INSTITUTUL NAŢIONAL DE CERCETARE-DEZVOLTARE II_2010/INMATEH II - 2010_rev.pdf · vol. 31, no. 2 /...

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH –

1

MAY - AUGUST

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

INMATEH-

vol. 31, No. 2 / 2010

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH –

2

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH –

3

INMA

ICAR

ICAR

ICARGHEORGHE IONESCU ŞIŞEŞTI

ICMA

ICSITMUAMICM,ICMA

MAAICPMA MICM;

INMAG.DICSITMUA,

G.D . G.D

INMA

G.DANCS

SCIENTIFIC PAPERS (INMATEH), ISSN

1583 – 1019.

INMATEH - ,

(ISSN 2068 - 4215), (ISSN 2068 - 2239).

CNCSISAGRICULTURAL

ENGINEERING: qq

INMATEH -

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH –

4

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH –

5

Managing Editorial Board - INMA Bucharest

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

Executive Editor Voicu Emil, Scientific Director,

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

Vlăduţ 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] ŢicuTania, 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. BUŢU 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. NICULIŢĂ 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. ŢENU 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 -

2

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

3

CUPRINS / CONTENTS

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

STUDIUL TEORETIC AL DEPLASARII VRAFULUI PE SCUTURATORUL COMBINELOR CONVENŢIONALE 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 CAPACITĂŢII DE LUCRU A COMBINELOR DE RECOLTAT FURAJE ACŢIONATE 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 MAŞINII 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 PELEŢILOR/AGRIPELEŢILOR

Ph.D. Stud. Eng. Danciu A.1), Ph.D. Eng. Vlăduţ 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 RAIN EROSION PHENOMENON /

METODĂ ŞI TEHNICĂ DE ÎNTOCMIRE A HĂRŢILOR DE RISC PENTRU FENOMENUL DE EROZIUNE PLUVIALĂ DE SUPRAFAŢĂ

Eng. Sfîru R. 1), Mat. Cârdei P.

1), Ph.D. Eng. Muraru V.

1), Eng. Herea V.

2)


2)ICDVV Valea Calugareasca / Romania

35

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

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

Assoc. Prof. Ph.D. MEng. Angelova Emiliya1), 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 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

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 CONCEPTUL DE AGRICULTURA DE PRECIZIE

Eng. Bolintineanu Gh.1), Ph.D. Eng. Vlăduţ 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 GERMINATING BED PREPARING IN GREENHOUSES THROUGH HOEING AND CUTTING /

CERCETĂRI COMPARATIVE PRIVIND CALITATEA ŞI EFICIENŢA ENETGETICĂ A PREGĂTIRII PATULUI GERMINATIV ÎN SERE PRIN SĂPARE ŞI FREZARE Professor Ph.D.Eng. Brătucu Gheorghe

1), Ph.D.Eng. Pasztor Judit

1)

Ph.D. Eng. Căpăţînă Ionuţ1)

1)

Transilvania University of Braşov / Romania

63

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

4

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

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

Ph.D.Student Brăcăcescu C.1), Prof. PhD. Eng. Popescu S.

2), Prof. Ph.D. Eng. Schillaci G.

3)


2)Transilvania University of Braşov / Romania;

3)University of Catania / Italy

73

11. 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. Păunescu D.

1), Prof. Ph.D. Eng. Brătucu Gh.

2)., Stud. Păunescu 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 PREPARATION AND ESTABLISH HOEING CROPS, BASIC PROMOTING SUSTAINABLE AGRICULTURE /

ECHIPAMENT TEHNIC DESTINAT TEHNOLOGIEI INOVATIVE DE LUCRARE A SOLULUI SI ÎNFIINŢARE A CULTURILOR DE PRĂSITOARE, BAZĂ A PROMOVĂRII AGRICULTURII DURABILE

Ph.D. Eng. Marin E.1), Ph.D. Stud. Sorică C.

1), Ph.D. Stud. Manea D.

1), Vezirov Z.

2)


2)University of Rouse / Bulgaria

87

13. EXPERIMENTAL RESEARCHES CONCERNING DYNAMICS AND ENERGETIC OF TWO-WHEEL 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 PRESSURE AND INTENSITY OF TRAFFIC TRACTOR WHEELS ON PENETRATION RESISTANCE AND APPARENT DENSITY OF

AGRICULTURAL SOILS / CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND INFLUENŢA PRESIUNII DIN PNEURI ŞI A

INTENSITĂŢII TRAFICULUI ROŢILOR TRACTORULUI ASUPRA REZISTENŢEI LA PENETRARE ŞI DENSITĂŢII 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

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

5

THEORETICAL STUDY OF PILE DISPLACEMENT ON STRAW WALKER OF CONVENTIONAL COMBINE HARVESTERS

/ STUDIUL TEORETIC AL DEPLASARII VRAFULUI PE SCUTURATORUL COMBINELOR

CONVENŢIONALE 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 convenţionale de recoltat cereale au în componenţă un sistem de scuturare (scuturător) care separă seminţele 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 funcţionale 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 convenţionale de recoltat cereale. Este poziţionat în cadrul fluxului tehnologic al acestor combine între aparatul de treier tangenţial şi sistemul de curăţire (fig.1).

Fig. 1 - Main working parts of a conventional cereal harvesting combine / Organele principale ale unei combine convenţionale 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 seminţe. Acest amestec, denumit vraf, este supus unor scuturări periodice în vederea eliberării şi separării seminţelor din paie, dirijarea acestora către sistemul de curăţire şi evacuarea paielor din combină, cu pierderi de seminţe cât mai mici [4,5].

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

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 convenţionale actuale, scuturătorul cu cai pe două axe este compus din 4 8 elemente de scuturare (denumite cai) şi doi arbori cotiţi (denumiţi axe), din care cel posterior este pentru acţionarea scuturătorului. Elementele de scuturare (fig.3) sunt executate din tablă, au lungimea de 3,3 4,6m, lăţimea unui element fiind de 0,21 0,28m, au în compunere un număr de cascade şi site de separare a seminţelor şi sunt, de regulă, în secţiune transversală sub formă de jgheab. Jgheabul are pereţii laterali cu marginile zimţate pentru reţinerea 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 curăţire. Elementele de scuturare au o mişcare plan-paralelă, orice punct efectuând cercuri de rază egală cu raza de dispunere a manetoanelor arborilor cotiţi ai scuturătorului şi au în compunere trei zone funcţionale: alimentare, separare şi evacuare. Pe toate zonele funcţionale se realizează separarea seminţelor din vraf, dar zona de separare are caracteristicile constructive optime necesare separării.

Fig. 3 - Representation of functional areas of a shaking element / Reprezentarea zonelor funcţionale 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 90

0+δ.

Scuturătoarele combinelor actuale sunt scuturătoare cu cai independenţi, care au elementele de scuturare decalate circular unele faţă de altele cu unghiuri diferite, fiecare element acţionând 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 rotaţie completă a arborelui cotit, pentru o cascadă şi partea activă a marginilor zimţate ale jgheaburilor care fac cu sita de separare un unghi 90

0+δ.

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

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

7

/ Traiectoria deplăsarii vrafului pe zona de separare a unui element de scuturare la o rotaţie 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 forţelor care acţionează asupra unei particule de vraf antrenată de cascada şi de partea activă a marginilor zimţate 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 forţelor care acţionează 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 condiţia de echilibru a forţelor care acţionează asupra particulei de vraf, în punctul A1:

2 2

1 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 - cos α+δ +fsin α+δ -f cos α+δ +fsin α+δωt k,α,δ,f = acos - 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 2

k = 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 părţii active a marginilor

zimţate în raport cu vericala sitei; f – coeficientul de frecare al vrafului pe cascadă (f =

0,3 0,5 la o umiditate a seminţelor de 6 28%);

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

combinele actuale k = 1,89 4,06); g – acceleraţia gravitaţională;

Pentru f = 0,4 şi δ = 00, diagramele funcţiei ωt1(k,α)

sunt prezentate în figura 6.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

8

Fig. 6 - ωt1(k α) function charts, for f = 0,4 and δ = 0

0 / Diagramele funcţiei ωt1(k,α), pentru f = 0,4 şi δ = 0

0

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 proporţional cu regimul cinematic k, influenţa unghiului sitei în raport cu orizontala α fiind foarte redusă.

Pentru f = 0,4 şi α = 240, diagramele funcţiei ωt1(k,δ),

sunt prezentate în figura. 7

Fig. 7 - ωt1 (k, δ) function charts, for f = 0,4 and α = 24

0 / Diagramele funcţiei ωt1 (k,δ), pentru f = 0,4 şi α = 24

0

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 = 0

0, 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 proporţional cu regimul cinematic k şi unghiul cascadei δ,

mărimea acestuia din urmă având o influenţă importantă asupra valorii unghiului ωt1.

Pentru α = 240 şi δ = 0

0, diagramele funcţiei ωt1(k,f)

sunt prezentate în figura 8.

Fig. 8 - ωt1(k,f) function chart for α = 24

0 and δ = 0 / Diagrama funcţiei ωt1(k,f), pentru α = 24

0 şi δ = 0

0

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 proporţional cu regimul cinematic k şi direct proporţional cu coeficientul de frecare f, mărimea acestuia din urmă având o influenţă importantă asupra valorii unghiului ωt1.

REZULTATE

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

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

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

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

influenţă importantă asupra unghiului ωt1; Eliberarea seminţelor 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 părţii active a marginilor zimţate în raport cu vericala sitei de separare δ > 0. De asemenea, coeficientul de frecare f trebuie să fie cât mai mic.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

10

Fig. 9 - Wrong constructive solutions for the cascades of the shaking elements/ Soluţii 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, construcţia elementelor de scuturare trebuie să evite existenţa pragurilor din partea superioară a cascadelor, ridicătorii de paie montaţi deasupra cascadelor şi perforarea pereţilor cascadelor, toate acestea împiedicând mişcarea vrafului şi prin urmare eliberarea seminţelor (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, 10

th. 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 convenţionale 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) - Îmbunătăţirea sistemelor de scuturare al combinelor de recoltat cereale, Ed.”Terra Nostra”, Iasi, ISBN: 978-973-1888-29-3;

3. Ivan Gh., Ganea I. (2009) – Consideraţii 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.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

11

OPTIMIZATION OF WORKING CAPACITY FOR FORAGE HARVESTER COMBINES DRIVEN BY TRACTOR

/ OPTIMIZAREA CAPACITĂŢII DE LUCRU A COMBINELOR DE RECOLTAT

FURAJE ACŢIONATE 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 capacităţii de lucru ale agregatului constituit din combina tractată de recoltat furaje CTF acţionată 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 funcţie de producţia vegetală la hectar pentru obţinerea unei capacităţi 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 importanţă deosebită pentru efectuarea în timp scurt şi de calitate superioară a operaţiilor din cadrul tehnologiilor de pregătire a furajelor, pentru reducerea necesarului de forţă 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 roţi 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 cerinţă pentru obţinerea 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 funcţioneze 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 roţi (fig.1), la recoltat lucernă şi porumb siloz.

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

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

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

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

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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.

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

b - Tractorul U 650

- Tipul …pe roţi, (4x2) fabricat la UT Braşov, România; - Puterea motorului, CP (kW)………………. 65, (47,8); - Turaţia 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; - Repartiţia masei tractorului pe punţi, fată/spate,[%] ……………35/65; - Priza de putere: ……cu şase caneluri, plasată în

spatele tractorului; - Turaţia prizei de putere

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

SR ISO 730-1: 2000, ctg.2; - Dispozitivul de tracţiune……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 relaţia [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 relaţia [2], [3]:

Pt = Ft Vl 10-3

[kW],

unde: Ft este forţa de tracţiune 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 turaţia arborelui prizei de

putere transmis combinei de la tractor; forţele de tracţiune 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 forţei de tracţiune a combinei şi a forţei de apăsare a proţapului pe corpul tractorului s-a realizat cu o bara de tracţiune speciala, montată în locul barei transversale de tracţiune a tractorului. Bara transversală s-a montat între tiranţii inferiori ai mecanismului de suspendare în trei puncte ai tractorului, fiind prevăzută cu

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 turaţiei arborelui

prizei de putere al tractorului pentru acţionarea combinei s-a făcut cu un dispozitiv special de măsurare montat între capătul arborelui prizei de putere a tractorului şi transmisia cardanică pentru acţionarea 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 roţile 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 producţia vegetală de 14,2 t/ha şi umiditatea de 74,8 % şi cu echipamentul EPS la recoltat porumb siloz cu producţie de 27,3 t/h.

În urma încercărilor efectuate au rezultat următoarele: pentru tractarea şi acţionarea 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 acţionarea 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 turaţiei acestuia cu pericol de înfundare a organelor de lucru a combinei.

În realitate producţiile culturilor furajere care se recoltează cu combina de furaje variază în funcţie de numărul coasei ce se recoltează, de condiţiile pedoclimatice, de stadiul de vegetaţie al plantelor. Din experimentările efectuate de INMA Bucureşti, pe o perioadă de 10 ani pentru diverse condiţii de

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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/m

2).

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, producţiile de masă vegetală ale culturilor variază în limitele: pentru lucernă 10…30 t/ha (1-3 kg/m

2); iar pentru porumb siloz 15…45 t/ha (1,5…4 kg/m

2).

În aceste condiţii este important să se stabilească o corelaţie între viteza de lucru a combinei şi producţia de masă verde la ha, astfel încât să se obţină o capacitate de lucru optimă sau o capacitate apropiată de aceasta, situaţie 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 relaţia 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/m

2.

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 lăţimea echipamentului de lucru în m; v - viteza de lucru, în m/s; P - producţia vegetală, în kg/m

2.

În baza celor prezentate mai sus, s-au realizat pe calculator reprezentările grafice ale relaţiilor de calcul cu ajutorul programului Mathcad, versiunea 2001, profesional. Cu aceste precizări se poate reprezenta grafic domeniul vitezelor admisibile pentru o producţie 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:

maxefmax

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 producţia vegetală (medie) şi lăţimea 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 producţia vegetală.

Dacă se consideră producţia la ha P şi lăţimea de lucru Bl constante, relaţia (1) reprezintă ecuaţia 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 relaţii 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 producţie 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 turaţiei apărând pericolul de înfundare a organelor de lucru ale combinei.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

15

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

producţiei 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 producţie 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 producţii mari.

Fig. 4 - Linking operating speed and vegetal mass production with working capacity to harvested corn silage / Corelarea vitezei de lucru şi a producţiei 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 producţia 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 producţii mai mari [5]. CONCLUZII:

În urma încercărilor efectuate cu combina tractată de

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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. Mihăţoiu, 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 acţionată de tractorul de 65 CP pe roţi, U650 au rezultat următoarele: pentru tractarea şi acţionarea 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 acţionarea 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 producţia 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, lăţimea de lucru a echipamentului şi producţia vegetală la hectar, se pot realiza reprezentări grafice pentru determinarea vitezei de lucru în vederea obţinerii 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]. Mihăţoiu 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.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

17

STRUCTURAL ANALYSIS OF MATINA SOIL WORKING MACHINE /

ANALIZA STRUCTURALA A MAŞINII 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 multifuncţional de lucrat solul în exploataţii agricole, a cărui analiză se prezintă în acest articol, promovează sistemul de agricultură conservativă, sistem care asigură producţii competitive cantitativ şi calitativ cu cele obţinute în sistemul clasic, însă cu costuri reduse şi profit ridicat, în condiţiile ameliorării însuşirilor solului şi protecţiei mediului. La o singură trecere, agregatul multifuncţional de lucrat solul MATINA execută: afânarea

solului în profunzime (25 30 cm), pregătirea patului

gerinativ (12 15 cm) şi mărunţirea şi nivelarea suplimentară a solului.

Cuvinte cheie: analiza structurala, calcul, optimizare

1. INTRODUCERE

Analiza structurala a structurii de rezistenţă şi a unor structure anexe ale maşinii MATINA are următoarele obiective: O1) Verificarea la rezistenţă a structurii în diferite situaţii de lucru. O2) verificarea suficienţei sau excesului de forţă de tracţiune şi a efectului probabil al acestora. O3) Investigarea existenţei unor variante optimizate, în sensul reducerii consumului de material, implicit a greutăţii. O4) Extragerea principalelor elemente stereodinamice, utile în calculul dinamicii deplasării în transport. O5) Concepţia unor variante complexe ale maşinii (prin eventuala adăugare de organe de lucru sau a unor elemente de protecţie).

