development For Machines And Installations Designed To Agriculture And Food Industry - INMA BUCHAREST.

Determination of soil resistance at penetration has been achieved for three values of air pressure in rear wheels tyres: p1 = 0.80 bar, p2 = 1.00 bar and p3 = 1.25 bar, the front wheels pression being maintained steady at 1.25 bar. For each of 3 values of rear axle tyres pressure trafficking land with 1, 2, 3, 4 and 5 consecutive passages over the same track of rear wheels have been performed.

The soil penetration resistance was measured on the middle of wheels tracks, placed in five differenet places on the track length, using a digital electronic penetrometer with cone FIELDSCOUT SC900. The resistance force at cone penetration into soil layers (expessed by pressure units, kPa) is mesured by means of an electronic force cell and depth (position) of cone penetration into the soil is determined by a position sensor (level sensor) with ultrasounds generator.

The data of values of penetrating resistance and penetrometer’s cone penetrating depth into soil are transferred to storage memory of a computer (for processing) and can be viewed on the device display. Since measurements were performed in five different places on wheels track axle length, the average values of these five measurements were determined.

When performing penetration tests, was measured and relative humidity of soil at depths of 7, 12 and 20 cm, using the soil capacitive humidometer TDR 300.

At the beginning of determinations have been performed penetrating tests on traffic-free soil (considered as witness ground or „zero traffic” ground). These samples were considered as reference samples (witness), because at the datas obtained from these testings were reported the datas measured after making the established traffic and with established values for the air pressure in tractor tyres.

For exemplifying, in figure 1 are given the curves obtained following the data processing, obtained through measures of variation of average penetrating resistance depending on soil penetrating depth for different tyres pressures (0.8 bar, 1.0 bar and 1.25 bar), after two passes on the same track of tractor wheels, compared with traffic-free soil (curve 0).

MATERIALE ŞI METODE

Pentru cercetarea experimentală a influenŃei presiunii aerului din pneurile roŃilor tractorului şi a intensităŃii de traficare a terenului de către roŃile tractorului (numărul de treceri ale roŃilor pe aceeaşi urmă) asupra gradului de compactare a solului a fost utilizat tractorul pe roŃi cu tracŃiune integrală (4x4) model U1010 DT, cu puterea de 100 CP (73,5 kW), cu roŃile din spate echipate cu anvelope tip 16.8-38. Sarcina pe puntea din spate a tractorului a fost de 26000 N (câte 13000 N pe fiecare roată), iar pe puntea faŃă a fost de 16000 N (câte 8000 N pe fiecare roată).

Tractorul a fost echipat cu o instalaŃie centralizată pentru reglarea din mers a presiunii aerului din pneuri, realizată prin adaptarea şi folosirea componentelor instalaŃiei de reglarea din mers a presiunii aerului din pneuri de la un autovehicul militar de teren TAB 77.

Cercetările experimentale s-au făcut pe un teren agricol arat şi pregătit pentru semănat, aflat în perimetrul Institutului NaŃional de cercetare - dezvoltare pentru Maşini şi instalaŃii destinate Agriculturii şi industriei alimentare – INMA BUCUREŞTI.

Determinarea rezistenŃei solului la penetrare s-a făcut pentru trei valori ale presiunii aerului în pneurile roŃilor din spate: p1 = 0,80 bar, p2 = 1,00 bar şi p3 = 1,25 bar, presiunea pe roŃile din faŃă fiind menŃinută constantă la valoarea de 1,25 bar. Pentru fiecare din cele 3 valori ale presiunii din pneurile punŃii din spate s-a realizat traficarea terenului cu 1, 2, 3, 4 şi 5 treceri consecutive ale roŃilor din spate pe aceeaşi urmă.

RezistenŃa la penetrare a solului s-a măsurat pe mijlocul urmelor roŃilor, plasate în cinci locuri diferite pe lungimea urmei, utilizând penetrometrul electronic digital cu con FIELDSCOUT SC 900. ForŃa de rezistenŃă la penetrarea conului în straturile de sol (exprimată în unităŃi de presiune, kPa) s-a măsurat cu un traductor electronic de forŃă iar adâncimea (poziŃia) de pătrundere a conului în sol se determină cu ajutorul unui senzor de poziŃie (de nivel) cu generator de ultrasunete.

Datele privind valorile rezistenŃei la penetrare şi a adâncimii de pătrundere a conului penetrometrului în sol sunt transferate în memoria unui calculator (în vederea prelucrării) şi pot fi vizualizate şi pe ecranul aparatului. Deoarece măsurătorile au fost efectuate în cinci locuri diferite pe lungimea axei urmei roŃilor, s-au determinat valorile medii ale celor cinci măsurători.

La efectuarea testărilor de penetrare s-a măsurat şi umiditatea relativă a solului la adâncimile de 7, 12 şi 20 cm, folosind umidometrul capacitiv de sol TDR 300.

La începerea determinărilor s-au făcut probe (teste) de penetrare pe terenul netraficat (considerat teren martor sau teren cu „trafic zero”). Aceste probe au fost considerate ca fiind de referinŃă (martor), deoarece la datele obŃinute la aceste probe s-au raportat datele măsurate după efectuarea traficului stabilit şi cu valori stabilite ale presiunii aerului în pneurile tractorului.

Pentru exemplificare, în figura 1 sunt reprezentate curbele obŃinute prin prelucrarea datelor obŃinute prin măsurători ale variaŃiei rezistenŃei medii la penetrare în funcŃie de adâncimea de penetrare a solului pentru diferite valori ale presiunii în pneurile roŃilor (0,8 bar, 1,0 bar şi 1,25 bar), după efectuarea a două treceri pe aceeaşi urmă ale roŃilor tractorului, comparativ cu solul netraficat (curba 0).


