NOTA TÉCNICA: RELAÇÃO DE EQUILÍBRIO ENTRE TRATORES E SEMEADORAS ADUBADORAS DE BAIXA POTÊNCIA: DETERMINAÇÃO DA ESTABILIDADE LONGITUDINAL EM FUNÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DIMENSIONAIS E PONDERAIS Edson Lambrecht1, Mauro Fernando Ferreira2, Fabrício Ardais Medeiros3, Ângelo Vieira dos Reis4 RESUMO A seleção de semeadoras adubadoras montadas envolve o conhecimento de diversas especificações técnicas, entre estas o peso máximo da máquina, de forma que proporcione estabilidade e direção do trator. O presente trabalho teve o objetivo de analisar a estabilidade longitudinal de tratores com potência de até 42,0 kW no motor utilizando semeadoras adubadoras montadas no sistema de engate de três pontos. Para os tratores foram coletadas informações técnicas de catálogos e diretamente em revendas a potência do motor, peso total, distância entre eixos e distância do eixo traseiro ao olhal do braço inferior do engate. Nas semeadoras adubadoras até 3 linhas, determinou-se o seu peso vazio e o peso total de sementes e de adubo. Os resultados apresentaram 11 marcas e 32 modelos de tratores e 11 marcas e 32 modelos de semeadoras adubadoras. Chegou-se a um total de 1.024 combinações possíveis entre tratores e semeadoras adubadoras, tendo observado que destas 1.024 combinações, 352 delas permaneceriam estáveis, assim 672 ficaram não estáveis, podendo comprometer a estabilidade longitudinal e a dirigibilidade do trator. Concluiu-se que as principais variáveis que contribuíram para estes resultados foram o baixo peso total, distância entre eixos e o tipo do trator (4x2 ou TDA), assim como suas particularidades na distribuição de peso entre os eixos. Palavras-Chave: adequação trator implemento, mecanização, semeadura, sistema hidráulico ABSTRACT BALANCE RATIO BETWEEN TRACTORS AND LOW POWER PLANTERS: LONGITUDINAL STABILITY DETERMINATION IN FUNCTION OF DIMENSIONAL AND PONDERAL CHARACTERISTICS Selection of mounted planters involves knowledge of several technical specifications, including maximum weight of the machine, in order to provide tractor stability and steering. This paper aims to analyze longitudinal stability of tractors with engine power up to 42.0kW, using three point hitch-mounted planters. Technical information of the tractors was collected from catalogs and directly from authorized dealers, including: rated engine power, total weight, distance between axles and distance between the rear axle and lower hitch point. For the planters with up to 3 rows the empty weight and weight of seed and fertilizer were determined. Results presented tractors of 11 brands and 32 models along with 11 brands and 32 models of planters. It was possible to obtain 1,024 combinations between tractors and planters, 352 of which would remain stable. The other 672 combinations would be not stable, potentially compromising longitudinal stability and handling of the tractors. In conclusion, the main variables that contributed to these results were low total weight, distance between axles and type of tractor (4x2 or front wheel assist), as well as its particularities for weight distribution between axles. Keywords: tractor-implement adjustment, mechanization, planter, hydraulic system

Recebido para publicação em 29/07/2014. Aprovado em 29/06/2015. 1 - Engenheiro Agrícola, Mestrando do PPGSPAF da UFPEL/Pelotas-RS, [email protected]. 2 - Engenheiro Agrícola, Professor Adjunto da UFPEL/Pelotas-RS, [email protected]. 3 - Engenheiro Agrícola, Professor Adjunto da UFPEL/Pelotas-RS, [email protected]. 4 - Engenheiro Agrícola, Professor Associado III da UFPEL/Pelotas-RS, Pesquisador do CNPq [email protected].