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 rezistenţă 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 referinţe la acest tip de element finit se găsesc în [3], [9], [10], [13] de exemplu. În afară de structura de rezistenţă 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 forţele generate de acestea asupra structurii. Introducerea acestor elemente se justifică prin faptul că, în acest fel, se realizează o repartiţie a forţelor care solicită structura, foarte apropiată de realitate.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 susmenţionate cu rolul de a distribui încărcările în mai bună concordanţă cu realitatea. Modelul structural al maşinii MATINA este format din 89 de bare, numerotate şi repartizate după cum se observa în figura 1. Caracteristicile secţiunilor acestora, precum şi alte informaţii despre fiecare dintre aceste bare, sunt date în tabelul 1. În model mai apar bare necesare construcţiei 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 proţap). Barele 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 şi 55 sunt componentele barei centrale de rezistenţă, având aceeaşi secţiune. Bara 8 este o bară care în realitate are secţiune variabilă, însă, pentru acest model am echivalat-o cu o bară de secţiune constantă, aceasta neavând rol de rezistenţă 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 maşinii MATINA

Bar label / Eticheta

barei

Bar type / Tip bară [mm]

Sectional area / Aria secţiunii transversale

[mm2]

Moment of inertia Iy /

Moment de inerţie Iy

[mm4]

Moment of inertia Iz /

Moment de inertie lz

[mm4]

Section depth/

Adâncime sectiune

[mm]

Section width / Lăţime

Sectiune [mm]

Rc

1 Square pipe / Teava patrată

120 x 120 x 8 3584 7531180 7531180 120 120 1


120 x 120 x 8 3584 7531180 7531180 120 120 1


300 x 300 x 10 11600 1.62787·10

8 1.62787·10

8 300 300 2


300 x 300 x 10 11600 1.62787·10

8 1.62787·10

8 300 300 2


300 x 300 x 10 11600 1.62787·10

8 1.62787·10

8 300 300 2


300 x 300 x 10 11600 1.62787·10

8 1.62787·10

8 300 300 2


300 x 300 x 10 11600 1.62787·10

8 1.62787·10

8 300 300 2

8 Square pipes / Teava patrată

80 x 80 x 8 2304 2015231 2015231 80 80 5

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

19


barei



[mm2]



[mm4]



[mm4]

Section depth/

Adâncime sectiune

[mm]


Sectiune [mm]

Rc


300 x 300 x 10 11600 1.62787·10

8 1.62787·10

8 300 300 2


300 x 300 x 10 11600 1.62787·10

8 1.62787·10

8 300 300 2

11

Section consists of two rectangular section bars

spaced / Sectiune formata din două bare de secţiune dreptunghiulară, distanţate

720 3275333 1856854 85 64 8

12

Section consists of two rectangular section bars

spaced / Sectiune formata din două bare de secţiune dreptunghiulară, distanţate

3000 13489880 17740890 125 109 9

13 Circular section of 36

diameter / Secţiune circulară de diametru 36

1018 82448 82448 36 36 3


80 x 80 x 8 2304 2015231 2015231 80 80 5


80 x 80 x 8 2304 2015231 2015231 80 80 5


80 x 80 x 8 2304 2015231 2015231 80 80 5


80 x 80 x 8 2304 2015231 2015231 80 80 5


80 x 80 x 8 2304 2015231 2015231 80 80 5


80 x 80 x 8 2304 2015231 2015231 80 80 5


80 x 80 x 8 2304 2015231 2015231 80 80 5


80 x 80 x 8 2304 2015231 2015231 80 80 5


80 x 80 x 8 2304 2015231 2015231 80 80 5


80 x 80 x 8 2304 2015231 2015231 80 80 5

24 Rectangular / Dreptunghiulară

110 x 30 3300 247500 3327500 110 30 6


65 x 30 1950 146250 686562 65 30 7


65 x 30 1950 146250 686562 65 30 7


110 x 30 3300 247500 3327500 110 30 6


65 x 30 1950 146250 686562 65 30 7


65 x 30 1950 146250 686562 65 30 7


110 x 30 3300 247500 3327500 110 30 6


65 x 30 1950 146250 686562 65 30 7


65 x 30 1950 146250 686562 65 30 7


110 x 30 3300 247500 3327500 110 30 6


65 x 30 1950 146250 686562 65 30 7


150 x 10 1500 12500 2812500 150 10 13


100 x 10 3600 4920000 4920000 100 100 12


100 x 10 3600 4920000 4920000 100 100 12


150 x 10 1500 12500 2812500 150 10 13


150 x 10 1500 12500 2812500 150 10 13


80 x 80 x 8 2304 2015231 2015231 80 80 5

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

20


barei



[mm2]



[mm4]



[mm4]

Section depth/

Adâncime sectiune

[mm]


Sectiune [mm]

Rc


80 x 80 x 8 2304 2015231 2015231 80 80 5


80 x 80 x 8 2304 2015231 2015231 80 80 5


80 x 80 x 8 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


300 x 300 x 10 11600 162787000 162787000 300 300 2


100 x 10 3600 4920000 4920000 100 100 12


100 x 10 3600 4920000 4920000 100 100 12


150 x 10 1500 12500 2812500 150 10 13


150 x 10 1500 12500 2812500 150 10 13


80 x 80 x 8 2304 2015231 2015231 80 80 5


80 x 80 x 8 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


150 x 10 1500 12500 2812500 150 10 13


80 x 80 x 8 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


80 x 80 x 8 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


120 x 120 x 8 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

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

21


barei



[mm2]



[mm4]



[mm4]

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


80 x 80 x 8 2304 2015231 2015231 80 80 5


80 x 80 x 8 2304 2015231 2015231 80 80 5


80 x 80 x 8 2304 2015231 2015231 80 80 5


80 x 80 x 8 2304 2015231 2015231 80 80 5


80 x 80 x 8 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 secţiune variabilă şi se modelează echivalent, în mod normal acestea trebuind să fie modelabile cel puţin ca elemente 2 -dimensionale. Având în vedere că modelarea lor trebuie să fie doar acoperitoare şi că nu de la aceste elemente se poate obţine 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 faţă a structurii, între grinda principală de rezistenţă şi „proţap” – 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 suporţii organelor de lucru de tip daltă şi grinda principală de rezistenţă. Barele 21, 24, 27, 30, 33, sunt bare care în realitate au secţiune variabilă, modelul folosind o secţiună plină medie de formă dreptunghiulară, descrisă în tabelul 1. Aceste bare sunt partea superioară a suporţilor organelor de lucru de tip daltă.

Barele 22, 25, 28, 31, 34, sunt bare cu secţiune dreptunghiulară constantă, care modelează porţiunile inferioare, cu secţiune variabilă, ale suporţilor organelor de lucru de tip daltă. Secţiunea 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 susţinere 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 suporţii direcţi ai bateriilor de grape, din faţă, respectiv din spate ale maşinii şi au secţiune 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 rezistenţă prin intermediul substructurii de rezistenţă 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

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 • 10

11 N/m

2, Poisson's coefficient,

= 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 referinţă. Modelul conţine 856 noduri şi 826 elemente. Materialul pentru întreaga structură este oţel, cu modulul de elasticitate E = 2.1·10

11 N/m

2, şi coeficientul lui

Poisson, = 0.3 şi densitatea 7850 kg/m3.

2.1.3 Încărcările Încărcările modelului se fac prin: - forţe pe extremităţile libere ale suporţilor organelor de

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

grape; - încărcarea gravitaţională corespunzătoare, prin

folosirea acceleraţiei gravitationale, suplimentată la extremitatea din spate a structurii cu o forţă 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 forţa 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 încărcărilor

Gravitational acceleration / Acceleratia gravitationala [m/s

2] 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 – oţel, [8], p. 93 0.1

Ground friction coefficient – wheels, stubble, [14], p. 274 / Coeficientul de frecare sol – roţi, 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 / Laţimea 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 rezistenţă 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 / Înălţimea 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 / Suprafaţa de rezistenţă la inaintare pe organ de lucru dalta cu suport [m

2]

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 / Forţa totală de rezistenţă organe daltă cu suporţi [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 / Suprafaţa 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) / Rezistenţa specifică a solului la tracţiune în stratul de lucru al discurilor [N/m

2] (ipoteza: 60 % din valoarea pentru organele de lucru dalta)

60000

Resistance force on disk / Forta de rezistenţă pe disc [N] 559.05

Lateral force generated by disk / Forţa laterală generată de disc [N] 540.00

Total force strength on all machine disks / Forţa totală de rezistenţă pe toate discurile maşinii [N] 12299.08

Total resistance force of machine / Forţa de rezistenţă 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 / Forţa totală pe daltă [N] 1929.47

Total tensile force on disk / Forţa totală de tracţiune pe disc [N] 1299.12

Lateral force on disc / Forţa laterală pe disc [N] 540.00

Total force on roller / Forţa 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

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 forţe de solicitare de interacţiune cu solul se fac în noduri, iar efectul acceleraţiei gravitaţionale 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, condiţiile 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 Condiţiile pe contur pentru structură Problema condiţiilor 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 ţine seama de variaţiile pe verticală ale structurii, deci, în punctele de contact cu solul la baza organelor de lucru am aplicat condiţia uy=0 (deci solul aplică maşinii o reacţiune suficientă, permanentă).

Tot pe structură, pe partea aflată în sol în timpul lucrului, a suporţilor organelor de lucru, se aplică o condiţie de blocare a deplasării laterale, uz=0, forţele laterale fiind anihilate de reacţiunea solului la aceste porţiuni ale maşinii.

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

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

Acelaşi tip de legături sunt aplicate şi în nodurile porţiunii frontale a maşinii (barele 1, 2, 9, 11 şi 10). Toate condiţiile pe frontieră şi cuplajele se pot observa în figura. 2. 3. REZULTATE 3.1. Rezultatele rulării 3.1.1 Rezultatele rulării pe datele iniţiale ale modelului

Pentru datele geometrice, de încărcare şi pe contur din 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

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 suporţii tăvălugului, având valoarea u rez. max =0.0067 m.

Deplasarea relativă nu este semnificativă şi nu produce probleme în funcţionarea 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 rezistenţă.

Pentru remedierea acestei situaţii se recomandă triplarea grosimii secţiunii elementelor sau folosirea unui material cu rezistenţă 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 rezistenţă, tensiunea maximă se localizeaza la intersecţia dintre aceasta şi bara 9, spre partea din faţă a maşinii şi are valoarea 49 MPa. Reacţiunea orizontală a sistemului, în punctul de cuplare la tractor, are valoarea 38077 N, care are semnificaţia forţei de tracţiune necesară pentru a învinge rezistenţa în lucru a maşinii. La aceasta se adaugă forţele de frecare şi forţa 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]

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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

Ţinând seama de rezultatele obţinute pentru încărcările şi condiţiile 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 oţel cu limita de rupere la tracţiune de cel puţin 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 secţiunii, va înregistra o tensiune maximă de 70.129 MPa, valoare acceptabilă pentru oţelul OL 50 din care se preconizează a fi construit elementul fizic.

Valorile maxime ale săgeţilor (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 rezistenţă şi a asigura structura din punct de vedere al rezistenţei, procesul înlocuirii barelor cu bare mai rigide continuă până când proiectantul structurii este mulţumit de valoarea maximă a tensiunii echivalente. Creşterea masei structurii este benefică întrucât pătrunderea în sol se face datorită greutăţii proprii.Pentru a obţine siguranţa dorită se pot alege şi oţeluri 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 aplicaţie 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., Vlăduţ 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]. Mihăţoiu 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) - Rezistenţa 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., Vlăduţ 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]. Mihăţoiu 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

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

27

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

/ EXPERIMENTAREA TEHNOLOGIEI ŞI A ECHIPAMENTELOR PENTRU FABRICAREA

PELEŢILOR/AGRIPELEŢILOR

Ph.D. Stud. Eng. Danciu A.1)

, Ph.D. Eng. Vlăduţ 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 peleţilor / agripeleţilor 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 independenţe energetice. Fluxul ideal de producţie şi distribuţie la consumator, pentru producţia şi utilizarea de peleţi/agripeleţi 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 reţetelor de agripeleţi (cântărire, umidificare/uscare, omogenizare amestec), măcinarea, peletizarea, răcirea peleţilor / agripeleţilor, ambalarea şi depozitarea precum şi utilizarea peleţilor / agripeleţilor în centrale termice casnice sau industriale. Biomasa solidă agricolă utilizată pentru experimentarea diferitelor reţete de agripeleţi 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 peleţilor şi agripeleţilor (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: agripeleţi, biomasă, peleţi, tehnologie INTRODUCERE

Tehnologia este destinată producerii peleţilor / agripeleţilor din biomasa solidă forestieră şi agricolă, peleţi/agripeleţi ce vor fi utilizaţi 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 independenţe energetice.

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

Pentru realizarea peleţilor/agripeleţilor 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 mărunţirea 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 reţetelor de agripeleţi (cântărire, umidificare / uscare, transport, omogenizare amestec) efectuate cu ajutorul unui cântar, a termobalanţei 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 obţinerea de peleţi/agripeleţi, operaţii efctuate cu ajutorul transportorului înclinat cu bandă, transportorului de alimentare presă, a rafinatorului care macină şi transportă pnematic biomasa în ciclon unde materialul

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 peleţi/agripeleţi prin trecerea trecerea forţată şi continuuă a unei cantităţi mari de material printr-un orificiu mic, acest lucru realizându-se cu ajutorul a două role presoare şi a matriţei 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 peleţilor şi agripeleţilor 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 mărunţire a biomasei agricole şi forestiere sunt prezentate în figura 1 iar cele necesare procesului de realizare a peleţilor/agripeleţilor 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 mărunţire 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 peleţilor/agripeleţilor

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

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

29

Table 1 / Tabel 1 Analysis methods / Metode de analiză

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 imbibaţie SR 5264:1995 2. Hygroscopic moisture /Umiditate higroscopică SR 5264:1995 3. Total moisture /Umiditate totală SR 5264:1995 4. Ash (optional)/Cenuşa (opţional) 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 calorifică superioară ISO 1928:2009

10. Lower calorific power (calculation)/Putere calorifică inferioară (calcul) ISO 1928:2009

11. Processing results / Prelucrarea rezultatelor

(Recalculation results in different states of analysis: initial) / (recalcularea rezultatelor la diferite stări de analiză: iniţial)

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 funcţională

Pentru realizarea tehnologiei de obţinere a peleţilor agripeleţilor a fost necesară instalarea, racordarea şi experimentarea următoarelor echipamente tehnice [1]: tocător de resturi forestiere tip Skorpion care este un echipament acţionat 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 mărunţeşte iar tocătura obţinută este evacuată prin coşul de evacuare care are posibilitatea de rotire cu 360º; tocător de resturi vegetale TCU (moara cu ciocane MC-22), care funcţionează în fluxul de fabricaţie al agripeleţilor 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 direcţionată 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 funcţionează în fluxul de fabricaţie al agripeleţilor cu ajutorul căruia s-a efectuat transportul la diferite echipamente tehnice din cadrul liniei tehnologice de fabricare a peleţilor/agripeleţilor, 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 diferiţilor agripeleţi) 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 turaţiei 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 reţete (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

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 dm

3 [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 funcţionează în linia tehnologică de fabricaţie a peleţilor/agripeleţilor pentru preluarea şi transportul de material granular din biomasă solidă agricolă sau forestieră (mărunţită cu tocătoarea TRV sau TCU -22) către rafinatorul din cadrul liniei tehnologice de fabricare a peleţilor / agripeleţilor; rafinator (moara cu ciocane), care este un echipament tehnic ce face parte din linia tehnologică pentru obţinerea de peleţi / agripeleţi efectuând tocarea biomasei şi transportarea acesteia către ciclonul presei de peletizare. Debitul de alimentare poate fi reglat prin modificarea turaţiei 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 rulmenţi 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 funcţionează în fluxul de fabricaţie al agripeleţilor, fiind alimentată cu reţete 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 dm

3 [kg])

prevăzut cu şnec de alimentare. Debitul de alimentare al şnecului minibuncărului presei de peletizare precum şi lungimea peleţilor pot fi reglate prin modificarea turaţiilor şnecului, respectiv a motorului de tăiere la lungime a peleţilor cu ajutorul sistemului PLC de la panoul de comandă al presei. Determinarea principalilor parametri ai echipamentelor 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;

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 m

3/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 bandă 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 presă 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 (moară 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 m

3/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 combustibilităţii produselor obţinute prin tehnologia de fabricare a peleţilor şi agripeţilor din biomasa solidă agricolă şi forestieră, au fost prelevate pentru analize un număr de 14 probe în diferite amestecuri/compoziţii (reţete) 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 rapiţă.