101

Fig 1 - Variation of average penetration resistance with soil depth for different inflation pressures of wheels tyres (0.8 bar, 1.0 bar and 1.25

bar), soil on which have been performed two passages on the same track, in comparison with traffic-free soil. (curve 0) / VariaŃia rezistenŃei medii la penetrare cu adâncimea din sol pentru diferite presiuni în pneurile roŃilor (0,8 bar, 1,0 bar şi 1,25 bar) traficat cu două treceri ale

roŃilor pe aceeaşi urmă, comparative cu solul netraficat (curba 0)

In figure 2 are shown the variation curves of average penetration resistance depending on the soil depth for different intensities of tractor rear wheels traffic: 2 passages (curve 2), 3 passages (curve 3) and 4 passages (curve 4), in comparison with traffic-free soil (curve 0), at rear wheels tyres pressure of 0.8 bar.

În figura 2 sunt date curbele de variaŃie a rezistenŃei medii la penetrare în funcŃie de adâncimea din sol pentru diferite intensităŃi ale traficului roŃilor din spate ale tractorului: 2 treceri (curba 2), 3 treceri (curba 3) şi 4 treceri (curba 4), comparativ cu solul netraficat (curba 0), la presiunea din pneurile roŃilor din spate de 0,8 bar.

Fig. 2 - Variation of average penetration resistance depending on soil depth with different intensities of tractor rear wheels traffic: 2 passages (curve 2), 3 passages (curve 3) and 4 passages (curve 4), at a tyre inflation pressure of 0.8 bar, in comparison with traffic-free soil (curve 0) /

VariaŃia rezistenŃei medii la penetrare cu adâncimea din sol pentru diferite intensităŃi ale traficului roŃilor din spate ale tractorului: 2 treceri (curba 2), 3 treceri (curba 3) şi 4 treceri (curba 4), comparative cu solul netraficat (curba 0)

Within these experimental researches has been also

studied the manner in which the penetration resistance varies perpendicularly on tyre track (on crossing direction), measured in points placed at 5 cm, 15 cm and 15 cm distances to left and right depending on the symmetry plane of tyre track. In figure 3 are given the variation curves of average penetrating resistance on transverse direction of track depending on tyres inflation pressure (1.0 bar and 1.25 bar) after a traffic of 5 passages. In Figure 4 are given the variation curves of average penetration resistance on transverse direction of tyres track, depending on the traffic: after a passage (curve 1) and after 5 passages (curve 5), with a tyres inflation pressure of 1.25 bar.

Determinating the soil apparent density has been achieved concomitantly with operations for determining the soil penetration resistance. For experimental determinations soil samples at 0...5 cm; 10…15 cm and respectively 20...25 cm intervals (currently used for soil analysis) have been taken [1].

The samples were taken with a special kit used in

În cadrul cercetărilor experimentale s-a studiat, de asemenea, şi modul de variaŃie a rezistenŃei la penetrare a solului pe direcŃia perpendiculară pe urma pneului roŃii (pe direcŃie transversală), măsurată în puncte plasate la distanŃele de 5 cm, 10 cm şi 15 cm, în stânga şi dreapta în raport cu planul de simetrie al urmei pneului roŃii. În figura 3 sunt date curbele de variaŃie a rezistenŃei medii la penetrare pe direcŃia transversală a urmei în funcŃie de presiunea din pneuri (1,0 bar şi 1,25 bar) la un trafic cu 5 treceri. În figura 4 sunt date curbele de variaŃie a rezistenŃei medii la penetrare pe direcŃia transversală a urmei pneurilor în funcŃie de trafic: după o trecere (curba 1) şi după 5 treceri (curba 5), cu presiunea interioară în pneuri de 1,25 bar.

Determinarea densităŃii aparente a solului s-a realizat concomitent cu operaŃiile de determinare a rezistenŃei la penetrare. Pentru determinările experimentale, s-au prelevat probe de sol la intervalele de: 0...5 cm; 10...15 cm şi, respectiv, 20...25 cm, i folosite în mod curent în analize pedologice [1].

Prelevarea probelor s-a efectuat cu o trusă specială


102

pedology, consisting in 24 identical stainless steel cylinders, of 5 cm in diameter and 5 cm in height. The amount of soil taken by each cylinder was of 98 cm3.

Along with determining the soil apparent density, the relative average soil humidity was measured by means of an electronic capacitive humidometer type TDR 300.

utilizată în probele pedologice, formată din 24 cilindri identici din oŃel inoxidabil, cu diametrul de 5 cm şi înălŃimea de 5 cm. Volumul prelevat de fiecare cilindru a fost de 98 cm3.

Concomitent cu determinarea densităŃii s-au măsurat şi umidităŃile relative medii ale solului utilizând umidometrul electronic de sol tip capacitiv, model TDR 300.

Fig. 3 - Variation of average penetration resistance on transverse direction of tyres track depending on tyres inflation pressure (1.0 bar and 1.50 bar) after 5 wheels passages./ VariaŃia rezistenŃei medii la penetrare pe direcŃia transversală a urmei pneurilor în funcŃie de

presiunea din pneuri (1,0 bar şi 1,25 bar) după 5 treceri ale roŃilor

Fig. 4 - Variation of average penetration resistance correlated with the distance on transverse direction of track after one passage (curve 1) and 5

passages (curve 5) of tractor wheels, with tyre inflation pressure of 1.25 bar / VariaŃia rezistenŃei medii la penetrare în funcŃie de distanŃa pe direcŃia transversală a urmei pneurilor după o trecere (curba 1) şi 5 treceri (curba 5 ) ale roŃilor tractorului, cu presiunea în pneuri de 1,25 bar

Fig. 5 -Variation of soil dry bulk density correlated with soil depth for a traffic of 5 wheels passages, for tyres inflation pressures of 1.0 bar

and 1.4 bar, in comparison with traffic-free soil (curve 0) / VariaŃia densităŃii aparente cu adâncimea, la un trafic de 5 treceri ale roŃilor, pentru presiunile în pneuri de 1,0 bar şi 1.4 bar, comparativ cu solul netraficat (curba 0)