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INTRODUÇÃO O trator agrícola é uma unidade polivalente, para realizar diversos trabalhos e em várias condições (MÁRQUEZ, 1990). Em determinados modelos, todavia, há certa orientação de projeto para adaptar-se ao tipo de trabalho que executará, encontrando-se no mercado padrões específicos: estreitos, baixos, pesados, médios, leves, entre outros. Dentro dos grupos aparecem diferenças significativas em relação à distância entre eixos, o peso sem e com lastro, dentre outras características que o fabricante oferece como opção. Em qualquer caso, para se conseguir uma boa eficiência é imprescindível adequar corretamente o trator a máquina ou implemento, proporcionando o contato roda-solo para tração e dirigibilidade. Com o incentivo do governo federal através do Programa Mais Alimentos, os agricultores familiares passaram a ter a possibilidade de acesso a um trator novo ou a troca do seu usado. Assim, aparece a dúvida da marca e modelo mais conveniente, pois a decisão envolve diversos aspectos técnicos e econômicos. Entre os técnicos deve ser considerado o acoplamento do trator através do levantamento do sistema hidráulico com engate de três pontos de acoplamento, que oferece a potência para erguer e dar estabilidade longitudinal a máquina e/ou implemento, sendo classificada em categorias I, II, III e IV, conforme a potência no motor. Avaliando a capacidade de levantamento do sistema hidráulico dos tratores agrícolas com tração dianteira auxiliar (TDA) de nove marcas e 145 modelos, Prade et al. (2011), afirmaram que existe variação significativa na mesma classe de potência. Para tratores até 37,0 kW no motor (15 modelos estudados) as capacidades do sistema hidráulico mínimas, médias e máximas foram de, respectivamente, 5,86 kN, 10,52 kN e 20,59 kN. Para Mialhe (1996), a distribuição de massa é a forma como a força peso é distribuída sobre o apoio em nível que sustenta de forma estável as máquinas. As forças envolvidas na avaliação da distribuição de massa de um conjunto tratorizado, utilizando uma máquina montada, são o peso do trator e da máquina e as reações nos apoios sob o eixo frontal e traseiro.

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Considera-se necessário, segundo Linares (2006), para um adequado direcionamento de tratores de tração 4x2, um peso de 15 a 20%, sobre o eixo dianteiro, assim a carga sobre o eixo traseiro será os 80 a 85% restantes denominado de peso aderente, transmitindo a força de tração das rodas ao solo que as suporta. Na utilização de tratores 4x2 com TDA, todo o peso será peso aderente. Diversas semeadoras adubadoras estão sendo disponibilizadas no mercado nacional, mas poucas com até 3 linhas de semeadura e adubação. Segundo Silva et al. (2003), que pesquisaram 278 modelos, somente 48 (17,3%) são construídas de 3 a 6 linhas, o que permite deduzir que máquinas para tratores de baixa potência praticamente não são contempladas pelos fabricantes. Em relação ao peso da máquina, encontrou 70 modelos (25,4%) entre 4,36 kN e 23,9 kN. A utilização do trator e semeadora através do sistema de acoplamento de três pontos pode causar instabilidade do conjunto se for colocado um peso inadequado no engate, com uma das consequências possíveis o empinamento das rodas dianteiras do trator perdendo dirigibilidade e consequências mais sérias como o capotamento longitudinal. Uma das causas de inúmeros acidentes fatais a operadores de tratores é o problema do capotamento que pode ocorrer de duas maneiras, de acordo com Reis e Machado (2009); lateral, quando tomba para os lados (82%) e o longitudinal (18%) quando tomba para trás em torno do seu eixo traseiro. Embora o longitudinal seja menos frequente utilizando semeadoras adubadoras, poucos estudos estão sendo desenvolvidos no sentido de minimizá-lo. Outras consequências do estudo da estabilidade longitudinal é a perda da dirigibilidade que pode comprometer a eficiência da operação de semeadura, reduzindo o ritmo operacional da atividade, além do excesso de massa transportada pelo trator, aumentando a força de tração e o consumo de combustível. Esse trabalho teve o objetivo de analisar a estabilidade longitudinal de tratores com potência de até 42,0 kW no motor utilizando semeadoras adubadoras montadas com no máximo 3 linhas, mais indicadas para pequenos agricultores.