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 detecţia 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:

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

32

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

i, Wh

i, Wt

i), and ash (A

i)

by elemental analysis was determined the percentage content of C

i, H

i, St

i, N

i 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, Wh

i, Wt

i), şi cenuşa (A

i)

prin analiza elementară s-a determinat conţinutul procentual de C

i, H

i, St

i, N

i cu ajutorul unui analizor elemental FLASH

EA 1112 Thermo Fisher Scientific (Model 1112). Determinarea conţinutului de oxigen (O) la starea iniţială s-a efectuat prin calcul utilizând următoarea relaţie:

Oi = 100 – (W

it + A

i+ C

i+ H

i+ S

i+ N

i) [%] (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 (Qii) was obtained by calculating

depending on the total moisture (Wti) 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 (Qii) s-a obţinut prin

calcul funcţie de umiditatea totală (W ti) şi conţinutul de

hidrogen din proba supusă determinării, conform formulei:

Qiinf

= Q

isup

– γ(8,94H

i + W

it) [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 urmăriţi (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 iniţială 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

Sample No. / Nr. proba

Wii Wh

i Wt

i A

i St

i C

i H

i N

i O

i dif Os

i Q

ii

% % % % % % % % % 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 imbibaţie; Wi

i – Hygroscopic moisture / Umiditate de higroscopică; Wi

i – Total moisture/ Umiditate totală; A

i – Ash /

Cenuşa ; Sti - Total Sulphur content / Conţinutul de sulf total; C

i - Carbon content / Conţinutul de carbon; H

i - Hydrogen content / Conţinutul de hidrogen; N

i -

Nitrogen content / Conţinutul de azot; Oi dif - Oxygen content / Conţinutul de oxigen; Os

i - 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 grafică a valorilor puterii calorifice inferioare pentru probele 1 8

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

valorilor umidităţii totale pentru probele 1 8

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

33

Fig. 5 – Graphic representation of lower calorific power values

for samples 9 14 / Reprezentarea grafică a valorilor puterii calorifice inferioare pentru probele 9 14

Fig. 6 – Graphical representation of total humidity values for samples 9 14 / Reprezentarea grafică a valorilor umidităţii

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 peleţilor / agripeleţilor a fost:

forestieră: resturi forestiere tocate şi mărunţite; talaş de brad;

agricolă:

paie;

miscanthus;

coceni. Aceasta a fost pregătită în 22 reţete astfel: R1) resturi forestiere: 100% (două umidităţi); R2) talaş: 100% (două umidităţi); 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 umidităţi); R7) resturi forestiere: 65% şi paie: 35% (două umidităţi); R8) talaş: 65% şi miscanthus: 35% (două umidităţi); R9) talaş: 65% şi paie: 35% (două umidităţi); R10) resturi forestiere: 60% şi miscanthus: 40% (două umidităţi); R11) resturi forestiere: 60% şi paie: 40% (două umidităţi); R12) talaş: 60% şi miscanthus: 40% (două umidităţi); R13) talaş: 60% şi paie: 40% (două umidităţi); R14) resturi forestiere: 55% şi miscanthus: 45% (două umidităţi); R15) resturi forestiere: 55% şi paie: 45% (două umidităţi); R16) talaş: 55% şi miscanthus: 45% (două umidităţi); R17) talaş: 55% şi paie: 45% (două umidităţi); 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 reţete de agripeleţi 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 peleţilor obţinuţi, funcţie de umiditate. În urma experimentării echipamentelor şi a tehnologiei de realizare a peleţilor/agripeleţilor s-au constatat următoarele: în ceea ce priveşte peleţii obţinuţi din biomasă

forestieră s-au constatat:

peleţii obţinuţi din biomasă forestieră: resturi forestiere şi talaş/rumeguş au o calitate corespuzătoare la

o umiditate medie între 10,5 12%; odată cu creşterea

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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).

umidităţii, calitatea peleţilor obţinuţi din biomasă forestieră scade proporţional, scăzând şi densitatea peleţilor obţinuţi; calitatea peleţilor este corespunzătoare atât pentru reţete din talaş şi resturi forestiere, în diferite procente, cât şi pentru peleţii obţinuţi numai din talaş/resturi forestiere.

în ceea ce priveşte agripeleţii realizaţi din diferite reţete din biomasă solidă agricolă şi forestieră s-au constatat următoarele:

agripeleţii obţinuţi 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%; agripeleţii obţinuţi 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%) obţinuţi la două umidităţi diferite

(una: 12 13% cea recomandată în literatura de

specialitate pentru peleţi) şi celalată: 15 16% au o calitate bună, densitatea acestora scăzând odată cu creşterea umidităţii amestecului, neavând o influenţă semnificativă asupra calităţii; calitatea agripeleţilor este puternic influenţată de procentul de biomasă vegetală din amestec şi de umiditatea amestecului. Dacă în cazul peleţilor umiditarea mai ridicată conducea la scăderea calităţii acestora, în cazul agripeleţilor, creşterea umidităţii până la 15,5% (max. 16%) favorizează coeziunea materialului din amestec şi implicit calitatea agripeleţilor obţinuţi.

Agripeleţii 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 cantităţii insuficiente de lignină) şi agripeleţii obţinuţi se fărâmiţează. Dintre reţetele de agripeleţii obţinuţi, 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 peleţilor şi agripeleţilor, 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) - Relaţiile 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 conţinutul de umiditate al brichetelor din biomasă, Biomasă şi Bioenergie. 26:

251 253, Thermochemical Conversion Division. Institututul de cercetare Energii Regenerabile "Sardar Patel".

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

35

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

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

EROZIUNE PLUVIALĂ DE SUPRAFAŢĂ

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 distribuţiei 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 hărţi ating problematica agriculturii de precizie, în sens reparatoriu si preventiv.

Aceasta înseamnă că, citind hărţile riscului de eroziune, se pot selecta acele zone în care măsura acestui risc depăşeşte limitele stabilite convenţional (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 hărţilor de risc pentru eroziune şi alunecări de teren

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

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 împărţit 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 stabilităţii versantului; H5) Calculul pierderilor de sol şi factorului de stabilitate pe fiecare subdomeniu; H6) Stabilirea intervalelor de risc şi colorarea hărţii divizate în subdomenii; H7) Studiul statistic al distribuţiei riscului de eroziune şi alunecărilor de teren în teritoriu; H8) Extragerea zonelor de maximă atenţie de pe hartă în scopul prevenirii sau remedierii locale. H1) Delimitarea geografică 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, is an activity driven by the idea of getting portions of

Delimitarea teritoriului pentru care se intenţionează estimarea şi cartarea riscului de eroziune este posibilă şi pe alte căi: de exemplu, folosind hărţi sau arhive de hărţi electronice, care permit trasarea frontierei fără deplasare pe frontieră, prin cunoaşterea foarte bună a domeniului, sau folosind indicatori statici fixaţi pe frontieră. H2) Discretizarea domeniului spaţial al zonei pentru care se întocmeşte harta

Discretizarea domeniului spaţial care trebuie cartat, este o activitate condusă de ideea de a obţine porţiuni de

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

37

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 elementary

1 erosion risk map. To estimate the

risk of landslides (and for erosion, too) it is possible to determine the average slope

2 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 USLE 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).

The factors as plant covering and tillage management

suprafaţă de înclinare aproximativ constantă, pentru a aplica o formulă de calcul simplă. Pentru un domeniu oarecare, se recomandă folosirea hărţii înclinaţiilor 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 distanţelor şi calcul elementar.

În cazul plantaţiilor de viţă de vie, problema este mai simplă, în sensul că parcelele de viţă 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 conţinând mai mult decât o parcelă de viţă de vie. Fiecărei parcele i se atribuie un număr, numită etichetă. Sprafaţa 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 vegetaţie parazită, sau de mare înclinare, improprii plantaţiilor şi neamenajabile. H3) Măsurarea lungimii medii echivalente şi pantei medii a fiecărui subdomeniu

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

Am executat această operaţiune 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 intersecţie ale directiei de maxima înclinare cu frontiera parcelei. Pe distanţa desenată pe ecran pe parcelă se determină altitudinile la capete, se calculează modulul diferenţei care apoi se împarte la distanţă şi se obţine prin înmulţire cu 100, o valoare aproximativă a pantei medii. Aceste date se folosesc în calculul eroziunii de suprafaţă specifică parcelei, care este caracteristica de bază a celei mai elementare

1 hărţi a riscului de eroziune. Pentru

estimarea riscului alunecărilor de teren (şi eroziune) este posibilă determinarea pantei medii

2 pe porţiuni mici, pe o

direcţie 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 viţă de vie orientate pe direcţia aproximativă a liniilor de nivel şi P = 1 pentru cazul în care rândurile de viţă de vie sunt orientate deal – vale (aproximativ perpendicular pe liniile de nivel).

Factorii de acoperire vegetală şi de managementul

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 conţină întregii versanţi, începând cu vârful dealurilor, să ţină seama de traseul preferenţial al şiroaielor pe versanţi 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 versanţii dealurilor

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

38

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.

lucrărilor solului s-au luat ca medii anuale, conform cu [1]. Factorul de erodabilitate a solului s-a luat K=0,033,

după consideraţiile 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 constanţi pentru toate parcelele, se motivează prin aria mică a teritoriului ICDVV şi pe faptul că variaţii mari pe mici teritorii nu există în regimul precipitaţiilor şi în compoziţia solului. H5) Calculul pierderilor de sol pe fiecare subdomeniu

Odată stabiliţi 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 toţi factorii pe categorii, indiciaţi 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 hărţii divizate în subdomenii

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

Funcţie 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 referinţă 1, 2, 7 şi cele superioare (corespunzătoare standardelor americane), 20 şi 30 t/ha anual. Harta apare în figura 2. H7) Studiul statistic al distribuţiei 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 informaţii 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 relevanţa 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 condiţii se obţine 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 fracţiunile suprafeţelor din suprafaţa totala divizată, dă valoarea de 4.55 t/ha pe an. Repartiţia procentuală a eroziunii ponderată cu fracţia de suprafaţă din suprafaţa totală cartată, pe intervale de eroziune de referinţă, apare în figura 3. Se observă că numai 34.927 din suprafaţa cartată cu privire la riscul de eroziune, are valori între 0 şi 2 t/ha anual, 67.07 % din suprafaţă intră în clasa de eroziune cuprinsă între 0 şi 5 t/ha anual şi 78.073 % din suprafaţă înregistrează valori ale pierderii de sol sub 7 t/ha anual.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 /

Repartiţia parcelelor pe intervale de eroziune, conform hărţii 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 corelaţia variabilelor problemei cu pierderea anuală de sol la hectar prognozată.

Valorile corelaţiei 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

suprafaţa parcelelor, Sp are valoarea 0.156. Aceste valori ale corelaţiilor 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 puţin, dar semnificativ, cu aria parcelelor.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 / Variaţia 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 direcţia aproximativă a liniilor de nivel, atunci corelaţia dintre valorile riscului de eroziune şi valorile pantei, scade, adică, de exemplu, vârfurile celor două grafice nu coincid).

H8) Extragerea zonelor de maximă atenţie de pe hartă în scopul prevenirii sau remedierii locale

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

REZULTATE

Rezultatele lucrării constau în metoda de construcţie a hărţilor şi în hărţile riscului de eroziune.

Sursele de verificare folosite sunt cele experimentale, obţinute în etapele a doua a proiectului, [1], precum si alte surse, care conţin 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 obţinute de Moţoc în 1956.

Table 1 / Tabel 1 Quantitative data on land erosion of Valea Calugareasca vineyard area, the years 1952 - 1955, on land with 25% slopes and

resort Murfatlar with slopes of 7% / Date cantitative asupra eroziunii terenurilor viticole din zona Valea Călugăreasca, anii 1952 – 1955, pe terenuri cu panta 25 % şi statiunea Murfatlar, pante de 7 %

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

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. Predicţiile obţinute pe harta

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 predicţiile obţinute în [2] (1.546 – 4.826 t/ha anual).

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

Nu se precizează locaţia în care au fost determinate sau locaţiile 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 întrebuinţeaza 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 folosinţă, cu unele modificări corespunzătoare în metodă. BIBLIOGRAFIE [1]. Cârdei P. şi alţii (2008) - Prognoza pierderilor de sol de uz agricol prin eroziune şi alunecări de teren, în scopul elaborării unor soluţii 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 soluţii 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;

http://www.preventionweb.net/english/professional/maps/v.php?id=3829

http://eusoils.jrc.ec.europa.eu/ESDB_Archive/pesera/pesera_data.html


http://www.preventionweb.net/english/professional/maps/v.php?id=3829



Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

42

[7]. Moţoc 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]. Moţoc 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.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

43

INCREASING LOAD CAPACITY OF CYLINDRICAL GEARS BY OPTIMIZING THEIR GEOMETRIC PARAMETERS

/ ПОВИШАВАНЕ НА ТОВАРОНОСИМОСТТА НА ЦИЛИНДРИЧНИ ЗЪБНИ ПРЕДАВКИ ЧРЕЗ

ОПТИМИЗИРАНЕ НА ГЕОМЕТРИЧНИТЕ ИМ ПАРАМЕТРИ

Assoc. Prof. Ph.D. MEng. Angelova Emiliya1)

, Ph.D. MEng. Ronkova Viarka1)

, Prof. Ph.D. MEng Nenov Peter1)

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 for the development of large series of any size, but also for establishing 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 is determined 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 товароносимост при зададени условия на работа геометрични параметри, материали и термообработка на зъбните колела. С повишаване на 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 от тяхната преждевременна загуба на работоспособност.

Натрупаният опит в областта на проектирането, изработването и експлоатацията на зъбните предавки доведе до значително усъвършенстване 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 нейното модифициране, така че да се осигурява не само достатъчно точна 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 критерия якост 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

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 gears even 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-gear trains, 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 pair can 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 оптимизиране са практически неизползваеми. Те предлагат на конструктора само едно решение. При оптимизиране по различни критерии се 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 оценена чрез максималния въртящ момент Т, който може да бъде предаван или чрез максималната допустима мощност Р (при зададената честота на въртене). Анализът на различни случаи от практиката, например при многостъпални редуктори, показва че проблемите са доста по-ясни, когато товароносимостта се изразява чрез максималната мощност, която отделните стъпала могат да предават. Този вариант е за предпочитане пред варианта с допустимите въртящи моменти, които поради разликата 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 the software system GEAR. Five types of tasks are defined. The first one has a purely verification feature. The first task includes 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 load capacity 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 parameter x1 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 преобразуваните основни 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 sources concerning 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 случаи дори и малки изменения на началните параметри – сумарен коефициент на изместване, модул, твърдост на зъбите, необходима трайност, скорост на въртене и др. могат да доведат до значителни размествания на кривите една спрямо друга [5]. Следователно всякакви препоръки в литературата за разпределяне на хΣ между двете колела, имат условен характер и ограничена сфера на приложение.

Третата задача включва оптимизиране на параметрите чрез вариране и със сумарния брой зъби в диапазона на допустимото отклонение на предавателното число u, в нашите примери ±4%, при запазване стойността на модула m. По този начин се

разширява областта на възможните решения чрез намиране на нови допълнителни стойности на хΣ със следваща оптимизация по х1.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 се търси решение с минимално отклонение от зададеното предавателно 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 чрез последователно присвояване на m на всички стандартни стойности

на модула от зададения интервал mmin mmax. Цялостната структура 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 влияние

върху товароносимостта и масата на предавката. Установено е, 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 на товароносимостта по критерия якост на огъване PF1,2, е коректното определяне на коефициента на формата на зъбите и

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 for general purposes.

Figure 2 shows the final results obtained for gear trains with the following parameters: centre distance aw = 250 mm;

helix angle = 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 от коефициента на изместване х и от броя на зъбите z. В конструкторската 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 програмна система 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 разстояние aw = 250 mm; ъгъл на наклон на зъбите = 16 ; предавателно число 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.