103

Fig. 6 - Variation of soil density correlated with soil depth for a tyre inflation pressure of 1.0 bar, for one passage (curve 1) and 5 passages (curve 5), in comparison with traffic-free soil (curve 0) / VariaŃia densităŃii aparente cu adâncimea, la presiunea în pneuri de 1,0 bar, pentru

o trecere (curba 1) şi 5 treceri (curba 5), comparativ cu solul netraficat (curba 0)

In order to study the influence of tyres inflation pressure and the intensity of tractor wheels passages on the apparent density, two different values for rear tractor wheels tyre pressures have been used: p1 = 1.0 bar and, respectively, p2 = 1.4 bar, for a traffic of 1, 3 and 5 passages over the same track of rear wheels. During the tests, the front wheels pressure was kept steady for all the testings (1.25 bar). Before the soil trafficking, the apparent density values depending on soil layer depth on the traffic-free soil (named witness or reference soil) were determined.

Based on processing of measured results , graphics of average apparent density variations were drawn up, depending on soil depth for both values of tyre pressure (1.0 bar and 1.4 bar) (fig. 5) and for different numbers of passes of tractor wheels (1 and 5 passages) (fig.6), comparatively with those obtained on traffic-free soil (witness soil). RESULTS AND DISCUSSIONS

Analyzing the experimental results showed that the penetration soil resistance increase for increasing depth of the soil layer, number of passes and tyre pressure, as follows: - the mean penetration resistance increases monotonically, but not linearly along with tyres pressure, the increase of tire pressure producing a greater overall compaction, especially in layers up to 20 cm in comparison with traffic-free soil case (fig. 1). Maximum values of penetrating resistance are of 3200...3400 kPa for 20...35 cm depths, whereupon these approaching the penetration resistance of traffic-free soil values; - by increasing the number of passes of tractor wheels occur appreciable increase of penetration resistance within 0... 25 cm depth, in comparison with traffic-free soil (fig. 2). For over 30 cm depths, the traffic intensity is less important, the values of penetrating resistance being almost similar to those of traffic-free soil; - maximum value of penetratiion resistance is in median area of tyre track, diminishing to track edges (fig. 3);

The analysis of experimental data has revealed that apparent densities increases with increasing the depth of the soil layer, number of passes and tyre pressure (Fig. 5 and Fig. 6): - the average apparent density in a soil layer of 0 … 5 cm has increased from 1180 kg/m3 in traffic-free soil to 1270 kg/m3 in soil compacted with 5 passes of wheels at 1.4 bar tyre inflaŃion pressure (an increase of about 8%); - the average apparent density in a soil layer of 10 … 15 cm has increased from 1250 kg/m3 in traffic-free soil to 1340 kg/m3 in soil compacted with 5 passes of wheels at 1.4 bar tyre inflation pressure (an increase of about 11%); - the average apparent density in a soil layer of 20 … 25 cm has increased from 1320 kg/m3 in traffic-free soil to

Pentru studiul influenŃei presiunii aerului în pneuri şi a intensităŃii traficului roŃilor tractorului asupra densităŃii aparente s-au folosit două valori diferite pentru presiunile din pneurile roŃilor din spate ale tractorului: p1 = 1,0 bar şi, respectiv, p2 = 1,4 bar, la un trafic de 1, 3 şi 5 treceri a roŃilor din spate pe aceeaşi urmă. În timpul testărilor, presiunea pe roŃile faŃă a fost menŃinută constantă la toate probele (1,25 bar). Înainte de traficarea solului s-au determinat valorile densităŃii aparente în funcŃie de adâncimea stratului pe sol netraficat (sol martor sau de referinŃă).

Pe baza prelucrării rezultatelor măsurate s-au construit graficele de variaŃie a densităŃilor aparente medii în funcŃie de adâncimea solului pentru cele două valori ale presiunii în pneuri (1,0 bar şi 1,4 bar) (fig. 5) şi pentru diferite numere de treceri ale roŃilor tractorului (1 şi 5 treceri) (fig. 6), comparativ cu cele obŃinute pe sol netraficat (sol martor). REZULTATE ŞI DISCUłII

Analizând rezultatelor experimentale a rezultat că rezistenŃa la penetrare a solului creşte cu adâncimea stratului de sol şi numărul de treceri, după cum urmează: - valoarea medie a rezistenŃei la penetrare creste monoton, dar nu liniar, cu presiunea în pneuri, creşterea presiunii în pneuri producând o compactare globală mai mare, în special în straturile de până la 20 cm în raport cu cazul solului netraficat (fig.1). Valorile maxime ale rezistenŃei la penetrare sunt de 3200...3400 kPa la adâncimi de 20...35 cm, după care acestea se apropie de valorile rezistenŃei la penetrare la solul netraficat; - prin creşterea numărului de treceri ale roŃilor se produc creşteri apreciabile ale rezistenŃei la penetrare în intervalul 0... 25 cm în raport cu cazul solului netraficat (fig. 2). La adâncimi de peste 30 cm influenŃa intensităŃii traficului este mai puŃin relevantă, valorile fiind similare celor măsurate pe solul netraficat; - valoarea maximă a rezistenŃei la penetrare apare în zona mediană a urmei pneului pe sol, scăzând spre marginile urmei (fig. 3);

Analiza datelor experimentale a relevat că densitatea aparentă a solului creşte cu adâncimea stratului, cu numărul de treceri şi presiunea din pneuri (fig. 5 şi fig. 6): - densitatea aparentă medie la adâncimea de 0...5 cm a crescut de la 1180 kg/m3 pe sol netraficat la 1270 kg/m3

pe solul compactat cu 5 treceri ale roŃilor cu presiunea aerului în pneuri de 1,4 bar (creştere cu cca. 8%); - densitatea aparentă medie în stratul de sol de 10...15 cm a crescut de la 1250 kg/m3 pe solul netraficat la 1340 kg/m3 pe solul compactat prin 5 treceri ale roŃilor cu presiunea aerului în pneuri de 1,4 bar. (creştere cu cca. 11%); - densitatea aparentă medie în stratul de sol de 20...25 cm a crescut de la 1320 kg/m3 pe sol netraficat la 1510


104

Acknowledgement: This paper is supported by the Sectoral Operational Programme Human Resources Development (SOP HRD), financed from the European Social Fund and by the Romanian Government under the project number ID59323.