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MATERIAL E MÉTODOS A coleta de dados baseou-se nas especificações técnicas fornecidas nas páginas eletrônicas dos fabricantes de tratores e semeadoras adubadoras do mercado brasileiro, limitando-se a tratores de até 42,0 kW de potência no motor e semeadoras adubadoras com acoplamento aos três pontos do sistema de levante hidráulico, com até 3 linhas de semeadura e adubação. Coletaram-se as variáveis para o trator: marca (AGRALE, FOTON, JOHN DEERE, LANDINI, MAHINDRA, MASSEY FERGUSON, NEW HOLLAND, TRAMONTINI, URSUS, VALTRA E YANMAR), modelo, potência no motor, capacidade de levante nos olhais dos braços inferiores do sistema de engate, massa total sem lastro, massa total com lastro, distância entre eixos, categoria e distância do eixo traseiro ao olhal do engate do sistema de levante hidráulico e para a semeadora adubadora: marca (AGRITECH, BALDAN, FITARELLI, IMASA, JUMIL, MASSEY FERGUSON, MAX, SEMEATO, TATU-MARCHESAN, VALTRA E VENCE TUDO), modelo, número de linhas, potência mínima requerida no motor do trator, massa total com os depósitos de sementes e fertilizantes vazios, massa do depósito completo com sementes, massa do depósito completo com fertilizante e categoria do sistema de acoplamento da semeadora ao sistema de levante hidráulico de 3 pontos do trator. Estes dados foram tabulados em uma planilha eletrônica para posteriores cálculos, onde foram obtidos para os tratores: peso dinâmico do eixo dianteiro e o peso admissível no engate de três pontos (Pe). O peso dinâmico do eixo dianteiro foi obtido conforme Machado et al. (2005) para tratores 4x2 (85% / 15% - Traseiro / dianteiro) e para 4x2 com TDA (60% / 40% - Traseiro / dianteiro). O peso admissível no engate de três pontos (Pe) foi calculado através do método proposto por Mialhe (1996) e Varella (2006) para verificar se um trator é capaz de transportar a máquina sem o risco de levantamento do eixo dianteiro, fazendo com que as reações das rodas com o solo fiquem nulas, interferindo assim na sua dirigibilidade e segurança (Figura 1).

Figura 1. Forças atuantes em um trator submetido à carga no sistema hidráulico. em que, P = peso do trator; P1 = peso do eixo dianteiro; P2 = peso do eixo traseiro; Pe = peso no engate de 3 pontos; R1 = reação no eixo dianteiro; R2 = reação no eixo traseiro; a = distância entre eixos do trator; b = distância do centro de gravidade (CG) ao eixo dianteiro; c = distância do CG ao eixo traseiro; e d = distância do eixo traseiro ao engate de 3 pontos. O cálculo da transferência de peso foi realizado a partir da distribuição estática sem carga no sistema hidráulico (Figura 2):

Figura 2. Distribuição estática sem carga no sistema hidráulico.

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A reação do eixo dianteiro sem carga foi obtido conforme a Equação 1:

M

0

 R 1a  Pc  0  

(1)



Resolvendo a Equação (1), obteve-se a Equação (2):

R1 

Pc   a

(2)



Adicionando-se o peso no engate de três pontos obtêm a distribuição estática com carga conforme apresentado na Figura 3:

Tp 

Pe d   a

(5)



em que, Tp = transferência de peso pelo engate de 3 pontos (kN); Pe = peso no engate de 3 pontos (kN); d = distância do eixo traseiro ao engate de 3 pontos (mm); e a = distância entre eixos do trator (mm). Por medida de segurança, não é recomendado que o valor da transferência de peso seja maior que 80% do peso do eixo dianteiro (Equação 6).

Tp max  0,8P1  



(6)

em que, Tpmax = transferência de peso pelo engate de 3 pontos (kN); e P1 = peso do eixo dianteiro do trator (kN). Substituindo a Equação 6 na Equação 5:

Pe d ≤ 0,8P1 a

(7)

E isolando-se o Peso no engate temos:

0,8P1a d

Figura 3. Distribuição estática com carga no sistema hidráulico de três pontos.

Pe ≤

O Cálculo da reação no eixo dianteiro com carga foi obtido pela Equação 3:

Segundo consta na norma ABNT NBR ISO 7892:2014, a distância do olhal dos braços inferiores ao centro de gravidade do implemento é de 610 mm, assim a equação do peso admissível no engate fica de acordo com a Equação 9:

M

0

 R 1a  Pc  Pe d  0  



(3)

Resolvendo a Equação 3:

R1 

Pc Pe d    a a



Pe ≤ (4)

A transferência de peso (Tp) do eixo dianteiro para o eixo traseiro devido a carga transportada no engate de 3 pontos é estimada conforme a Equação 5.

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0,8P1a d + d1

(9)

Após o cálculo do peso admissível no engate de três pontos (Pe), comparou-se com o peso máximo das semeadoras abastecidas com sementes e fertilizantes e verificou-se a estabilidade do conjunto na condição da máquina erguida pelo sistema hidráulico. Se o peso admissível foi maior

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que o peso máximo da semeadora, o conjunto foi considerado estável. Procedeu-se a avaliação através da combinação de todos os tratores e semeadoras encontradas no grupo estudado. Para se verificar a dispersão dos dados encontrados utilizou-se da estatística descritiva, média, desvio padrão e coeficiente de variação (CV), onde se considerou que CV maiores do que

50% apresentam alta dispersão dos valores em relação a média (GUEDES et al., 2015). RESULTADOS E DISCUSSÃO Foram encontrados 32 tratores (Quadro 1) e 32 semeadoras adubadoras (Quadro 2) para o universo avaliado.