3 6 74 50.25

0.5

0.75

1

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6-0.6 0.8 10.25

0.5

0.75

1

0.730.72

0.65

X1U

P

G I

2

mn

4

5

56

Pav x

Pav z

Pav m

Pmax

1

2

3

6

7

8

1098

7

4

32

1

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, Δu = - 2% and x1 = 0.9. The indicated values of the power Р were

Анализирани са 915 предавки, получени при различни модули, 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 стандартния ред); 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

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 IΔuImin

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 the

variants 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 на достижение, 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 small overall 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 be produced 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 for the values of the parameters of the gear train close to the area 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 the recommendations 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 by

u = 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 осигуряване на 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 якост голяма. 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) се определя чрез придържане към популярни в практиката препоръки за разпределяне на хΣ между двете зъбни колела. От формална гледна точка този подход е оправдан, но въпреки това липсата на каквато и да е представа за стойностите на параметрите на предавката в най-близката околност на х1опт е нежелателно. Може на преден план да се изведе предавка, чието предимство по 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 мощността Р, 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 разширен и върху предавки с други характерни медуосови разстояния и предавателни числа. От фиг. 3 се вижда, че оптимизацията е ефикасна за всички габарити. С намаляване на предавателното число 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.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

48

1.00

1.30

5.63.552.24 U

gear rario

kоpt

1 - aw = 100mm

2 - aw = 160mm

3 - aw = 250mm

4 – av. values

1.10

2

1.00

1.30

5.63.552.24 U

предавателно число

kопт

1 - aw = 100mm

2 - aw = 160mm

3 - aw = 250mm

4 - средни стойности

1.10

1.20

1.40

2

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) - Modernization of 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 3

rd 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 на геометрията, винаги съществува значителен резерв за повишаване на товароносимостта в рамките от 15 до 36 %. Чрез провеждане на оптимизационни изчисления със софтуер и извършване на минимална преработка на документацията, товароносимостта може 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 еволвентно външно зацепване. Якостно изчисляване. Български институт за стандартизация. София; [2]. ГОСТ21354-75. Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные внешнего зацепления. Расчет на прочность; [3]. ISO 6336 - Calculations for life and strength of Gears; [4]. Nenov P., Angelova E., Varbanov V. (2004) - Modernization of 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 цилиндрични зъбни 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 3

rd 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, съфинансирана от Европейския социален фонд на Европейския съюз”.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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

mailto:[email protected]

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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).

sinxmRLI , (1)

)cossin( 2 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]:

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

51

rDD

DD sLLss

TLs

s

TTLT max

2 212 (3)

where:

cr

Ds

T100

1 is electromagnetic time constant;

rs1

1;

s

srs

is slip ratio;

ss is running

slip;

n

nn

crAs

Asss

1 is critical slip;

s

nsns

is nominal slip;

n

nAmax

max )1(;

n

sn

L

L; 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( ) = 0,5f*mε

2 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/m

2; M=39kg; cx=4.5·10

4N/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

Ds

T100

1 - електромагнітна стала часу;

rs1

1;

s

srs

- відношення промаху;

ss

- поточний промах;

n

nn

crAs

Asss

1 - критичний промах;

s

nsns - номінальний промах;

n

nAmax

max )1(;

n

sn

L

L; Lmax, Ls - максимальні і пускові обертові моменти двигуна.

Момент сил, стійких до обертання, викликаний головним чином опором в підшипниках і визначений

формулою R=R( ) = 0,5f*mε

2 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/м

2; M=39кг; cx=4,5·10

4Н/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

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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. Vlăduţ 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 direcţie de perfecţionare a maşinilor pentru protecţia plantelor, o constituie îmbunătăţirea lor constructivă (incluzând aparatura de control şi măsurare) prin reglarea automată a normei de soluţie la hectar, creşterea calităţii tratamentelor şi reducerea riscurilor de poluare a solului şi a produselor agricole ca urmare a remanenţei în sol a substanţelor fitosanitare administrate necorespunzător. Realizarea unui sistem centralizat de monitorizare şi avertizare la maşinile de stropit pentru protecţia plantelor are drept scop urmărirea funcţionării acestora şi avertizarea operatorului asupra oricăror deficienţe sau defecţiuni care apar în timpul funcţionării. În cadrul monitorizării la care sunt supuse maşinile de stropit se verifică prin intermediul unor traductoare următoarele aspecte: funcţionarea pompei (debit, presiune), nivelul de substanţă din rezervor, funcţionarea 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 subzistenţă umană) cât şi a mediului. Nu putem vorbi despre practicarea agriculturii fără a ne referi la consecinţele acesteia asupra mediului. Agricultura ultraintensivă practicată datorită

nivelului tehnologic atins, a dus la degradarea accentuată a mediului şi a vieţii omului, impunând introducerea conceptului de agricultură durabilă, în care conservarea resurselor este o condiţie fundamentală [1], [2], [3] şi [8].

Sistemul de agricultură durabilă este tot mai mult acceptat ca alternativă la agricultura convenţională, folosirea raţională a resurselor asigurând productivitate, profitabilitate şi protecţia mediului.

Productivitatea agriculturii este influenţată de nivelul tehnologiilor de lucru aplicate, protecţia 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 tendinţe pentru practicarea unei agriculturi durabile, ştiut fiind faptul că protecţia fito-sanitară reprezintă una din sursele majore de poluare a mediului cu substanţe chimice [4], [5]. Un aspect important al politicii de creştere continuă a calităţii produselor, îl constituie atât menţinerea conformităţii maşinilor pentru protecţia plantelor cât şi creşterea premizelor de realizare în condiţii 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, influenţează hotărâtor

producţia obţinută la hectar [4, 5].

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 substanţe produse ale industriei chimice, au dus la o sporire considerabilă a recoltelor, la îmbunătăţirea calităţii lor.

În România, tratamentele fitosanitare sau unele lucrări de fertilizare fazială se fac numai cu produse lichide preparate cu apă ori condiţionate 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 obţinerea unei bune calităţi a tratamentului fito-sanitar, existând o strictă dependenţă între efectele biologice şi calitate, care depinde de: performanţele capetelor de pulverizare ale maşinii,

instalaţiei, echipamentului; volumul aplicaţiei la unitatea de suprafaţă; condiţiile climatice în care se face aplicaţia; felul şi forma obiectelor ţintă ce pot facilita sau

împiedica depunerea omogenă a fragmentaţiilor; factorul subiectiv legat de priceperea operatorului, etc.

Eficienţa tratamentelor fito-sanitare poate fi apreciată prin gradul de acoperire a ţintei cu picături şi gradul de uniformitate, aceştia fiind influenţaţi de parametrii constructivi - funcţionali ai echipamentelor de stropit.

Orice tratament ineficient, indiferent din ce cauză, duce la creşterea poluării mediului, modificarea caracteristicilor bolilor şi a populaţiilor de dăunători, prin creşterea rezistenţei acestora la acţiunea soluţiilor folosite şi la pierderi economice însemnate. Principala direcţie de perfecţionare a maşinilor pentru protecţia plantelor, o constituie îmbunătăţirea lor constructivă (incluzând aparatura de control şi măsurare) pentru reglarea automată a normei de soluţie la hectar, creşterea calităţii tratamentelor şi reducerea poluării remanente a solului prin menţinerea caracteristicilor tehnice iniţiale.

Prin realizarea unui sistem centralizat de monitorizare şi avertizare (fig.1) la maşinile de stropit pentru protecţia plantelor se verifică prin intermediul unor traductoare, următoarele aspecte: funcţionarea pompei (debit, presiune), nivelul de substanţă din rezervor, funcţionarea 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

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 conţine 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 funcţionării 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 faţă 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 the manufacturer / Presiunea şi debitul nominal, indicate de producător

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 (1)

qt -is the theoretical flow: în care qt este debitul teoretic:

2 att

p pq f , (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 = 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 secţiunii 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

obţine α =0,333, iar = 1000 l/m3.

Astfel, formula obţinută din (1) şi (2)

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

59

atcalc

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 comparaţie 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 variaţia 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 /

Variaţia 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 funcţie de duza de tip AG 03, presiunea de lucru 2 bar


Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

60


Fig. 10 - Flowrate according to nozzle type AG 03, working pressure 5 bar/ Debitul în funcţie 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

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 repetiţii, în condiţii de câmp. Fluidul folosit pentru efectuarea încercărilor a fost apa industrială, deoarece proprietăţile acesteia sunt foarte asemănătoare cu ale fluidelor folosite pentru tratamentul plantelor.

Rezultatele experimentale obţinute 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 obţinute 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 obţinut diagrame cu debitul fiecarei duze în parte, în care se observă că diferenţele 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 repetabilităţii rezultatelor au fost efectuate câte 10 repetiţii ale probei pentru fiecare presiune de lucru şi fiecare tip de duza. Diferenţele între valorile înregistrate de fiecare traductor de debit la fiecare repetiţie 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 obţinute au confirmat o caracteristică liniară a traductorului, cu o eroare de măsurare de maxim 0,02 bar.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 obţinute la probele efectuate în câmp au confirmat atât robusteţea echipamentului, (posibilitatea de a funcţiona în condiţii specifice lucrărilor agricole de protecţie a platelor: umiditate ridicată, praf, etc.) cât şi fiabilitatea acestuia. Diagramele obţinute în câmp au confirmat datele obţinute în condiţii de laborator.

Rezultatele obţinute 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 protecţia mediului. Editura ASE, Bucureşti; [2]. Guvernul României - Strategia Naţională pentru Dezvoltare Durabilă a României. Orizonturi 2013-2020-2030; [3]. Guvernul României - Strategia Naţională 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) - Consideraţii privind legislaţia europeană referitoare la echipamentele pentru lucrări fitosanitare. Revista Agricultura nr. 3-4, Cluj Napoca; [9]. Vişan S. (1988) - Mediul înconjurător. Poluare şi protecţie, Editura Economică, Bucureşti.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

63

COMPARATIVE RESEARCHES REGARDING THE QUALITY AND EFFICIENCY OF GERMINATING BED PREPARING IN GREENHOUSES THROUGH HOEING AND CUTTING

/ CERCETĂRI COMPARATIVE PRIVIND CALITATEA ŞI EFICIENŢA ENETGETICĂ A PREGĂTIRII PATULUI

GERMINATIV ÎN SERE PRIN SĂPARE ŞI FREZARE

Prof. Ph.D.Eng. Brătucu Gh., Ph.D.Eng. Pasztor J.,

Ph.D. Eng. Căpăţînă 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 importanţă deosebită. În această lucrare se prezintă rezultatele comparative referitoare la gradul de mărunţire 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 mărunţire 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 mărunţire, lucrare de săpat, lucrare de frezat, sere INTRODUCERE

Criteriul de performanţă 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 cerinţele agrotehnice ale plantelor cultivate în sere şi indicatorii de exploatare ale sistemului agricol. Cerinţele agrotehnice ale plantelor cultivate sunt reprezentate prin indicii calitativi de lucru ai maşinilor de lucrat solul în sere, precum: gradul de mărunţire a solului, rezistenţa 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, obţinându-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, obţinându-se energia totală consumată pentru lucrare. Diferenţa celor două consumuri de combustibil evidenţiază

consumul de combustibil necesar efectuării lucrării considerate [5,6]. MATERIALE ŞI METODA

Tractorul reprezintă principala sursă energetică

pentru efectuarea mecanizată a lucrărilor în spaţiile protejate. În serele din România cel mai frecvent se foloseşte tractorul U 445, cu motor de 33 kW. Este tractor pe roţi cu două punţi, cu două roţi motoare (4x2), având construcţie adaptată condiţiilor din sere (fig. 1).

Tractorul U 445 se compune din: motor; transmisie; mecanism de deplasare; mecanism de conducere; echipament de lucru şi echipament electric.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 acţionată 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 lăţimea la baza mică de 100 mm, iar două lăţimea 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 mărunţeşte. 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 distanţa 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 săpat solul MSS-1,4M

Fig. 3 - Soil digging machine MSS-1,40 / Maşina de săpat 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, mărunţirea bulgărilor şi distrugerea buruienilor în culturile de câmp, legumicole, viticole şi pomicole, pe pajişti, în sere şi pentru mărunţirea 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 cuţite care este acoperit de o carcasă. Carcasa contribuie la mărunţirea energică a solului, la nivelarea lui şi totodată protejează persoanele din jurul maşinii. Rotorul frezei este acţionat de la priza de putere a tractorului prin transmisie laterală. Pe rotor sunt dispuse şapte flanşe pe care sunt fixate rigid, cu ajutorul şuruburilor, cuţitele. Pe flanşele marginale sunt fixate câte trei cuţite, iar pe flanşele interioare câte şase cuţite. Dintre

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 cuţite trei au lama pe partea dreaptă, trei pe partea stângă. Cuţitele sunt curbate în formă de L, asigurând o prelucrare uniformă a solului în adâncimea de lucru. Modificarea poziţiei rotorului faţă de suprafaţa 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 esenţial în studiul energetic al tehnologiilor de pregătire a patului germinativ şi în evaluarea tehnologiilor de mecanizare. Este cantitatea de lichid ce trece prin secţiunea unei conducte raportată la unitatea de suprafaţă (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 injecţie, cu pompe de injecţie rotative sau pompe de injecţie 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 injecţie; 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 injecţie. Cele două camere sunt montate direct pe circuitul de combustibil, pe tur şi retur. Un senzor face diferenţa dintre cele două camere, permiţând 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; distanţa parcursă, în km; orele de funcţionare, 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 faţă de suprafaţa pe care se alimentează solul analizat. La cercetări s-au folosit site manuale cu ochiuri de diferite mărimi.

Fiecare clasă obţinută s-a colectat şi s-a cântărit separat.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 fracţiunilor rezultate s-a raportat la masa iniţială a amestecului, obţinându-se în procente repartizarea particulelor pe fracţiuni granulometrice.

Metodica de lucru privind cercetările experimentale în condiţii de exploatare este prezentată în figura 7 [7].

Fig. 7 – Methods of running the experimental researches in working conditions / Metodica desfăşurării cercetărilor experimentale în condiţii 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 Acăţari 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 mărunţire a solului, Gms, reprezintă procentul

masei de sol cu diametrul agregatelor mai mic decât 5 cm din masa totală de sol. Gradul de mărunţire s-a determinat prin cernere uscată cu site granulometrice.

Suprafeţele pe care s-au realizat măsurătorile s-au ales pe cât posibil uniforme. S-a considerat suprafaţă reprezentativă suprafaţa a 10 travee dintr-un tronson de seră. S-au măsurat 10 de probe individuale pe fiecare suprafaţă reprezentativă. Probele au fost repartizate uniform pe suprafaţa 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 Acăţari 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

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 fracţiunilor rezultate s-a raportat la masa iniţială a probei, obţinându-se în procente gradul de mărunţire a solului. Media aritmetică a valorilor măsurate şi calculate reprezintă gradul de mărunţire a solului la lucrarea respectivă. REZULTATE

Gradul de mărunţire a solului săpat la diferite viteze de lucru, în stratul de la suprafaţă şi în adâncime, se prezintă în figura 8. Din graficul prezentat în figură se observă că gradul de mărunţire a solului la pregătirea patului germinativ în sere cu maşina de săpat solul se reduce cu creşterea vitezei de lucru, atât la suprafaţă, 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 mărunţire 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 mărunţire 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 mărunţire a solului frezat la diferite viteze de lucru, în stratul de la suprafaţă se prezintă în figura 9. Se

observă micşorarea gradului de mărunţire 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 m

2 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 cantităţile de combustibil consumate de sistemul agricol pe parcursul de 15 m, cu lăţimea de lucru de 1,40 m, (suprafaţa de 21 m

2).

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 măsurătorilor la cercetarea experimentală a consumului de combustibil al lucrării de săpare cu MSS-1,40

Working speed /

Viteza de lucru, [m/s]

Working time /

Timpul de lucru, [s]

Calculated working

speed / Viteza de lucru

calculată, [m/s]

Measured fuel consumption / Consumul de combustibil măsurat

Work fuel consumption / Consumul de

combustibil pe lucrare, Ccl, [cm

3],

per / pe 21m2

Real energetic consumption of

work / Consumul energetic real pentru lucrare,

[J], per / pe 21m2

at load operating / în sarcină, Ccs, [cm

3],

per / pe 21m2

At no-load run / în gol,

Ccg, [cm3],

per / pe 21m2

xi yi

V1

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

74 0.202703 96.4 27.7 68.7 2309694 average /

media 73 0.205495 95.36 27.7 67.66 2274729

V2 42 0.357143 66 27.3 38.7 1301094

43 0.348837 66.4 27.3 39.1 1314542

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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

V3

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

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 tendinţa 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 cm

3/21 m

2 at l-st speed to 39,14 cm

3/21 m

2 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 m

2, 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 m

2.