1510 kg/m3 in soil compacted consequently to 5 passes of wheels with 1.4 bar tyre pressure (an increase of about 11.5%). CONCLUSIONS

The compaction degree of agricultural soil is characterized of two main parameters: penetration resistance and apparent density. The values of these parameters vary with the depth of the soil layer and depend on the inflation pressure in the tyres and the intensity of traffic of tractor wheels (numbers of consecutive passes of the wheels along the same track

The mean values of penetration resistance and apparent density in deep soil layers increases monotonically but not linear with the tyre air pressure and number of tractor wheels passages. Increasing of these parameters values is more visible for depths of 20 … 30 cm (of the arable layer), after which these values have stabilized and approached to those of traffic-free soil. REFERENCES [1]. Blume H.P. (2004) - Handbuch des Bodenschutzes, ISBN: 3-609-6585-3, ECOMED, Biowissenschaften, Landsberg am Tech; [2]. Hillel D. (1982) - lntroduction to Soil Phisics, ISBN 0-12-348520-7, Academic Press, San Diego; [3]. Molnar I. (2008) - Research on the influence of agricultural machines and tractors of soil compaction, PhD Thesis, Technical University of Cluj-Napoca/Romania; [4]. Rempfer M. (1988) - Grundlagen der automatischen Reifendruckverstellung bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen, Agrartechnische Forschung no.1, pg. 46-54; [5]. Rudiger A.,Werner D., Steinert P. (1991) – Einfluss von Reifeninnendruck, Radlast und Überrollhäufigkeit auf die Verformung des Bodens, Agrartechnik, ISSN 0023-7182, no.1, pg. 19 - 21; [6]. Soane B.D., van Ouwerk C. (1994) - Soil Compaction in Crop Production 11, 684 pg., ISBN 10: 0-444-88286-3, ISBN 13: 978-0-444-88286-8, Elsevier, Amsterdam.

kg/m3 pe solul compactat prin traficare cu 5 treceri ale roŃilor cu presiunea în pneuri de 1,4 bar. (creştere cu cca. 11,5%). CONCLUZII

Gradul de compactare a solului agricol este caracterizat de doi parametri principali: rezistenŃa la penetrare şi densitatea aparentă a solului. Valorile acestor parametri sunt variabile pe adâncimea straturilor de sol şi depind de presiunea aerului în pneurile roŃilor şi de intensitatea traficului roŃilor tractoarelor (numărul de treceri ale roŃilor pe aceeaşi urmă).

Valorile medii ale rezistenŃei la penetrare şi ale densităŃii aparente în adâncimea straturilor de sol cresc monoton, dar nu liniar cu presiunea aerului in pneuri şi cu intensitatea traficului roŃilor. Creşterea valorilor acestor parametri este mai evidentă la adâncimi de 20... 30 cm (stratul arabil), după care aceste valori se stabilizează şi se apropie de cele din solul netraficat. BIBLIOGRAFIE [1]. Blume H.P. (2004) – Manual de protecŃie a solului, ISBN 3-609-6585-3, ECOMED, Biowissenschaften, Landsberg am Tech; [2]. Hillel D. (1982) – lntroducere în fizica solului, ISBN 0-12-348520-7, Academic Press, San Diego; [3]. Molnar I. (2008) - Cercetări privind influenŃa maşinilor agricole şi tractoarelor asupra compactării solului. Teză de doctorat, Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca/România; [4]. Rempfer M. (1998) – Bazele reglării automate a presiunii aerului în pneuri la autovehiculelelor agricole, Agrartechnische Forschung, nr. 1, pg. 46...54; [5]. Rudiger A., Werner D., Steinert P. (1991) – InfluenŃa presiunii în pneuril, a sarcinii pe roŃi şi a frecvenŃei trecerilor asupra deformării solurilor, Agrartechnik, ISSN 0023-7182, nr.1, pg. 19.- 21; [6]. Soane B.D., van Ouwerk C. (1994) - Compactarea solurilor din producŃia agricolă 11, 684 pag., ISBN 10: 0-444-88286-3, ISBN 13: 978-0-444-88286-8, Elsevier, Amsterdam.


105

WRITING NORMS / NORME DE REDACTARE

Article Types Three types of manuscripts may be submitted:

1. Regular articles: These should describe new and carefully confirmed findings, and experimental procedures should be given in sufficient detail for others to verify the work. The length of a full pap er should be the minimum required to describe and interpret the work clearly (max. 8 pages); 2. Short Communications: A Short Communication is suitable for recording the results of complete smal l investigations or giving details of new models or hypotheses, innovative methods, techniques or apparatus. The style of main sections has not necessarily to be in accordance with that of full-l ength papers (max. 6 pages); 3. Reviews: Submissions of reviews and perspectives covering topics of current interest are welcome and encouraged (max. 8 pages).

Review Process All manuscripts are reviewed by the 2 members of th e Scientifically Review. Decisions will be made as rapidly as possible, and the journal strives to ret urn reviewers’ comments to authors in approx. 3 weeks. The editorial board will re-review manuscripts that are accepted pending revision.

NOTE: Submission of a manuscript implies: that the work d escribed has not been published before (excepting as an abst ract or as part of a published lecture, or thesis) that it is not unde r consideration for publication elsewhere.