Quadro 1. Dados da marca, modelo, potência no motor e peso máximo admissível no engate de três pontos dos tratores avaliados. No

Marca

Modelo

Potência no motor (kW)

1 Agrale 4100 2 Agrale 4100.4 3 Agrale 4118.4 4 Agrale 4230 5 Agrale 4230.4 6 Agrale 4230.4 HSE FBO 7 Foton TE 254 L120 8 Foton TE 254 L145 9 John Deere 5303 (4x4) 10 John Deere 5303 (4x4) 11 Landini Mistral 40 TDA 12 Landini Mistral 45 TDA 13 Landini Mistral 50 TDA 14 Landini Mistral 55 TDA 15 Mahindra 4530 4WD 16 Massey Ferguson MF 250 XF TDA 17 Massey Ferguson MF 250 XE TDA 18 Massey Ferguson MF 255 Advanced 4x2 19 New Holland TT3840 4X4 20 Tramontini 1532-4 21 Tramontini T3230-4 22 Tramontini 1640 Super Compacto 23 Tramontini 1550-4 24 Tramontini T5045-4 25 Ursus 2.50M 26 Valtra 585 Compacto 27 Valtra A550 28 Yanmar 1030 H 4x2 29 Yanmar 1030 H 4x4 30 Yanmar 1145-4 / 4 x 4 31 Yanmar 1050 DT tração 4 x 4 32 Yanmar 1155-4 Média = 6,770 kN; Desvio padrão = 3,240 kN; CV = 47,86%.

10,8 10,8 12,9 22.0 22.0 22.0 18,6 18,6 35.0 42.0 25,2 29.0 33,2 39,9 30,9 36,7 36,7 36,7 41.0 23,5 23,5 29,4 36,7 36,7 34,6 36,7 36,7 19,8 19,8 28,7 36,7 40,5

Peso máximo admissível no engate – Pe (kN) 1,354 3,611 3,539 2,382 6,094 6,595 4,377 4,745 13,012 11,605 5,905 5,947 5,604 5,796 12,493 10,789 11,031 12,359 8,685 6,140 6,405 6,488 7,706 7,955 2,854 9,454 10,925 1,801 5,108 5,433 4,367 6,100

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De acordo com os dados obtidos do Quadro 1, existem variações na capacidade de levantamento do sistema hidráulico, concordando com Prade et al. (2011), sendo que nos modelos estudados foi obtido, respectivamente, as capacidades mínimas, médias e máximas de 1,354 kN, 6,770 kN e 13,012 kN. Observa-se que o coeficiente de variação foi alto, indicando uma grande dispersão que indica heterogeneidade no peso máximo admissível

suportado pelo sistema de engate nos tratores estudados, valores estes inferiores aos encontrados por Prade et al. (2011). Observou-se que no mercado de tratores ocorre o aumento da capacidade de levantamento com a potência do motor, mas tratores de mesma potência podem ter capacidades diferentes no sistema hidráulico, o que pode causar transtornos na escolha do modelo a ser utilizado pelo agricultor.

Quadro 2. Dados da marca, modelo e peso máximo das semeadoras adubadoras avaliadas. No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Marca Agritech Agritech Agritech Baldan Baldan Baldan Baldan Baldan Baldan Baldan Fitarelli Imasa Imasa Imasa Imasa Jumil Jumil Jumil Jumil Massey Ferguson Massey Ferguson MAX Seed Line

Modelo PDU/A/A1/150 PD55 - 1,5 PD55 - 2,2 NSH - 2000 PAH 02 PAH 03 PLB Directa 02 PLB Directa 03 PLB Directa Air 2 PLB Directa Air 3 Pd 3L PHS 63(forrageiras) PHX 300 PHX 500 PHX mais 300 JM2090PD MG C 1 JM J2 S JM2040 JM2540 PD Plus MG 3 MF 104 MF 104 Especial MAX Seed Line 3703

23 MAX Seed Line Seed-Max PC 2123 24 Semeato PH 3 25 TATU Marchesan STP² 1800 26 TATU Marchesan T²SI 1800 27 TATU Marchesan PHP 28 Valtra BP 302 29 Valtra BP 302 Especial 30 Vence Tudo PA 2000 31 Vence Tudo PA 3000 32 Vence Tudo PA 5000 Média = 8,119 kN; Desvio padrão = 2,511 kN; CV = 30,93%.