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 cm

3/21 m

2 la viteza I , la 39,14

cm3/21 m

2 la viteza a II-a şi la 28,84 cm3/21 m

2 la viteza

a III-a. Din graficul prezentat în figura 11 reiese tendinţa

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 lăţimea de 1,30 m, adică pe o suprafaţă lucrată de 19,5 m

2, conform metodicii de

cercetare experimentală precizată anterior. Efectuarea măsurătorilor a constat în: s-au cronometrat

timpii de lucru efectiv; s-au determinat cantităţile de combustibil consumate de sistemul agricol pe suprafaţa prelucrată de 19,5 m

2.

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 măsurătorilor la cercetarea experimentală a consumului de combustibil al lucrării de frezare cu FPP-1,30

Working speed / Viteza de lucru

[m/s]

Working time /

Timpul de lucru, [s]

Calculated working

speed / Viteza de lucru

calculată, [m/s]

Measured fuel consumption / Consumul de combustibil măsurat

Soil work fuel consumption / Consumul de

combustibil pentru lucrare, Ccl, [cm

3],

per / pe [19,5m2]

Soil work real energy consumption /

Consumul real de energie pentru lucrare, [J], per / pe [19,5m

2]

at load operating / în sarcină,

Ccs, [cm3], per /

pe [19,5m2]

At no-load run / în gol, Ccg,

[cm3], per / pe

[19,5m2]

xi yi

V1

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

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

V2

25 0.6 44.6 27.4 17.2 578264

26 0.576923 44.9 27.4 17.5 588350

29 0.517241 45.6 27.4 18.2 611884

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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

V3

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

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 tendinţa 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 obţinute 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 bilanţului 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:

%.100Ccs

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 relaţia:

%.100Ccs

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, cm

3 ; 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.

Notaţiile din relaţiile (1) şi (2) corespund celor din fişele de măsurători, respectiv: Ccs este consumul de combustibil măsurat în sarcină, cm

3; Ccg – consumul de

combustibil măsurat la mersul în gol. Tabelul 3 conţine 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 experimentally determined for speeds and agricultural machines study / Mediile aritmetice ale consumurilor de combustibil determinate pe cale experimentală pentru vitezele şi maşinile agricole studiate

FPP-1,30, a=0,2m MSS-1,40, a=0,3m

Ccg, cm3 Ccs, cm

3 Pg-t,% cfe, % Ccg, cm

3 Ccs, cm

3 Pg-t,% cfe,%

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.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 funcţie 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 / Variaţia ponderii consumului de

combustibil la mersul în gol din totalul de combustibil consumat la săpare şi frezare în sere, în funcţie de viteza de lucru

Fig. 14 - Variation of total energy using yield for proper operation in greenhouses, depending on working speed /

Variaţia randamentul de folosire a energiei totale pentru lucrarea propriu-zisă în sere, în funcţie 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 lucrărilor de săpare şi frezare

Studied papers / Lucrări studiate

Specific real consumption at no-load run / Consum specific

real în gol, [J/m2]

Specific real consumption at load run / Consum specific

real în sarcină, [J/m2]

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/m

2 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/m

2, reprezentând 37,6% din

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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/m

2, reprezentând aproximativ 61% din consumul

specific total la lucrarea solului cu freza agricolă. Din acest motiv găsirea celei mai bune soluţii de

deplasare, dar şi proiectarea sau achiziţionarea 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 performanţă 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 spaţii, astfel încât în final să se aleagă varianta optimă pentru o situaţie dată.

Din analiza influenţelor 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, situaţie 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 obţine şi în cazul consumului energetic specific, adică freza este un consumator energetic mai mare decât maşina de săpat pentru condiţii 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 rezistenţei la penetrare şi umidităţii solului şi urmate de verificarea gradului de mărunţire a acestuia. Pentru gradul de mărunţire 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 mărunţire se obţine 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).

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

72

It has been found a reduction of fuel consumption along with speed increasing, respectively from 67.66 cm

3/21 m

2 at I-st speed, to 39.14 cm

3/21 m

2 at II-nd

speed and at 28.84 cm3/21 m

2 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 m

2 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 cm

3 at I-st gear

step, to 17.58 cm3 in the II-nd gear step and 16.46 cm

3 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/m

2 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 cm

3/21 m

2 la viteza I, la 39,14

cm3/21 m

2 la viteza a II-a şi la 28,84 cm

3/21 m

2 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 suprafaţa 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 cm

3 la viteza a II-a şi

16,46 cm3 la viteza a III-a, iar testul F confirmă că viteza

de lucru influenţează 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/m

2 reprezentând

37,62% din consumul specific total al lucrării la lucrarea solului cu maşina de săpat şi de 47240,41 J/m

2

reprezentând aproximativ 61% din consumul specific total la lucrarea solului cu freza agricolă. Din acest motiv găsirea celei mai bune soluţii de deplasare, dar şi proiectarea sau achiziţionarea 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 Universitatăţii 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) - Posibilităţi de reducere a consumului de combustibil pentru culturi agricole, Simpozion Agricultura durabilă. Soluţii 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, Conferinţa Internaţională Cercetări Noi in Alimentaţie 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, Conferinţa Internaţională Cercetări Noi

in Alimentaţie şi Turism, Bioatlas, Vol. 2 pag. 478-484, ISSN 1841-642X, Brasov, Romania, 2008.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

73

CONTRIBUTIONS TO STUDY OF KINEMATICS AND DYNAMICS OF VIBRATING CONVEYORS ENDOWED WITH NON-BALANCED MASS MECHANISM

/ CONTRIBUŢII PRIVIND STUDIUL CINEMATICII ŞI DINAMICII TRANSPORTOARELOR

VIBRATOARE CU MECANISME CU MASE NEECHILIBRATE

Ph.D. Stud. Brăcăcescu 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 - funcţională şi schema de principiu, schema de calcul, ecuaţia de mişcare a transportorului cu placă (jgheab) vibrant cu acţionare centrifugală cu mase excentrice şi puterea necesară pentru acţionarea acestora (la diferite lungimi).

Cuvinte cheie: mase neechilibrate, mişcare oscilatorie, site vibratoare INTRODUCERE

Transportoarele cu cadru (plan) vibrant reprezintă sisteme de transport la care vibraţiile liniare ale suprafeţei 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 vibraţii sunt realizate printr-un sistem cu două mase neechilibrate 1, montate pe arbori care se rotesc sincron, în sensuri contrare prin acţionare 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 suprafaţa de sprijin (jgheab, sită) şi se deplasează pe o traiectorie (parabolă) de aruncare, procesul de transport şi fazele deplasării particulelor de material pe suprafaţa masei vibratoare fiind prezentate în schema din figura 2 [3].

Fig. 2 - Vibration transport by the micro-cast principle / Transportul prin vibraţii după principiu micro-aruncării

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

74


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 - funcţională a unui transportor vibrator cu mase centrifugale neechilibrate. Cadrul vibrant (jgheab, sită) 4 este suspendat liber pe elementele elastice 1 şi primeşte oscilaţii de la vibratorul centrifugal cu mase excentrice 3. Acest vibrator este format din 2 mase excentrice m= m0/2, care dezvoltă fiecare forţele centrifugale F(t)/2. Locul de plasare al sistemului de acţionare electromecanic se alege în aşa fel încât direcţia forţei perturbatoare să treacă prin centrul de masă (c.g) al întregului sistem, eliminând prin aceasta posibilitatea oscilaţiilor 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 protecţie 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 funcţionare postrezonant frecvenţa de rotaţie a celor două mase m0 este cu mult mai mică decât frecvenţa proprie a sistemului oscilant.

Fig. 3 - Constructive-functional scheme of vibrating conveyor with balanced masses /

Schema constructiv funcţională 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, acţionate printr-un sistem centrifugal cu mase rotitoare neechilibrate, este prezentată în figura 4. Masa redusă (echivalentă) m a

sistemului vibrant oscilează în direcţia S sub acţiunea forţei perturbatoare F(t) a mecanismului de acţionare 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

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 forţa externă de rezistenţă F(c, μ) care apare în elementele de legătură elastice cu amortizare. Întrucât această forţă ajunge la

85 90 % din suma forţelor de rezistenţă, în calculele dinamice se introduc coeficienţi de corecţie pentru forţele externe de rezistenţă ale mişcării încărcăturii pe cadrul vibrant.

Masa redusă (echivalentă) m a elementelor sistemului

care efectuează mişcarea oscilatorie se calculează cu relaţia:

(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, forţa externă de rezistenţă F(c, μ) fiind dată de relaţia:

.

),( SccScF (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 obţine ecuaţia diferenţială de mişcare a masei reduse m, care are forma:

),()(..

cFtFSm (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 ecuaţiile (2) şi (3), se obţine ecuaţia 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 (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, forţa perturbatoare centrifugală F(t), care provoacă oscilaţia masei reduse, cu luarea în considerare a mişcării de transport (S) şi a mişcării relative (S0), este dată de relaţia:

)()(..

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 sin0

then the relations for speed 0

.

S and acceleration 0

..

S are:

trS cos0

.

,

trS 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 acceleraţiei centrifuge care

apare ca urmare a rotaţiei fiecărei din cele două mase 0,5 m0 a vibratorului centrifugal.

Deoarece deplasarea relativă a fiecăreia din mase (0,5

m0) în direcţia S (fig. 2)este egală cu ,trS sin0

relaţiile pentru calculul vitezei 0

.

S şi acceleraţiei 0

..

S sunt:

trS cos0

.

,

trS sin20

..

în care: r este excentricitatea maselor neechilibrate; ω –

frecvenţa de rotaţie a maselor neechilibrate. Folosind relaţiile (4) şi (5), se poate obţine ecuaţia de

mişcare a transportorului cu placă (jgheab) vibrant cu acţionare centrifugală cu mase excentrice, care are forma:

trmcSScSmm sin)( 2

0

...

0 (6)

ininS mkmm

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

76

The particular solution for this differential equation for steady oscillations has the form:

Soluţia particulară a acestei ecuaţii diferenţiale pentru oscilaţii stabilizate are forma din relaţia:

)sin( stAS (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 oscilaţiilor forţate ale sistemului; φS – unghiul de defazaj între direcţiile deplasării S

şi S0.

Prin analogie cu rezolvarea ecuaţiei (4), diferenţiind

relaţia (7) şi înlocuind viteza.

S şi acceleraţia ..

S oscilaţiilor

în ecuaţia (6), se obţine o identitate. Prin egalarea cu zero a factorilor de pe lângă funcţiile sin ωt şi cos ωt şi rezolvând un sistem de două ecuaţii cu două necunoscute, se obţin soluţiile:

22

0

22222

0 )(/ mmccrmA (8)

2

0

2 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 when the angle of phase

difference φS = π/2, namely:

Amplitudinea A a oscilaţiilor cadrului vibrant depinde de frecvenţa de rotaţie ω a maselor neechilibrate, având valoarea maximă Amax pentru frecvenţa

,)/( 01 mmcp când unghiul de defazaj φS = π/2,

adică:

)/(0max crmA (10)

Replacing the particular solution in relation (5) we obtain the expression of system disturbance force :

Înlocuind soluţia particulară în relaţia (5) se obţine expresia forţei perturbatoare a sistemului :

)sin()]sin(sin[)( 22

0 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 forţei perturbatoare şi unghiul de defazare ψ dintre forţa şi decalarea maselor neechilibrate din expresia (11) sunt necunoscute. Dacă în ecuaţia (11) se înlocuiesc relaţiile (8) şi (9) şi se rezolvă prin metoda prezentată anterior, se obţin mărimile căutate, adică:

22

0

2222

222222

0)(

)(

mmcc

mccrpmF (12)

))(( 2

0

22222

3

0

mmcmcc

cmarctg (13)

The disturbance forces of driving system with non-balanced masses reaches its maximum value at a rotation

frequency ,)/( 01 mmcp and by increasing

the rotative speed it decreases and minifies for a

frequency of ./ mcp

For an oscillation cycle the disturbance force mechanical work is given by the integral relation:

Forţa perturbatoare a sistemului de antrenare cu mase neechilibrate are valoarea maximă la frecvenţa de

rotaţie ,)/( 01 mmcp iar prin creşterea

turaţiei micşorează şi devine minimă pentru frecvenţa

./ mcp

Pentru un ciclu al oscilaţiilor lucrul mecanic al forţei perturbatoare este dat de integrala din relaţia:

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 rotaţii a maselor

neechilibrate. Substituind în expresia integralei ecuaţia

(11) şi determinând viteza .

S .

S = dS/dt din relaţia (7) se

obţine:

/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 relaţiilor cunoscute (8), (9), (12) şi (13) se obţine expresia pentru calculul lucrului mecanic:

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

77

22

0

222

522

0

)( 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 funcţionării transportorului cu placă vibrantă, echipat cu acţionare cu autoechilibrare, în cazul unui regim stabilizat, se stabileşte cu luarea în considerare a randamentului transmisiei:

100021000

W

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 relaţia 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 forţelor de rezistenţă 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 acţionare, 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 :

41

03 10)36,0/( HLkQgcP tr [kW] (19)

- for conveyors with length L > 10 m: - pentru transportoare cu lungimea L > 10 m:

41

043 10]36,0/)10(10[ HkLkQgcP 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/s

2; 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 – acceleraţia gravitaţională, în m/s

2; k3 şi k4 – coeficienţii consumului

specific de putere (pentru transportul unei mase de o tonă pe o lungime de 1 m), în W/t; H – înălţimea de ridicare a încărcăturii pe transportor, în m; η0 – randamentul mecanismului de acţionare al transportorului.

Lungimea transportoarelor cu mecanismului de acţionare

al maselor neechilibrate nu depăşeşte valoarea L = 4 6 m.

CONCLUZII

Sistemele electromecanice de acţionare centrifugală cu două mase neechilibrate au masele legate între ele printr-un angrenaj cu două roţi dinţate. Când masele excentricelor sunt egale (câte 0,5 m0) forţele transversale se echilibrează reciproc, iar forţele de-a lungul liniei de oscilaţie 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 forţelor transversale dăunătoare la cadrul oscilant.

Sistemele electromecanice de acţionare centrifugală cu două mase neechilibrate sunt simple din punct de vedere constructiv şi se folosesc în gama de turaţii de la 750 până la 2800 1/min.

Sistemele electromecanice de acţionare centrifugală cu mase neechilibrate se folosesc atât în transportul produselor granulare cât şi la separarea impurităţilor din masa acestora.

Având în vedere că noile generaţii 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 vibraţii este pe deplin justificată.

BIBLIOGRAFIE [1]. Krampe H. (1990) – Transport, ambalare şi depozitare. ISBN 3-343-00451-0, VEB Fachbuchverlag, Lepizig;

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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. Păunescu D.

1), Prof. Ph.D. Eng. Brătucu Gh.

2)., Stud. Păunescu 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 funcţionali şi economici ai lucrării agricole de semănat. În acest scop s-a conceput un software în care singura dată de intrare este lăţimea de lucru a maşinii de semănat, iar indicii funcţionali monitorizaţi în timp real sunt: viteza de deplasare a agregatului agricol, suprafaţa însămânţată într-o perioadă precizată de timp, productivitatea realizată, etc. Cercetările experimentale au validat software-ul conceput, diferenţele încadrate în limite acceptabile datorându-se timpilor reduşi ai cercetărilor experimentale. Cuvinte cheie: monitorizare, semănat, GPS, indici funcţionali

INTRODUCERE

În cadrul tehnologiilor pentru înfiinţarea culturilor agricole semănatul ocupă un loc special, prin importanţă şi sensibilitatea lucrării. O lucrare de semănat corespunzătoare presupune respectarea simultană a mai multor condiţii, începând cu selectarea seminţelor, 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 productivităţi a muncii cât mai competitive. În acest sens maşinilor de semănat li s-au adus îmbunătăţiri permanente, astfel încât normele la hectar să fie riguros respectate, adâncimea de încorporare a seminţelor să fie uniformă, rândurile să fie drepte, cu distanţe egale între ele, distanţele dintre plante pe rând să se conformeze exigenţelor 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 cerinţe au fost aduse perfecţionări permanente acestor maşini, cea mai recentă şi interesantă aplicaţie în acest sens referindu-se la monitorizarea la bord în timp real a unora dintre parametrii funcţionali şi economici ai procesului de mecanizare a lucrării de semănat [3]. Dacă la început s-a urmărit doar buna funcţionare a secţiilor de lucru ale maşinilor de semănat, în momentul de faţă cea mai complexă monitorizare se face prin utilizarea sistemelor de comunicaţii 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 distanţă. Echipamentul permite monitorizarea nu numai a performanţelor sistemului tehnic, dar şi controlul felului în care mecanizatorul se achită de sarcinile specifice. MATERIALE ŞI METODA

Pentru monitorizarea principalilor indici funcţionali 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 recepţionează semnalele de la sateliţi printr-o antenă care se fixează magnetic pe cabina tractorului.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 constructivă a modelului experimental Prin GPRS se face schimbul de informaţii, 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 monitorizaţi prin GPRS sunt: timpul, latitudinea, longitudinea, altitudinea, viteza şi distanţa parcursă. Informaţiile 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: distanţa parcursă, suprafaţa 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 distanţa „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.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 acţionarea butonului „Preia date” se citesc informaţiile din baza de date tip .mdb, creată de programul GooLocate. După preluarea datelor se introduce ca variabilă, într-o casetă text, lăţimea de lucru, ţinând cont de caracteristicile tehnice ale maşinii de semănat. Programul permite calcularea şi afişarea pe ecran a distanţei parcurse, vitezei de lucru, a suprafeţei lucrate precum şi a productivităţii muncii realizată cu maşina de semănat (fig. 3).