1. REGULAR ARTICLES

� All portions of the manuscript must be typed single-spaced, A4 , top and bottom: 2 cm; left: 2.3 cm; right: 1.7 cm, font: Arial, size 9 pt, except the title which will be 11 pt. and explicit figures, wh ich will be 8 pt.

� Text paper will be written in two equal columns of 8.3 cm, 0.4 cm space between them, except the title, authors and their affiliations, tables, figu res, graphs and equations to be entered once.

� Text will be written in English in the left column, respectively in native language in the right column .

� The chapter titles are written Uppercase (eg: INTRODUCTION, MATERIAL AND METHODS), between chapters is left a space for 9 pt. At the beginning of each paragraph to leave a tab of 0.5 cm. � The paper will be written in Word, "Justify"

alignment; � The paper should be transmitted by E-mail. � There are allowed 2 papers by each first author.

The Title should be a brief phrase describing the contents of the paper. PAPER’S TITLE will be uppercase , Bold (the title in English language) and Bold italic (the title in native language), center, 11 pt. Under the paper's title, after an space (enter) 9 p t., write authors' names (eg: Vasilescu G.). (font: 9 pt., bold) and affiliations , the name of the corresponding author (next row), (9 pt., regular). Also be passed: the p hone, fax and E-mail information, for the first author of paper's (font: 8 pt., italic). Title should be short, specific and informative. Av oid long titles; a running title of no more than 100 characters is encouraged (without spaces).

The Abstract should be informative and completely self-explanatory, briefly present the topic, state the

Tipuri de Articole Trei tipuri de manuscris pot fi trimise:

1. Articole obişnuite (normale): acestea trebuie s ă descrie cercet ări noi şi confirmate, iar procedurile experimentale s ă fie descrise pentru a putea fi verificate in detaliu, f ără a leza dreptul de proprietate intelectual ă. Mărimea unei lucr ări trebuie s ă cuprind ă minimul necesar pentru a descrie şi interpreta în mod clar con Ńinutul (ma.8 pagini); 2. Comunicări scurte: o comunicare scurt ă este folosit ă pentru înregistrarea rezultatelor din investiga Ńii complete de dimensiuni reduse sau pentru a oferi de talii despre modele noi de ipoteze, metode inovative, tehnici sau infrastructuri. Tipul sec Ńiunilor (capitolelor) principale nu trebuie s ă fie neap ărat în concordan Ńă cu articolele normale (max. 6 pagini); 3. Sintezele: Prezentarea unor comentarii şi perspective acoperind subiecte de interes actual su nt binevenite şi încurajate (maxim 8 pagini).

Procesul de evaluare (recenzie) Toate manuscrisele sunt evaluate de c ătre 2

membri ai Comitetului Ştiin Ńific. Deciziile vor fi luate cât mai rapid posibil şi revista va returna comentariile evalu ărilor înapoi la autori în aproximativ 3 s ăptămâni. Conducerea editorial ă va reevalua manuscrisele care sunt acceptate în vederea public ării în revist ă.

Notă: Sunt acceptate numai lucr ările care nu au mai fost publicate anterior. În cazul în care autorii trimit spre publ icare lucr ări ce con Ńin date, informa Ńii, capitole, etc., din alte lucr ări publicate anterior şi nu se fac referiri la acestea în text, r ăspunderea apar Ńine acestora.

1. ARTICOLE OBIŞNUITE

� Toate capitolele manuscrisului trebuie s ă fie scrise single-spaced, A4 , sus şi jos: 2 cm; stânga: 2.3 cm; dreapta: 1.7 cm, font: Arial, mărime 9 pt, cu excep Ńia titlului care se scrie cu 11 pt. şi figurile explicite, care se scriu cu 8 pt.

� Textul lucr ării va fi scris în dou ă coloane egale de 8.3 cm, 0.4 cm spa Ńiul dintre ele, exceptând titlul, autorii şi afilierea acestora; tabelele, figurile şi ecua Ńiile care nu se scriu pe coloane ci pe toat ă pagina (vezi modelul ata şat);

� Textul se va scrie în limba englez ă în coloana din stânga, respectiv în limba matern ă - coloana din dreapta.

� Titlurile capitolelor sunt scrise cu majuscule (ex: INTRODUCERE, MATERIAL ŞI METODE), între capitole se las ă un spa Ńiu de 9 pt. La începutul fiec ărui paragraf se las ă un "tab" de 0.5 cm;

� Lucrarea va fi scris ă în Word, aliniere “Justify”. � Lucrarea trebuie trimis ă prin e-mail. � Sunt permise max. 2 lucr ări ca prim autor.

Titlul trebuie s ă fie o fraz ă scurt ă care s ă descrie con Ńinutul lucr ării. Acesta va fi scris cu majuscule, centrat , mărime: 11 pt. , bolduit, (titlul in englez ă) şi bolduit italic (titlul în limba matern ă). Sub titlul lucr ării dup ă un spa Ńiu de 9 pt., se scriu numele autorilor (ex: Vasilescu G.) (9 pt., bold), imediat sub numele auto rilor se scrie: afilierea autorilor (9 pt., normal) iar p e urm ătorul rând: telefonul, faxul, e-mailul corespunz ător celui care a trimis lucrarea - primului autor (8 pt., italic). Titlul trebuie s ă fie scurt, specific şi informativ. Evita Ńi titlurile lungi, un titlu de sub 100 caractere este recomandat (f ără spa Ńii).

Rezumatul trebuie s ă fie informativ şi uşor de în Ńeles;


106

scope of the experiments, indicate significant data , and point out major findings and conclusions. The Abstract should be 100 to 300 words in length. Complete sentences, active verbs, and the third person should be used, and the abstract should be written in the past tense. Standard nomenclature should be used and abbreviations should be avoided. No literature should be cited (font: 9 pt., the tit le - bold italic ; the text of abstract: italic ).