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Peso máximo da semeadora (kN) 1,787 3,182 4,675 8,961 5,438 7,848 5,840 8,250 6,369 8,377 6,865 7,973 6,061 8,875 9,307 7,669 6,786 6,786 11,216 9,758 12,454 7,051 8,475 10,542 7,791 7,164 10,63 9,758 12,454 9,316 9,463 12,700

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Com os dados obtidos no Quadro 2, foi encontrado, nos 32 modelos pesquisados, pesos máximos carregado entre 1,787 kN e 12,700 kN com amplitude de 10,913 kN. Silva (2003), em suas análises para equipamentos de 3 a 6 linhas, encontrou valores entre 4,36 kN e 23,900 kN. Os valores superiores encontrados por Silva (2003) se devem ao fato deste trabalhar com equipamentos de 3 e 6 linhas, enquanto os equipamentos deste trabalho foram de até 3 linhas, comprovando um aumento esperado para os valores encontrados. A análise dos dados gerados para a estabilidade do conjunto trator- semeadora foi realizado com a combinação de todos os modelos, ou seja, 32 tratores e 32 semeadoras, comparando-se o peso máximo admissível com o peso máximo carregada da máquina, totalizando 1.024 combinações. Na Figura 4 apresentam-se os resultados das combinações realizadas. De acordo com metodologia apresentada na Figura 4, foi realizada a análise para todas as 1.024 combinações, gerou-se 352 combinações que permaneceram estáveis e 672 não estáveis,

perfazendo um total de 34,38% de compatibilidade entre os tratores e as semeadoras adubadoras, sem que estes conjuntos comprometessem a estabilidade longitudinal e a dirigibilidade do trator. As principais variáveis que contribuíram para estes resultados foram o baixo peso total, distância entre eixos e o tipo do trator (4x2 ou 4x2 com TDA). Estas variáveis tem contribuição decisiva no equilíbrio do conjunto trator-semeadora, pois o peso total e a distância entre eixo influem diretamente no cálculo das forças atuantes e na distribuição destas forças (posição do centro de gravidade do trator e cálculo do momento em relação ao eixo traseiro), quanto maior o peso do trator maior o equilíbrio do conjunto, quanto maior a distância entre eixos maior o equilíbrio do conjunto. Com relação ao tipo do trator (4x2 ou 4x2 com TDA), temos para o trator 4x2 uma distribuição estática de peso 85% / 15% - Traseiro / dianteiro e para o trator 4x2 com TDA 60% / 40% - Traseiro / dianteiro, tendo este ultimo um maior peso na sua dianteira, portanto, maior equilíbrio do conjunto. Para aumentar a estabilidade do conjunto trator 4x2 e semeadora, deve-se incrementar o lastro na dianteira.

Figura 4. Exemplo de combinação de tratores e semeadoras para verificação da estabilidade.

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Outra forma de análise é de que semeadoras de pequeno porte (até 3 linhas) são geralmente parte de uma semeadora com maior número de linhas, possuindo assim uma estrutura exagerada e consequentemente peso desnecessário, isso faz com que o trator necessite de maior peso para impossibilitar o empinamento. CONCLUSÕES • De acordo com os dados e método obtidos e utilizados neste trabalho, para tratores com potência de até 42,0 kW no motor, utilizando semeadoras adubadoras montadas com no máximo 3 linhas voltadas para a agricultura familiar, somente em 34,38% das combinações o conjunto ficou estável; • As principais variáveis que contribuíram para estes resultados foram o baixo peso total, distância entre eixos e o tipo do trator (4x2 ou 4x2 com TDA); • Deve-se rever o projeto estrutural das semeadoras de até 3 linhas para que se possa diminuir o peso destas; • Deve-se escolher cuidadosamente o trator e a semeadora de forma que se tenha o trator e semeadora com bom desempenho e baixo risco de empinamento frontal. REFERÊNCIAS ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT NBR ISO 789-2:2014. Tratores agrícolas - Procedimentos de ensaio. Parte 2: Capacidade de levantamento do engate traseiro de três pontos., 2014. 8p. GUEDES, T.; MARTINS, A.B.T. e ACORSI, C.R.L. Estatística descritiva. Disponível em: . Acesso em: 7 maio. 2015. LINARES, P. Teoría de la tracción de tractores agrícolas. Universidad Politécnica de Madrid, Escuela Técnica Superior de Ingenieros Agrónomos, 2006. 219p.

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