Fig. 3 – User interface for the GPS monitoring program / Interfaţa 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 funcţionării în zona respectivă, după care s-a trecut la instalarea sa conform prescripţiilor. Astfel, antena s-a montat pe capota motorului (fig. 5) prin aderenţă magnetică, iar restul instalaţiei 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 instalaţia de monitorizare prin GPS de vibraţii excesive s-au utilizat mai multe bucăţi din pânză ca elemente de amortizare. Prin telefon s-a stabilit legătura permanentă cu operatorul PC aflat în Braşov, la distanţa de circa 10 km . S-a identificat terenul pe care urma să se deplaseze agregatul de semănat, s-a măsurat o distanţă 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 distanţei marcate (fig. 8). După ce s-a constatat că se îndeplinesc toate cerinţele impuse unei cercetări experimentale s-a trecut la cronometrarea timpului în care agregatul a parcurs cei 100 m.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

82

Fig. 4 – Methods of experimental research in work conditions / Metodica cercetărilor experimentale în condiţii 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 recepţie 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 receptorului GPS în cabină.

Preparing the SUP-29 sowing machine /

Pregătirea semănătorii SUP-29

Preparing the field for tests: / Pregătirea terenului pentru probe:

Establishing the location of the tests / Stabilirea locului de desfăşurare a probelor;

Measuring the 100 m distance / Măsurarea distanţei 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 / Deplasarea 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 distanţei de 100 m

PREPARING THE EQUIPMENT FOR TESTS / PREGĂTIREA ECHIPAMENTULUI PENTRU PROBE

Moving aggregate speed / Viteza de deplasare a agregatului

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 funcţionali ai sistemului tehnic de semănat. În prealabil în soft-ul respectiv (DorianSoft) a fost introdusă lăţimea 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 obţinute cu instalaţia care utilizează GPS-ul

În tabelul 1 se prezintă rezultatele cercetărilor experimentale din exploatare obţinute în urma cronometrării timpului prin metoda clasică şi valorile spaţiilor şi vitezelor măsurate cu GPS-ul. Nr. ID semnifică poziţia din baza de date (fig. 2) pe care a accesat-o programul de calcul al indicilor funcţionali ai agregatului de semănat. Graficele variaţiei vitezei pentru cele 8 încercări sunt prezentate în figura 10.

Table 1 / Tabelul 1

Results of experimental research / Rezultatele cercetărilor experimentale

Sample / Proba

No. ID / Nr. ID Time / Timp

[s] Traveled distance / Spaţiul

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

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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

Sp

eed

/ V

iteza [

km

/h]

Time /Timp [s]

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 54

Sp

ee

d /

Vit

eza [

km

/h]

Time /Timp [s]

Proba 1 / Sample 1 Proba 2 / Sample 2

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45

Sp

eed

/ V

iteza [

km

/h]

Time /Timp [s]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42

Sp

eed

/ V

iteza

[km

/h]

Time /Timp [s]


0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39

Sp

eed

/ V

iteza [

km

/h]

Time /Timp [s]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39

Sp

eed

/ V

iteza [

km

/h]

Time /Timp [s]


Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

85

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Sp

eed

/ V

ite

za

[k

m/h

]

Time /Timp [s]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36

Sp

eed

/ V

iteza [

km

/h]

Time /Timp [s]


Fig. 10 – Variation of velocity measured by the GPS unit / Variaţia 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.

Oscilaţiile de viteze provin din autocorecţia pe care software-ul utilizat de GPS o realizează periodic. Compararea rezultatelor obţinute prin cercetările experimentale clasice şi prin folosirea GPS-ului

În urma cercetărilor experimentale prin metoda clasică şi prin folosirea GPS-ului s-au obţinut rezultatele precizate în tabelul 2.

Table 2 / Tabelul 2

Comparative results obtained in experimental research / Rezultate comparative obţinute la cercetările experimentale

Sample / Proba

Time / Timp [s] Traveled distance /Spaţiul parcurs [m] Average speed / Viteza medie [km/h]

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 diferenţă de timp măsurată prin cronometrare clasică şi prin instalaţia de monitorizare GPS s-a manifestat la proba nr. 7 (5 s). De asemenea, cea mai

mare diferenţă referitoare la spaţiul parcurs se constată la proba nr. 8 (4,574 m), iar cea mai mare diferenţă de viteză se manifestă la proba nr. 7, respectiv de 1,92 km/h . Aceste diferenţe au ponderi relativ mari datorită distanţei scurte de referinţă (100 m) şi timpului redus în care a fost parcursă această distanţă. 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 spaţiului de deplasare (100 m) şi jalonarea acestuia, instruirea personalului şi desfăşurarea propriu-zisă a cercetărilor.

Se constată că cea mai mare diferenţă de timp măsurată prin cronometrare clasică şi prin instalaţia de monitorizare GPS s-a manifestat la proba nr. 7 (5 s). De asemenea, cea mai mare diferenţă referitoare la spaţiul parcurs se constată la proba nr. 8 (4,574 m), iar cea mai mare diferenţă de viteză se manifestă la proba nr. 7, respectiv de 1,92 km/h. Aceste diferenţe au ponderi relativ mari datorită distanţei scurte de referinţă (100

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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., Vlăduţ 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 distanţă. Cu cât distanţele măsurate vor fi mai mari, cu atât şi

precizia măsurărilor se va îmbunătăţi. De exemplu, la o distanţă măsurată de 1000 m diferenţa între cele două metode a fost de numai 4 m (0,04%).

Folosind GPS-ul la monitorizarea maşinilor de semănat creşte abilitatea lucrului în condiţii de vizibilitate scăzuta, cum ar fi ploaie, praf, ceaţă şi se măreşte productivitatea în condiţii de noapte. BIBLIOGRAFIE

[1]. Brătucu Gh. (1999) - Tehnologie agricolă, Editura Universităţii Transilvania Braşov; [2]. Paraschiv G., ş.a. (2005) - Maşini de lucrat solul, semănat şi întreţinerea culturilor, Editura Printech, ISBN

973-718-374-6, Bucureşti, 130 pag; [3]. Păunescu D., Vlăduţ V. (2004) - Cercetǎri privind determinarea şi monitorizarea parametrilor proceselor de mecanizare a lucrǎrilor agricole, „35 DE ANI DE ÎNVĂŢĂMÂNT SUPERIOR HUNEDOREAN”, Hunedoara – România; [4] Rus Fl. (1987) - Maşini pentru lucrările solului, semănat şi întreţinerea culturilor, Editura Universităţii 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

http://www.mecanicaceahlau.ro/

http://www.mecanicaceahlau.ro/

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

87

TECHNICAL EQUIPMENT FOR INNOVATIVE TECHNOLOGY OF SOIL PREPARATION AND ESTABLISH HOEING CROPS, BASIC PROMOTING SUSTAINABLE AGRICULTURE

/ ECHIPAMENT TEHNIC DESTINAT TEHNOLOGIEI INOVATIVE DE LUCRARE A SOLULUI SI

ÎNFIINŢARE A CULTURILOR DE PRĂSITOARE, BAZĂ A PROMOVĂRII AGRICULTURII DURABILE

Ph.D. Eng. Marin E.

1), Ph.D. Stud. Sorică 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 înfiinţarea culturilor de prăşitoare cu acest echipament. Rezultatele obţinute în urma cercetărilor teoretice, fundamentate matematic, au permis optimizarea constructivă a diferitelor organe de lucru aflate în faţa secţiei de semănat.

Cuvinte cheie: benzi, durabilă, echipament, fertilizat, insecticide, prăşitoare, semănat, tehnologie

INTRODUCERE

Agricultura durabilă presupune utilizarea ştiinţifică, armonioasă, a tuturor componentelor tehnologice specifice: lucrările solului, rotaţia culturilor, fertilizare, irigare, combaterea bolilor şi dăunătorilor inclusiv prin metode biologice, creşterea animalelor, stocarea, prelucrarea şi utilizarea reziduurilor rezultate din activităţile agricole etc., pentru realizarea unor producţii ridicate şi stabile, fără însă a afecta mediul înconjurător. În ţările din Uniunea Europeană există o cerinţă 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 rezilienţă, cât şi procesele suport ale vieţii.

Sistemele conservative se bazează pe afânarea mai puţin intensă a solului, realizată prin diferite metode, fără întoarcerea brazdei şi numai în condiţiile păstrării la suprafaţă solului a unei anumite cantităţi de resturi vegetale, fiind considerate din acest motiv strategii ecologice de protecţie, (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 suprafeţei solului cu resturi vegetale sau culturi protectoare. Astfel, după semănat sau în perioadele când solul nu este cultivat, suprafaţa acoperită a solului cu resturi vegetale rămase de la cultura premergătoare trebuie să fie de cel puţin 30 %, (www.yetterco.com, 2009). În funcţie de gradul de acoperire a suprafeţei 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 operaţii: decopertarea miriştii sau a stratului superficial al solului creând o fâşie lată de 20 centimetri şi adâncă de 2 cm curăţată 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

http://soco.jrc.ec.europa.eu/

http://www.yetterco.com/



Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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: Innovative 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 parţială a solului de către cuţitul daltă; mobilizarea şi afânarea solului în benzi cu lăţime 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 substanţial tasarea solului, consumul energetic, costul cu forţa de muncă etc. MATERIALE ŞI METODĂ

În funcţie de condiţiile 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 înfiinţare a culturilor de prăşitoare corespunzătoare agriculturii durabile, astfel: - VARIANTA 1: Tehnologia inovativă de înfiinţat 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 înfiinţat 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 înfiinţat 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 înfiinţat plante prăşitoare într-o singură trecere (Varianta 2)

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 roţi prevăzute cu mecanism de suspendare în trei puncte de categoria 2 conform SR ISO 730-1+C1, are în componenţă 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 secţii de prelucrat solul pe fâşii înguste 4

Distance between worked rows / Distanţa dintre rândurile lucrate, [mm] 700

Loosened strip width / Lăţimea benzii afânată, [mm] 200

Working width / Lăţimea 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 soluţii care au făcut obiectul unei cereri de brevet de invenţie înregistrată la OSIM cu numărul A1637 / 10.11.2009. Avantajele soluţiilor 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 intervenţiile 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 operaţii: - decopertarea miriştii sau a stratului superficial al solului creând o fâşie lată de 20 centimetri şi adâncă de 2 cm curăţată 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 cuţitului daltă, pentru crearea unui canal umplut cu sol afânat prin ruperea şi antrenarea parţială a solului; - mobilizarea şi afânarea solului în benzi cu lăţime 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

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 roţi de tasare care în funcţie de cultura înfiinţată şi condiţiile 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 importanţă deosebită, datorată de cerinţa stabilirii unui contact optim între sămânţă şi sol în vederea unei germinări şi răsăriri uniforme, (SR 13238-1, 1992).

Schema distribuţiei 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 distribuţiei 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 / cuţit 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 seminţe; 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 curăţată de resturi vegetale.

În acest mod, fără a fi necesară creşterea cantităţii 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 întreţinere. Sub greutatea secţiei 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 cuţitului daltă reversibilă.

În timpul lucrului, cuţitul daltă execută o mişcare de pătrundere şi una de translaţie sau de deplasare ceea ce conduce la crearea unui canal umplut cu sol afânat.

Solul prelucrat de cuţitul daltă este readus în benzile create de către perechea de discuri sferice aflate în spatele acestuia. Menţinerea 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 translaţie sau de deplasare şi o mişcare de rotaţie datorită forţelor de frecare dintre disc şi sol.

Procesul de lucru se desfăşoară în următoarele faze: pătrunderea succesivă în sol a porţiunilor 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 circumferinţă la adâncimea maximă, punctul a la mijlocul crestăturii şi punctul 2 la baza crestăturii).

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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). Ecuaţiile curbelor descrise de un punct oarecare a

de pe crestătură sunt prezentate în relaţiile (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 ecuaţiilor (1) şi (2) se obţin proiecţiile vitezelor absolute ale diferitelor puncte ale solului mărginit de suprafaţa conică a crestăturii (neglijând influenţa forţelor de frecare cu discul şi pereţii 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 distanţa 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 DISCUŢII

Înlocuind în relaţia (5) relaţia (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 funcţie

de adâncimea de lucru şi de condiţiile de exploatare (teren afânat sau tasat, cantitate mare de resturi vegetale etc.). Ecuaţia (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

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 obţine 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 faţa brăzdarului pentru îngrăşăminte chimice solide şi microgranule, brăzdarului dublu disc pentru seminţe şi a roţii de tasare.

Rolul acestor organe de lucru este de a curăţa de resturi vegetale o bandă de sol cu o lăţime suficientă pentru ca buruienile existente sau cu şanse de răsărire înaintea plantelor prăşitoare care se însămânţează 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 seminţele de prăşitoare, asigurând condiţii bune pentru germinare şi creştere. CONCLUZII

Caracterul inovativ al echipamentului tehnic constă în faptul că:

- în funcţie de condiţiile 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 puţin pregătite datorită echipării secţiilor de semănat seminţe cu brăzdare de tipul dublu disc;

- asigurarea securităţii operatorului prin adoptarea unor soluţii moderne încât acesta să respecte cerinţele esenţiale de securitate şi de sănătate.

Cercetările teoretice efectuate au permis optimizarea constructiv-funcţională 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 invenţie 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, Ediţia 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 alţii (2009) - Tehnologie inovativă de lucrarea solului şi înfiinţarea culturilor de plante prăşitoare în sistem durabil, adaptată la condiţiile 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). Condiţii tehnice de calitate, IRS Bucureşti, România; [6] *** http://soco.jrc.ec.europa.eu, (2009);

[7] *** http://www.yetterco.com, (2009).





Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

93

EXPERIMENTAL RESEARCHES CONCERNING DYNAMICS AND ENERGETIC 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 investigaţiile experimentale privind dinamica şi energetica agregatelor tractor monoax maşini de cosit. În prima parte sunt descrise părţile componente ale agregatului luat in studiu, tipul şi modul de amplasare a traductoarelor pe componentele sistemului şi modul de achiziţionare şi stocare a datelor. În partea doua a lucrării sunt prezentate rezultatele obţinute 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 obţine o încărcare relativ redusă a sursei energetice (de până la 40%) recomandându-se corelarea lăţimii de lucru a cositorii şi tipului aparatului de tăiere, a vitezei de lucru cu puterea tractorului monoax. Lăţimea 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 importanţă deosebită pentru efectuarea în timp scurt şi de calitate superioară a operaţiilor din cadrul tehnologiei de pregătire a furajelor, pentru reducerea necesarului de forţă de muncă şi efort fizic. Recoltarea furajelor de pe suprafeţele 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 obţinut 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 punţi, la executarea acelor lucrări pentru care folosirea tractorului cu două punţi devine neeconomică [1], [5], [8]. Ca urmare a celor arătate mai sus trebuie să se dea o atenţie deosebită acestor surse energetice, care în agregat cu diferite utilaje, pot asigura mecanizarea unor lucrări agricole şi gospodăreşti. Pe plan naţional nu se cunosc lucrări de cercetare care sa se ocupe de dinamica şi energetica acestor tipuri de aggregate, iar pe plan internaţional doar lucrarea [7] se referă la construcţia şi calculul cinematic şi dinamic al unui tractor monoax. În această direcţie 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 soluţii privind construcţia, formarea şi utilizarea sistemelor tractor monoax – utilaje agricole.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

94


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 funcţionale ale tractorului monoax IMT 509D sunt: lungimea de 1980 mm, lăţimea de 870 mm, înălţimea 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 cuţit, mecanismul de antrenare al cuţitului de tip planetar, lăţimea de lucru de 1570 mm, masa cositorii de 85 kg. Prin investigarea experimentală s-au determinat o serie de parametri precum: spaţiul parcurs şi viteza reala a agregatului in lucru, momentele de torsiune transmise la roţile tractorului, vitezele unghiulare a roţilor tractorului, forţele verticale şi orizontale la roţile tractorului, momentul de torsiune transmis prin priza de putere cositorii, viteza unghiulară a prizei de putere de acţionare a cositorii. Pentru efectuarea investigaţiilor 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 spaţiului 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 punţi, interfaţă 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 (T ). To measure the parameters mentioned above were coupled the collectors made (to the single-axis tractor wheels for

Determinarea momentelor de torsiune transmise la roţile tractorului s-a făcut folosind traductoare cu mărci tensometrice montate pe butucul roţilor tractorului (TC)), iar pentru determinarea forţelor verticale şi orizontale din roţile tractorului s-au conceput, realizat şi folosit elemente elastice speciale (amplasate între discul şi janta roţilor 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 (T ). În vederea măsurării parametrilor menţionaţi anterior s-au cuplat captoarele realizate (la roţile tractorului monoax pentru

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 forţe verticale şi orizontale, la priza de putere a acestuia, etc.) cu punţile 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 punţi 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 achiziţii. 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 turaţia de la roata suplimentară şi turaţia de la priza de putere. În figura 1 este prezentată şi schema de legare a traductoarelor la punţile tensometrice, la placa de achiziţie (interfaţă) 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

Condiţiile de lucru în care s-au făcut încercările sunt prezentate în tabelul 1. Atât la fâneaţa 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 roţii din stânga şi una viraj stânga prin decuplarea roţii din dreapta. Rezultatele încercărilor de exploatare sunt prezentate în tabelul 2 [4]. Analizând rezultatele obţinute se poate constata că: la viteza I-a, de 0,77...0,81 m/s (2,77...2,92 km/h) se obţin înălţimi de tăiere de 4,14...5,2 cm, valori ce corespund cerinţelor agrotehnice; la viteza a II-a, de 1,42...1,45 m/s (5,1...5,22 km/h) se obţin înălţimi de tăiere de 7,66...8,17 cm, valori relativ mari faţă 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 cerinţele 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 carburanţi 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 condiţii variate au permis determinarea experimentală şi a altor mărimi cum sunt: rezistenţa la rulare a tractorului, Rr; rezistenţa la deplasare în lucru a cositorii, Rc; rezistenţa la frecare dintre patine şi sol (fp · Z1); rezistenţa 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: forţa motoare creşte proporţional cu viteza de lucru deoarece apare o creştere a rezistenţei la deplasarea în lucru a cositorii şi o creştere a rezistenţei 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 forţei motoare, Fm, cu 42...69%, o creştere a rezistenţei la deplasare în lucru a cositorii, cu 55...135% şi o creştere a rezistenţei la rulare, Rr, cu 21...43%, pentru condiţiile diferite de lucru;

creşterea forţei de rezistenţă la deplasarea în lucru a cositorii este normală şi se datorează faptului că aparatul

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 rezistenţe mai mari pentru înclinarea şi lăsarea în brazdă a unui debit mai mare de plante; creşterea rezistenţei la rulare, odată cu creşterea vitezei se datorează creşterii coeficientului de rezistenţă la rulare, ca urmare a deformării mai accentuate a pneurilor tractorului.

Table 1 / Tabelul 1

Conditions during testing single-axis tractor - mower aggregate / Condiţiile din timpul încercărilor agregatului tractor monoax-cositoare

Name / Denumirea

Harvested culture / Cultura recoltată

Sown grassland I-st mow /

Fâneaţă semănată, coasa I-a

Sown grassland II-nd mow / Fâneaţă

semănată, coasa a II-a

Alfalfa / Lucernă

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 / 0

0

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 / Înălţimea medie a lanului

94.2. / 94,2 [cm] 68.3 / 68,3 [cm] 76.4 / 76,4 [cm]

The average height of plants / Înălţimea medie a plantelor

102.4 / 102,4 [cm] 72.4 / 72,4 [cm] 82.4 / 82,4 [cm]

Production of green mass / Producţia de masă verde

15.4 / 15,4 [t/ha] 16.5 / 16,5 [t/ha] 16.2 / 16,2 [t/ha]

Floristic composition/ Compoziţia 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 încercărilor de exploatare

Specification / Specificaţie UM / MU

Value obtained at harvest work / Valoarea obţinută la recoltat

Sown grassland / Fâneaţă semănată Alfalfa / Lucernă

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 / Înălţimea 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 / Lăţimea 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 forţe 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 roţilor agregatului sunt prezentate în tabelul 4. Folosind datele cuprinse în tabelele 3 şi 4 s-au determinat analitic componentele bilanţului de putere a sistemului tractor monoax – cositoare, trecute în tabelul 5 [4].

Table 3 / Tabelul 3

The results of the aggregate balance of traction single axle tractor-mower / Rezultatele privind bilanţul de tracţiune al agregatului tractor monoax-cositoare

Specification / Specificaţie

Cultivated grassland I-st mow

longitudinal slope 7° / Fâneaţă cultivată

coasa I-a, pantă longit. 7°


transverse slope 7° / Fâneaţă cultivată

coasa a II-a, pantă trans. 7°

Alfalfa II-nd mow / Lucernă coasa a II-a

Mowing with I-st speed /

Cosit cu vit. I-a

Mowing with II-nd speed /

Cosit cu vit. a II-a


Cosit cu vit. I-a




Cosit cu vit. I-a



Motive force / Forţa 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 / Rezistenţa 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 / Rezistenţa 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 sin 260.77 / 260.77 / - - - -

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

97

260,77 260,77

Friction resistance of skids with the ground / Rezistenţa 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 / Rezistenţa 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

Momment at PTO / Momentul la priza de putere, Mp [Nm]

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

idle 3.65 / 3,65 3.65 / 3,65 3.65 / 3,65

Normal reaction on tractor wheels / Reacţiunea normală pe roţile 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

Specification / Specificaţie

Grassland I-st mow / Fâneaţă coasa I-a

Cultivated grassland II-nd mow

/ Fâneaţă cultivată coasa a II-a

Alfalfa II-nd mow / Lucernă coasa a II-a

I-st speed / viteza I

II-nd speed / viteza II





PTO shaft speed / Turaţia 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 cuţitului [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

roţilor motoare , [%] 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 tractor-mower / Componentele bilanţului de putere a sistemului tractor monoax-cositoare

Specificaţie


longitudinal slope 7° / Fâneaţă cultivată

coasa I-a pantă longit. 7°


transverse slope 7° / Fâneaţă cultivată

coasa a II-a pantă trans.. 7°

Alfalfa II-nd mow horizontal field

/ Lucernă coasa a II-a teren orizontal







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 forţelor de rezistenţă 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 lăţime 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 rezistenţă la rulare a roţilor 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 obţinute 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 acţionarea 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 forţelor de

rezistenţă 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 rezistenţă la rulare a roţilor

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

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 8

th 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 8

th 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 condiţiile 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 lăţime de lucru mare. Mărimea lăţimii de lucru la aceste tipuri de aparate este însă limitată de condiţiile de lucru şi de necesitatea copierii denivelărilor terenului în plan transversal, asigurându-se înălţimea 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 8

th 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 Conferinţei a 8-a cu participare internaţională 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 cerinţele pentru mecanizarea agriculturii montane, Raportul nr. 8. Täenikon, Elveţia; [6]. Sperchez Fl., Mocanu V., Cilighir S. (1996) - Captor pentru măsurarea forţelor de la roţile unui motocultor în ansamblu cu diferite unelte agricole – Al VII-lea Simpozion Naţional de Tensometrie cu participare internaţională, Suceava; [7]. Şuvalov E., A, şi colab. (1980) - Teoria i rasciat tractora ,,KIROVEŢ,, Maşinostroenie Leningradscoe Otdelenie, Leningrad; [8]. Taus., M., Mocanu V., Popescu S. (1991) – Contribuţii 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.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

99

EXPERIMENTAL RESEARCHES ON THE INFLUENCE OF TYRE PRESSURE AND INTENSITY OF TRAFFIC TRACTOR WHEELS ON PENETRATION RESISTANCE AND

APPARENT DENSITY OF AGRICULTURAL SOILS /

CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND INFLUENŢA PRESIUNII DIN PNEURI ŞI A INTENSITĂŢII TRAFICULUI ROŢILOR TRACTORULUI ASUPRA REZISTENŢEI LA

PENETRARE ŞI DENSITĂŢII 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

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 influenţei presiunii aerului din pneuri şi a intensităţii traficului în teren a roţilor tractoarelor agricole asupra gradului de compactare a solului, caracterizat de doi parametri principali: rezistenţa la penetrare şi densitatea aparentă a solului în funcţie de adâncimea straturilor de sol. Determinările experimentale în teren au fost efectuate pentru diferite valori ale presiunii aerului în pneuri şi diferite intensităţi ale traficului roţilor tractorului (număr de treceri consecutive ale roţilor pe aceeaşi urmă). Cuvinte cheie: densitatea aparentă a solului, pneuri compactare a solului, presiune de umflare a pneului, rezistenţa la penetrare a solului, tractoare agricole

INTRODUCERE

Compactarea solului reprezintă un proces (nefavorabil) de reducere a volumului stratului de sol sub acţiunea condiţiilor de mediu (compactarea naturală) sau a unor factori de influenţă (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 roţile de sprijin (care exercită apăsări mari pe sol), folosirea unor roţi cu pneuri cu presiuni mari, creşterea numărului de treceri ale roţilor maşinilor pe suprafaţa solului (creşterea intensităţii 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 rezistenţei la penetrare şi a densităţii aparente a solului; reducerea permeabilităţii solului şi, implicit, a capacităţii acestuia de reţinere a apei, mărirea rezistenţei 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 fertilităţii şi, implicit, a productivităţii solului.

Starea de compactare a solurilor este caracterizată de diverşi parametri şi indicatori, cei mai importanţi fiind densitatea aparentă, rezistenţa 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 soluţie raţională 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 variaţie a rezistenţei la

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 densităţii aparente a straturilor de sol în funcţie de gradul de compactare. Compactarea s-a realizat de roţile unui tractor echipate cu pneuri cu diferite presiuni ale aerului şi cu diferite intensităţi ale traficării terenului (caracterizate de numărul de treceri ale roţilor 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 influenţei presiunii aerului din pneurile roţilor tractorului şi a intensităţii de traficare a terenului de către roţile tractorului (numărul de treceri ale roţilor pe aceeaşi urmă) asupra gradului de compactare a solului a fost utilizat tractorul pe roţi cu tracţiune integrală (4x4) model U1010 DT, cu puterea de 100 CP (73,5 kW), cu roţile 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 faţă a fost de 16000 N (câte 8000 N pe fiecare roată).

Tractorul a fost echipat cu o instalaţie centralizată pentru reglarea din mers a presiunii aerului din pneuri, realizată prin adaptarea şi folosirea componentelor instalaţiei 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 Naţional de cercetare - dezvoltare pentru Maşini şi instalaţii destinate Agriculturii şi industriei alimentare – INMA BUCUREŞTI.

Determinarea rezistenţei solului la penetrare s-a făcut pentru trei valori ale presiunii aerului în pneurile roţilor din spate: p1 = 0,80 bar, p2 = 1,00 bar şi p3 = 1,25 bar, presiunea

pe roţile din faţă fiind menţinută constantă la valoarea de 1,25 bar. Pentru fiecare din cele 3 valori ale presiunii din pneurile punţii din spate s-a realizat traficarea terenului cu 1, 2, 3, 4 şi 5 treceri consecutive ale roţilor din spate pe aceeaşi urmă.

Rezistenţa la penetrare a solului s-a măsurat pe mijlocul urmelor roţilor, plasate în cinci locuri diferite pe lungimea urmei, utilizând penetrometrul electronic digital cu con FIELDSCOUT SC 900. Forţa de rezistenţă la

penetrarea conului în straturile de sol (exprimată în unităţi de presiune, kPa) s-a măsurat cu un traductor electronic de forţă iar adâncimea (poziţia) de pătrundere a conului în sol se determină cu ajutorul unui senzor de poziţie (de nivel) cu generator de ultrasunete.

Datele privind valorile rezistenţei 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 roţilor, 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 referinţă (martor), deoarece la datele obţinute 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 obţinute prin prelucrarea datelor obţinute prin măsurători ale variaţiei rezistenţei medii la penetrare în funcţie de adâncimea de penetrare a solului pentru diferite valori ale presiunii în pneurile roţilor (0,8 bar, 1,0 bar şi 1,25 bar), după efectuarea a două treceri pe aceeaşi urmă ale roţilor tractorului, comparativ cu solul netraficat (curba 0).

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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) / Variaţia rezistenţei medii la penetrare cu adâncimea din sol pentru diferite presiuni în pneurile roţilor (0,8 bar, 1,0 bar şi 1,25 bar) traficat cu două treceri ale

roţilor 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 variaţie a rezistenţei medii la penetrare în funcţie de adâncimea din sol pentru diferite intensităţi ale traficului roţilor 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 roţilor 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) /

Variaţia rezistenţei medii la penetrare cu adâncimea din sol pentru diferite intensităţi ale traficului roţilor 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 variaţie a rezistenţei la penetrare a solului pe direcţia perpendiculară pe urma pneului roţii (pe direcţie transversală), măsurată în puncte plasate la distanţele de 5 cm, 10 cm şi 15 cm, în stânga şi dreapta în raport cu planul de simetrie al urmei pneului roţii. În figura 3 sunt date curbele de variaţie a rezistenţei medii la penetrare pe direcţia transversală a urmei în funcţie de presiunea din pneuri (1,0 bar şi 1,25 bar) la un trafic cu 5 treceri. În figura 4 sunt date curbele de variaţie a rezistenţei medii la penetrare pe direcţia transversală a urmei pneurilor în funcţie de trafic: după o trecere (curba 1) şi după 5 treceri (curba 5), cu presiunea interioară în pneuri de 1,25 bar.

Determinarea densităţii aparente a solului s-a realizat concomitent cu operaţiile de determinare a rezistenţei 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

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 cm

3.

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 oţel inoxidabil, cu diametrul de 5 cm şi înălţimea de 5 cm. Volumul prelevat de fiecare cilindru a fost de 98 cm

3.

Concomitent cu determinarea densităţii s-au măsurat şi umidităţile 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./ Variaţia rezistenţei medii la penetrare pe direcţia transversală a urmei pneurilor în funcţie de

presiunea din pneuri (1,0 bar şi 1,25 bar) după 5 treceri ale roţilor

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 / Variaţia rezistenţei medii la penetrare în funcţie de distanţa pe direcţia transversală a urmei pneurilor după o trecere (curba 1) şi 5 treceri (curba 5 ) ale roţilor 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) / Variaţia densităţii aparente cu adâncimea, la un trafic de 5 treceri ale roţilor, pentru presiunile în pneuri de 1,0 bar şi 1.4 bar, comparativ cu solul netraficat (curba 0)

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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) / Variaţia densităţii 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/m

3 in traffic-free soil to 1270

kg/m3 in soil compacted with 5 passes of wheels at 1.4

bar tyre inflaţion pressure (an increase of about 8%); - the average apparent density in a soil layer of 10 … 15 cm has increased from 1250 kg/m

3 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/m

3 in traffic-free soil to

Pentru studiul influenţei presiunii aerului în pneuri şi a intensităţii traficului roţilor tractorului asupra densităţii aparente s-au folosit două valori diferite pentru presiunile din pneurile roţilor din spate ale tractorului: p1 = 1,0 bar şi, respectiv, p2 = 1,4 bar, la un trafic de 1, 3 şi 5 treceri a roţilor din spate pe aceeaşi urmă. În timpul testărilor, presiunea pe roţile faţă a fost menţinută constantă la toate probele (1,25 bar). Înainte de traficarea solului s-au determinat valorile densităţii aparente în funcţie de adâncimea stratului pe sol netraficat (sol martor sau de referinţă).