Following the abstract, about 3 to 10 Keywords that will provide indexing references should be listed (font: 9, bold italic - the title and 9 pt., italic - the text).

A list of non-standard Abbreviations should be added. In general, non-standard abbreviations should be us ed only when the full term is very long and used often . Each abbreviation should be spelled out and introduced in parentheses the first time it is used in the text. Only recommended SI units should be used. Authors should use the Solidus presentation (mg/ml) . Standard abbreviations (such as ATP and DNA) need not to be defined. The INTRODUCTION should provide a clear statement of the problem, the relevant literature on the subj ect, and the proposed approach or solution. It should be understandable to colleagues from a broad range of scientific subjects. MATERIALS AND METHODS should be complete enough to allow experiments to be reproduced. However, only truly new procedures should be described in detail; previously published procedure s should be cited, and important modifications of published procedures should be mentioned briefly. Capitalize trade names and include the manufacturer 's name and address. Subheadings should be used. Methods in general use need not be described in detail. RESULTS should be presented with clarity and precision. The results should be written in the pas t tense when describing findings in the authors' experiments. Results should be explained, but large ly without referring to the literature. Discussion, speculation and detailed interpretation of data sho uld not be included in the Results but should be put into t he Conclusions section. Subheadings should be used.

The CONCLUSIONS should interpret the findings in terms of the results obtained in this and in past studies on this topic. State the conclusions in a fe w sentences at the end of the paper. The Results and Discussion sections can include subheadings, and when appropriate, both sections can be combined.

The Acknowledgments of people, grants, funds, etc

should be brief (if necessarily).

Tables should be kept to a minimum and be designed to be as simple as possible. Tables are to be typed single-spaced throughout, including headings and footnotes. Each table must be written on the entire width of the page, into the text where reference is made, the columns are broken - one column (see attached sample). Tables should be self-explanatory without reference to the text. The details of the methods used in the experiments should preferably b e described in the legend instead of in the text. The same data should not be presented in both table and

prezenta Ńi pe scurt topica, stadiul experimentelor, date semnificative, şi eviden ŃiaŃi descoperirile majore şi concluziile. Rezumatul trebuie s ă cuprind ă între 100 şi 300 cuvinte. Propozi Ńiile complete, verbele active, şi persoana a III-a trebuiesc folosite (rezumatul s ă fie scris la timpul trecut). Se va utiliza nomenclatura standard iar abrevierile trebuiesc evitate. Nu se v or utiliza cit ări de lucr ări în "rezumat" (font: 9 pt., titlu - bold italic ; textul rezumatului - italic ).

Cuvinte cheie: ca urmare a rezumatului, între 3 şi 10 cuvinte cheie trebuiesc listate, aceste oferind ref erin Ńe de indexare (font: 9 pt., bold italic – titlul şi 9 pt., italic - textul).

Trebuie ad ăugat ă o list ă de abrevieri specifice. În general, aceste abrevieri se folosesc atunci când termenul folosit este foarte lung şi des întâlnit în lucrare. Fiecare abreviere ar trebui introdus ă în parantez ă pentru prima dat ă când este folosit ă în text. Doar unit ăŃi din SI trebuiesc folosite. Autorii trebuie s ă foloseasc ă prezentarea Solidus (mg/ml). Abrevierile standard (ca ATP sau ADN) nu trebuiesc definite. INTRODUCEREA trebuie s ă ofere o expunere clar ă a problemei, esen Ńa relevant ă a subiectului şi abordarea propus ă sau solu Ńia. Aceasta trebuie s ă poat ă fi înŃeleasă de către colegi din diferite domenii ştiin Ńifice. MATERIALE ŞI METODE: trebuie s ă fie suficient de complete pentru a permite experimentelor s ă fie reproduse. Totu şi, numai metodele cu adev ărat noi trebuie descrise în detaliu; metodele publicate ant erior trebuie citate; modific ările importante ale metodelor publicate trebuie men Ńionate pe scurt. Scrie Ńi cu majuscule denumirile comerciale şi include Ńi numele şi adresa produc ătorilor. Subcapitolele trebuie utilizate. Metodele utilizate în general, nu trebuie descrise în detaliu. REZULTATELE trebuie prezentate cu claritate şi precizie. Acestea trebuie scrise la timpul trecut, atunci când descriu constat ările în experimentele autorilor. Rezultatele trebuie s ă fie explicite, dar în mare m ăsur ă, fără a se face referire la literatura de specialitate. Discu Ńiile, specula Ńiile şi interpretarea detaliat ă a datelor nu trebuie s ă fie incluse în rezultate, ci trebuie incluse în capitolul Concluzii. Subcapitolele trebu ie utilizate. CONCLUZIILE trebuie s ă interpreteze constat ările în ceea ce prive şte rezultatele ob Ńinute în aceast ă lucrare şi în studiile anterioare pe aceast ă temă. Concluziile generale vor fi prezentate în câteva fraze la sfâr şitul lucr ării. Rezultatele şi discu Ńiile pot include subpozi Ńii, şi atunci când este cazul, ambele sec Ńiuni pot fi combinate. MulŃumirile către oameni, cei care au acordat burse, fonduri, etc., trebuie s ă fie scurte (dac ă este necesar).

Tabelele trebuie men Ńinute la un nivel minim şi să fie proiectate pentru a fi cât mai simple posibil. Tabe lele vor fi scrise la un rând, inclusiv titlurile şi notele de subsol. Fiecare tabel trebuie scris pe întreaga l ăŃime a paginii, între textul în care se face trimitere; co loanele sunt eliminate - o singur ă coloan ă (vezi ata şat modelul). Tabelele trebuie s ă fie auto-explicative, f ără referire la text. Detaliile cu privire la metodele utilizate în experimente trebuie s ă fie, de preferin Ńă, descrise în legend ă şi nu în text. Acelea şi date nu trebuie


107

graph form or repeated in the text. Table’s title w ill be centered bold (in English) and bold italic native language then separated by a slash. In the table, e ach row will be written in English (Arial, regular, size : 9 pt.) / native language (Arial, italic, 9 pt.). The table and its number is written right justified, bold - in English and bold italic - native language, separated by a slash (/).