Pe baza prelucrării rezultatelor măsurate s-au construit graficele de variaţie a densităţilor aparente medii în funcţie 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 roţilor tractorului (1 şi 5 treceri) (fig. 6), comparativ cu cele obţinute pe sol netraficat (sol martor). REZULTATE ŞI DISCUŢII

Analizând rezultatelor experimentale a rezultat că rezistenţa la penetrare a solului creşte cu adâncimea stratului de sol şi numărul de treceri, după cum urmează: - valoarea medie a rezistenţei 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 rezistenţei la penetrare sunt de 3200...3400 kPa la adâncimi de 20...35 cm, după care acestea se apropie de valorile rezistenţei la penetrare la solul netraficat; - prin creşterea numărului de treceri ale roţilor se produc creşteri apreciabile ale rezistenţei la penetrare în intervalul 0... 25 cm în raport cu cazul solului netraficat (fig. 2). La adâncimi de peste 30 cm influenţa intensităţii traficului este mai puţin relevantă, valorile fiind similare celor măsurate pe solul netraficat; - valoarea maximă a rezistenţei 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/m

3 pe sol netraficat la 1270 kg/m

3

pe solul compactat cu 5 treceri ale roţilor 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/m

3 pe solul netraficat la 1340 kg/m

3

pe solul compactat prin 5 treceri ale roţilor 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/m

3 pe sol netraficat la 1510

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 roţilor 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: rezistenţa la penetrare şi densitatea aparentă a solului. Valorile acestor parametri sunt variabile pe adâncimea straturilor de sol şi depind de presiunea aerului în pneurile roţilor şi de intensitatea traficului roţilor tractoarelor (numărul de treceri ale roţilor pe aceeaşi urmă).

Valorile medii ale rezistenţei la penetrare şi ale densităţii aparente în adâncimea straturilor de sol cresc monoton, dar nu liniar cu presiunea aerului in pneuri şi cu intensitatea traficului roţilor. 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 protecţie 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 influenţa 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) – Influenţa presiunii în pneuril, a sarcinii pe roţi şi a frecvenţei trecerilor asupra deformării solurilor, Agrartechnik, ISSN

0023-7182, nr.1, pg. 19.- 21; [6]. Soane B.D., van Ouwerk C. (1994) - Compactarea solurilor din producţia agricolă 11, 684 pag., ISBN 10: 0-444-88286-3, ISBN 13: 978-0-444-88286-8, Elsevier, Amsterdam.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 paper 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 small 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-length 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 the Scientifically Review. Decisions will be made as rapidly as possible, and the journal strives to return 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 described has not been published before (excepting as an abstract or as part of a published lecture, or thesis) that it is not under 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, which 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, figures, 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 pt., 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 phone, fax and E-mail information, for the first author of paper's (font: 8 pt., italic). Title should be short, specific and informative. Avoid 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 să descrie cercetări noi şi confirmate, iar procedurile experimentale să fie descrise pentru a putea fi verificate in detaliu, fără a leza dreptul de proprietate intelectuală. Mărimea unei lucrări trebuie să cuprindă minimul necesar pentru a descrie şi interpreta în mod clar conţinutul (ma.8 pagini); 2. Comunicări scurte: o comunicare scurtă este folosită pentru înregistrarea rezultatelor din investigaţii complete de dimensiuni reduse sau pentru a oferi detalii despre modele noi de ipoteze, metode inovative, tehnici sau infrastructuri. Tipul secţiunilor (capitolelor) principale nu trebuie să fie neapărat în concordanţă cu articolele normale (max. 6 pagini); 3. Sintezele: Prezentarea unor comentarii şi perspective acoperind subiecte de interes actual sunt binevenite şi încurajate (maxim 8 pagini).

Procesul de evaluare (recenzie) Toate manuscrisele sunt evaluate de către 2

membri ai Comitetului Ştiinţific. Deciziile vor fi luate cât mai rapid posibil şi revista va returna comentariile evaluărilor înapoi la autori în aproximativ 3 săptămâni. Conducerea editorială va reevalua manuscrisele care sunt acceptate în vederea publicării în revistă.

Notă: Sunt acceptate numai lucrările care nu au mai fost publicate anterior. În cazul în care autorii trimit spre publicare lucrări ce conţin date, informaţii, capitole, etc., din alte lucrări publicate anterior şi nu se fac referiri la acestea în text, răspunderea aparţine acestora.

1. ARTICOLE OBIŞNUITE Toate capitolele manuscrisului trebuie să fie scrise

single-spaced, A4, sus şi jos: 2 cm; stânga: 2.3 cm; dreapta: 1.7 cm, font: Arial, mărime 9 pt, cu excepţia titlului care se scrie cu 11 pt. şi figurile explicite, care se scriu cu 8 pt.

Textul lucrării va fi scris în două coloane egale de 8.3 cm, 0.4 cm spaţiul dintre ele, exceptând titlul, autorii şi afilierea acestora; tabelele, figurile şi ecuaţiile care nu se scriu pe coloane ci pe toată pagina (vezi modelul ataşat);

Textul se va scrie în limba engleză în coloana din stânga, respectiv în limba maternă - coloana din dreapta.

Titlurile capitolelor sunt scrise cu majuscule (ex: INTRODUCERE, MATERIAL ŞI METODE), între capitole se lasă un spaţiu de 9 pt. La începutul fiecărui paragraf se lasă un "tab" de 0.5 cm;

Lucrarea va fi scrisă în Word, aliniere “Justify”. Lucrarea trebuie trimisă prin e-mail. Sunt permise max. 2 lucrări ca prim autor.

Titlul trebuie să fie o frază scurtă care să descrie conţinutul lucrării. Acesta va fi scris cu majuscule, centrat, mărime: 11 pt., bolduit, (titlul in engleză) şi bolduit italic (titlul în limba maternă). Sub titlul lucrării după un spaţiu de 9 pt., se scriu numele autorilor (ex: Vasilescu G.) (9 pt., bold), imediat sub numele autorilor se scrie: afilierea autorilor (9 pt., normal) iar pe următorul rând: telefonul, faxul, e-mailul corespunzător celui care a trimis lucrarea - primului autor (8 pt., italic). Titlul trebuie să fie scurt, specific şi informativ. Evitaţi titlurile lungi, un titlu de sub 100 caractere este recomandat (fără spaţii).

Rezumatul trebuie să fie informativ şi uşor de înţeles;

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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 title - 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 used 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 subject, 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 procedures 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 past tense when describing findings in the authors' experiments. Results should be explained, but largely without referring to the literature. Discussion, speculation and detailed interpretation of data should not be included in the Results but should be put into the 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 few 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 be described in the legend instead of in the text. The same data should not be presented in both table and

prezentaţi pe scurt topica, stadiul experimentelor, date semnificative, şi evidenţiaţi descoperirile majore şi concluziile. Rezumatul trebuie să cuprindă între 100 şi 300 cuvinte. Propoziţiile complete, verbele active, şi persoana a III-a trebuiesc folosite (rezumatul să fie scris la timpul trecut). Se va utiliza nomenclatura standard iar abrevierile trebuiesc evitate. Nu se vor utiliza citări de lucrări 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 referinţe de indexare (font: 9 pt., bold italic – titlul şi 9 pt., italic - textul).

Trebuie adăugată o listă 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 introdusă în paranteză pentru prima dată când este folosită în text. Doar unităţi din SI trebuiesc folosite. Autorii trebuie să folosească prezentarea Solidus (mg/ml). Abrevierile standard (ca ATP sau ADN) nu trebuiesc definite. INTRODUCEREA trebuie să ofere o expunere clară a problemei, esenţa relevantă a subiectului şi abordarea propusă sau soluţia. Aceasta trebuie să poată fi înţeleasă de către colegi din diferite domenii ştiinţifice.

MATERIALE ŞI METODE: trebuie să fie suficient de complete pentru a permite experimentelor să fie reproduse. Totuşi, numai metodele cu adevărat noi trebuie descrise în detaliu; metodele publicate anterior trebuie citate; modificările importante ale metodelor publicate trebuie menţionate pe scurt. Scrieţi cu majuscule denumirile comerciale şi includeţi numele şi adresa producătorilor. 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 constatările în experimentele autorilor. Rezultatele trebuie să fie explicite, dar în mare măsură, fără a se face referire la literatura de specialitate. Discuţiile, speculaţiile şi interpretarea detaliată a datelor nu trebuie să fie incluse în rezultate, ci trebuie incluse în capitolul Concluzii. Subcapitolele trebuie utilizate. CONCLUZIILE trebuie să interpreteze constatările în ceea ce priveşte rezultatele obţinute în această lucrare şi în studiile anterioare pe această temă. Concluziile generale vor fi prezentate în câteva fraze la sfârşitul lucrării. Rezultatele şi discuţiile pot include subpoziţii, şi atunci când este cazul, ambele secţiuni pot fi combinate. Mulţumirile către oameni, cei care au acordat burse, fonduri, etc., trebuie să fie scurte (dacă este necesar).

Tabelele trebuie menţinute la un nivel minim şi să fie proiectate pentru a fi cât mai simple posibil. Tabelele vor fi scrise la un rând, inclusiv titlurile şi notele de subsol. Fiecare tabel trebuie scris pe întreaga lăţime a paginii, între textul în care se face trimitere; coloanele sunt eliminate - o singură coloană (vezi ataşat modelul). Tabelele trebuie să fie auto-explicative, fără referire la text. Detaliile cu privire la metodele utilizate în experimente trebuie să fie, de preferinţă, descrise în legendă şi nu în text. Aceleaşi date nu trebuie

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

107

graph form or repeated in the text. Table’s title will be centered bold (in English) and bold italic native language then separated by a slash. In the table, each 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 include 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 inserted on the entire width of the page, into the text where reference is made, single columns (see attached sample). Leave a space between the figure and the text of figure, size: 3 pt., figure number is written in Arial bold, size: 8 pt., followed by what represent the figure or graph, written with Arial, regular, 8 pt. Left to 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 where 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 order 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 articles submitted for publication, unpublished observations, personal communications, etc. should not be included 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 the 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 raw 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 formă grafică (decât dacă este absolut necesar) sau repetate în text. Titlul tabelului va fi scris centrat, bold (în engleză) şi bold italic (în limba maternă), separate de un slash (/). În tabel, fiecare rând va fi scris în limba engleză (9 pt., normal) / limba maternă (9 pt., italic). Tabelul şi numărul acestuia se scrie aliniat la dreapta, bold - în limba engleză şi bold italic în limba maternă, despărţite de un slash (/).

Figurile trebuie scrise în ordine numerică. Grafica trebuie realizată utilizând aplicaţii capabile să genereze JPEG de înaltă rezoluţie, înainte de a introduce în dosarul manuscris Microsoft Word (Insert - From File - ... JPEG). Folosiţi cifre arabe, pentru a desemna cifre şi litere majuscule pentru părţile lor (Figura 1). Începeţi fiecare legendă cu un titlu care să includă o descriere suficientă, astfel încât figura să poată fi înţeleasă, fără citirea textului din manuscris. Informaţiile furnizate în legende, nu trebuie repetate în text. Fiecare figură trebuie introdusă pe întreaga lăţime a paginii, în text, acolo unde se face referire, o singură coloană (vezi ataşat eşantion), centrat. Lăsaţi un spaţiu între figură şi textul figurii, mărimea: 3 pt.; numărul figurii va fi scris cu bold, 8 pct., centrat, urmat de ceea ce reprezintă figura sau graficul, scris cu 8 pt., normal. Prima dată se scrie textul în limba engleză (normal), urmat de un slash (/) apoi textul în limba maternă (italic). Exemplu:

Fig. 1 - Test stand / Stand de testare (mărimea: 8 pt.) Figurile introduse trebuie să fie "In line with text" - Center, nu "Square"; "Tight"; "Behind text" or "In front of text" (din "Format picture" - butonul dreapta mouse pe figură şi apoi "Layout").

Formulele matematice, ecuaţiile: autorii trebuie să furnizeze instrucţiuni privind modul de simbolizare şi de ecuaţii stabilite şi utilizate. Ecuaţiile trebuie numerotate secvenţial, în partea dreaptă şi în paranteze. Ele trebuie menţionate în text ca ecuaţia (4) sau Ex. (4). Fiecare ecuaţie trebuie scrisă pe întreaga lăţime a paginii, în text, acolo unde se face referire, o singură coloană (vezi ataşat model).

REFERINŢELE: se fac în text; o referinţă identificată prin intermediul [1], [2], ...[n], se scrie în ordinea în care a fost trecută la sfârşitul lucrării - ordine alfabetică. Exemplu: [1], [2], [3], ..., [n]

Referinţele trebuie prezentate la sfârşitul lucrării în ordine alfabetică. Articole în curs de pregătire sau articole trimise spre publicare, observaţiile nepublicate, comunicările cu caracter personal, etc, nu trebuie incluse în lista de referinţă, dar pot fi menţionate în textul lucrării (exemplu, A. Danciu, Universitatea din Bucureşti, România, comunicare personală). Autorii sunt pe deplin responsabil pentru exactitatea referinţelor. Exemple:

Jurnal / Revistă [1]. Nicolescu M.A. (2007) - Proprietăţile relevante ale combustibililor lichizi alternativi vizaţi pentru exploatarea motoarelor diesel în regim policarburat, INMATEH - Inginerie Agricolă, vol. 27, nr. 1 / 2009, ISSN 1583-1019, pg. 50-55; [2]. Pirna I, Nicolescu M., Marin M., Voicea I (2009) - Alimentarea alternativă a tractoarelor agricole cu uleiuri vegetale crude, INMATEH - Inginerie Agricolă,

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

108

[1]. Bungescu S, Stahli W, Biriş S, Vlăduţ 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 - Croaţia, ISSN 1333-2651, pg.

177 184.

Book: [1]. Vlăduţ V (2009) - Studiul procesului de treier în aparatul cu flux axial, Editura "Terra Nostra", ISBN 973-1888-26-8, Iasi - Romania.

Book Chapter: [1]. Vlăduţ V (2009) - Consideraţii şi ipoteze privind modelarea unui proces de treier şi separare. In: Studiul procesului de treier în aparatul cu flux axial, 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 maşini agricole pentru pregătirea terenului în vederea însămânţării. PhD dissertation, University of Transylvania Braşov, Braşov, 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 is found in full-length papers. The items of manuscript 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, experimental 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 and accepted for publication. Reviews should be concise (max. 8 pages). All the other conditions are similar with regular articles.

vol. 29, nr. 3 / 2009, ISSN 1583-1019, pg. 89-92.

Conferinţă / Simpozion [1]. Bungescu S, Stahli W, Biriş S, Vlăduţ 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 - Croaţia, ISSN 1333-2651, pag.

177 184.

Carte [1]. Vlăduţ 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]. Vlăduţ V (2009) - Consideraţii 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, Iaşi - România.

Disertaţii / Teze de doctorat [1]. Constantinescu A (2010) - Optimizarea agregatelor formate din tractoare de putere mare cu maşini agricole pentru pregătirea terenului în vederea însămânţării. Teză de doctorat, Universitatea Transilvania Braşov, Braşov, România.

Unităţi, Abrevieri, Acronime unităţile metrice trebuie să fie, în general, SI,

şi exprimate în formă prescurtată standard; acronimele pot fi acceptate, dar trebuie să fie

definite la prima utilizare.

2. COMUNICĂRILE SCURTE Comunicările scurte sunt limitate la maxim 2 figuri şi un tabel. Acestea trebuie să prezinte un studiu complet, care este mai limitat decât în cazul articolelor normale (de dimensiuni mai mari). Elementele de pregătire a articolelor normale (manuscriselor) enumerate mai sus se aplică şi la comunicările scurte, cu următoarele diferenţe: (1) Rezumatul este limitat la 100 cuvinte; (2) capitolele Materiale şi Metode, Procedurile experimentale pot fi scrise împreună, încorporând figurile şi tabelele; (3) Rezultatele şi Concluziile pot fi combinate într-o singură secţiune.

SINTEZELE Sintezele, comentariile şi perspectivele acoperind subiecte de interes din domeniu sunt încurajate şi acceptate spre publicare. Sintezele trebuie să fie concise şi nu mai mari 8 pagini. Toate celelalte condiţii sunt similare cu cele de la articolele normale (obişnuite), enumerate mai sus.

Vol. 31, No. 2 / 2010 INMATEH -

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

INSTITUTUL NAŢIONAL DE CERCETARE-DEZVOLTARE II_2010/INMATEH II - 2010_rev.pdf · vol. 31, no. 2 /...

Documents

Transcript of INSTITUTUL NAŢIONAL DE CERCETARE-DEZVOLTARE II_2010/INMATEH II - 2010_rev.pdf · vol. 31, no. 2 /...