Figure legends should be typed in numerical order. Graphics should be prepared using applications capable of generating high resolution JPEG before to introducing in the Microsoft Word manuscript file (Insert - From File - ...jpeg). Use Arabic numerals to designate figures and upper case letters for their parts (Figure 1). Begin each legend with a title and incl ude sufficient description so that the figure is understandable without reading the text of the manuscript. Information given in legends should not be repeated in the text. Each figure must be inserte d on the entire width of the page, into the text wher e reference is made, single columns (see attached sample). Leave a space between the figure and the t ext of figure, size: 3 pt., figure number is written in Arial bold, size: 8 pt., followed by what represent the figur e or graph, written with Arial, regular, 8 pt. Left t o write in English (regular), followed by a separating slash ( /) and text in native language ( Arial italic ). Eg:

Fig 1 - Test stand / Stand de testare (size: 8 pt.) The figures should be " In line with text " - Center, not "Square "; " Tight "; " Behind text " or " In front of text " (from " Format picture " - right mouse button on picture and then " Layout ".

Mathematics Authors must provide instructions on how symbols and equations should be set. Equations should be numbered sequentially in the right-hand side and in parenthesis. They should be referred to in the text as Equation (4) or Eg. (4). Each equation must be written on the entire width of the page, into the text wher e reference is made, the columns are broken (see attached sample). REFERENCES: are made in the text; a reference identified by [1], [2], ... [n] is written in the o rder that was placed at the end of the work - alphabetically. Example: [1], [2], [3], ..., [n]

References should be listed at the end of the paper in alphabetical order. Articles in preparation or a rticles submitted for publication, unpublished observations , personal communications, etc. should not be include d in the reference list but should only be mentioned in the article text (e.g., A. Danciu, University of Bucharest, Romania, personal communication). Authors are fully responsible for the accuracy of t he references . Examples:

Journal / Magazine: [1]. Nicolescu M.A. (2007) - Relevant characteristics of alternative liquid fuels aimed at diesel engines exploitation in polycarburation duty . INMATEH - Agricultural Engineering, vol. 27, no. 1/2009, ISSN 1583-1019, pg. 50-55. [2]. Pirna I, Nicolescu M., Marin M., Voicea I (2009) - Alternative supply of agricultural tractors with ra w oils . INMATEH - Agricultural Engineering, vol. 29, no. 3/2009, ISSN 1583-1019, pg. 89-92.

Conference or Symposium:

prezentate atât în tabel cât şi sub form ă grafic ă (decât dacă este absolut necesar) sau repetate în text. Titlul tabelului va fi scris centrat, bold (în englez ă) şi bold italic (în limba matern ă), separate de un slash (/). În tabel, fiecare rând va fi scris în limba englez ă (9 pt., normal) / limba matern ă (9 pt., italic). Tabelul şi num ărul acestuia se scrie aliniat la dreapta, bold - în limba englez ă şi bold italic în limba matern ă, despărŃite de un slash (/).

Figurile trebuie scrise în ordine numeric ă. Grafica trebuie realizat ă utilizând aplica Ńii capabile s ă genereze JPEG de înalt ă rezolu Ńie, înainte de a introduce în dosarul manuscris Microsoft Word (Inse rt - From File - ... JPEG). Folosi Ńi cifre arabe, pentru a desemna cifre şi litere majuscule pentru p ărŃile lor (Figura 1). Începe Ńi fiecare legend ă cu un titlu care s ă includ ă o descriere suficient ă, astfel încât figura s ă poat ă fi în Ńeleasă, fără citirea textului din manuscris. Informa Ńiile furnizate în legende, nu trebuie repetate în text. Fiecare figur ă trebuie introdus ă pe întreaga l ăŃime a paginii, în text, acolo unde se face referire, o singur ă coloan ă (vezi ata şat eşantion), centrat. L ăsaŃi un spa Ńiu între figur ă şi textul figurii, m ărimea: 3 pt.; num ărul figurii va fi scris cu bold, 8 pct., centrat, u rmat de ceea ce reprezint ă figura sau graficul, scris cu 8 pt., normal. Prima dat ă se scrie textul în limba englez ă (normal), urmat de un slash (/) apoi textul în limb a matern ă (italic). Exemplu:

Fig. 1 - Test stand / Stand de testare (mărimea: 8 pt.) Figurile introduse trebuie s ă fie " In line with text " - Center, nu "Square "; " Tight "; " Behind text " or " In front of text " (din " Format picture " - butonul dreapta mouse pe figur ă şi apoi " Layout ").

Formulele matematice, ecuaŃiile: autorii trebuie s ă furnizeze instruc Ńiuni privind modul de simbolizare şi de ecua Ńii stabilite şi utilizate. Ecua Ńiile trebuie numerotate secven Ńial, în partea dreapt ă şi în paranteze. Ele trebuie men Ńionate în text ca ecua Ńia (4) sau Ex. (4). Fiecare ecua Ńie trebuie scris ă pe întreaga lăŃime a paginii, în text, acolo unde se face referire , o singur ă coloan ă (vezi ata şat model). REFERINłELE: se fac în text; o referin Ńă identificat ă prin intermediul [1], [2], ...[n], se scrie în ordi nea în care a fost trecut ă la sfâr şitul lucr ării - ordine alfabetic ă. Exemplu: [1], [2], [3], ..., [n]

Referin Ńele trebuie prezentate la sfâr şitul lucr ării în ordine alfabetic ă. Articole în curs de preg ătire sau articole trimise spre publicare, observa Ńiile nepublicate, comunic ările cu caracter personal, etc, nu trebuie incluse în lista de referin Ńă, dar pot fi men Ńionate în textul lucr ării (exemplu, A. Danciu, Universitatea din Bucure şti, România, comunicare personal ă). Autorii sunt pe deplin responsabil pentru exactitatea referin Ńelor . Exemple:

Jurnal / Revistă [1]. Nicolescu M.A. (2007) - Propriet ăŃile relevante ale combustibililor lichizi alternativi viza Ńi pentru exploatarea motoarelor diesel în regim policarburat , INMATEH - Inginerie Agricol ă, vol. 27, nr. 1 / 2009, ISSN 1583-1019, pg. 50-55; [2]. Pirna I, Nicolescu M., Marin M., Voicea I (2009) - Alimentarea alternativ ă a tractoarelor agricole cu uleiuri vegetale crude, INMATEH - Inginerie Agricol ă,


108

[1]. Bungescu S, Stahli W, Biri ş S, Vlădu Ń V, Imbrea F, Petroman C (2009) - Cosmos programm used for the strength calculus of the nozzles from the sprayers, Proceedings of the 35 International Symposium on Agricultural Engineering "Actual Tasks on Agricultural Engineering", Opatija - Croa Ńia, ISSN 1333-2651, pg. 177÷÷÷÷184.

Book: [1]. Vl ădu Ń V (2009) - Studiul procesului de treier în aparatul cu flux axial , Editura "Terra Nostra", ISBN 973-1888-26-8, Iasi - Romania.

Book Chapter: [1]. Vl ădu Ń V (2009) - Considera Ńii şi ipoteze privind modelarea unui proces de treier şi separare. In: Studiul procesului de treier în aparatul cu flux axi al, Editura "Terra Nostra", ISBN 973-1888-26-8, pg. 61-69 , Iasi - Romania.

Dissertation / Thesis: [1]. Constantinescu A (2010) - Optimizarea agregatelor formate din tractoare de putere mare cu ma şini agricole pentru preg ătirea terenului în vederea însămân Ńării . PhD dissertation, University of Transylvania Bra şov, Bra şov, Romania.

Units, Abbreviations, Acronyms � Units should be metric, generally SI, and

expressed in standard abbreviated form. � Acronyms may be acceptable, but must be

defined at first usage.

2. SHORT COMMUNICATIONS Short Communications are limited to a maximum of two figures and one table. They should present a complete study that is more limited in scope than i s found in full-length papers. The items of manuscrip t preparation listed above apply to Short Communications with the following differences: (1) Abstracts are limited to 100 words; (2) instead of a separate Materials and Methods section, experimenta l procedures may be incorporated into Figure Legends and Table footnotes; (3) Results and Conclusions should be combined into a single section.

3. REVIEWS Summaries, reviews and perspectives covering topics of current interest in the field, are encouraged an d accepted for publication. Reviews should be concise (max. 8 pages). All the other conditions are simila r with regular articles.

vol. 29, nr. 3 / 2009, ISSN 1583-1019, pg. 89-92. ConferinŃă / Simpozion

[1]. Bungescu S, Stahli W, Biri ş S, Vlădu Ń V, Imbrea F, Petroman C (2009) - Cosmos programm used for the strength calculus of the nozzles from the sprayers, Proceedings of the 35 International Symposium on Agricultural Engineering "Actual Tasks on Agricultural Engineering", Opatija - Croa Ńia, ISSN 1333-2651, pag. 177÷÷÷÷184.

Carte [1]. Vl ădu Ń V (2009) - Studiul procesului de treier în aparatul cu flux axial , Editura "Terra Nostra", ISBN 973-1888-26-8, Iaşi - România.

Capitol din carte [1]. Vl ădu Ń V (2009) - Considera Ńii şi ipoteze privind modelarea unui proces de treier şi separare. În: Studiul procesului de treier în aparatul cu flux axial , Editura "Terra Nostra", ISBN 973-1888-26-8, pg. 61-69, Ia şi - România.

DisertaŃii / Teze de doctorat [1]. Constantinescu A (2010) - Optimizarea agregatelor formate din tractoare de putere mare cu ma şini agricole pentru preg ătirea terenului în vederea însămân Ńării . Teză de doctorat, Universitatea Transilvania Bra şov, Bra şov, România.

UnităŃi, Abrevieri, Acronime � unit ăŃile metrice trebuie s ă fie, în general, SI,

şi exprimate în form ă prescurtat ă standard; � acronimele pot fi acceptate, dar trebuie s ă fie

definite la prima utilizare.

2. COMUNICĂRILE SCURTE Comunic ările scurte sunt limitate la maxim 2 figuri şi un tabel. Acestea trebuie s ă prezinte un studiu complet, care este mai limitat decât în cazul artic olelor normale (de dimensiuni mai mari). Elementele de preg ătire a articolelor normale (manuscriselor) enumerate mai sus se aplic ă şi la comunic ările scurte, cu urm ătoarele diferen Ńe: (1) Rezumatul este limitat la 100 cuvinte; (2) capitolele Materiale şi Metode, Procedurile experimentale pot fi scrise împreun ă, încorporând figurile şi tabelele; (3) Rezultatele şi Concluziile pot fi combinate într-o singur ă sec Ńiune.

SINTEZELE Sintezele, comentariile şi perspectivele acoperind subiecte de interes din domeniu sunt încurajate şi acceptate spre publicare. Sintezele trebuie s ă fie concise şi nu mai mari 8 pagini. Toate celelalte condi Ńii sunt similare cu cele de la articolele normale (obi şnuite), enumerate mai sus.


Edited: INMA Bucharest 6 Ion Ionescu de la Brad Bd., sect. 1, Bucharest

Tel: +4021.269.32.60; Fax: +4021.269.32.73 p: ISSN 2068 - 4215; e: ISSN 2068 - 2239

http://www.inma.ro/inmateh-agricultural engineering

Inmateh II - 2010_rev

Documents

Transcript of Inmateh II - 2010_rev