1. Indici calitativi de lucru la lucrarea de aratFuncţiunea principală a trupiţelor plugului cu cormană este aceia de a tăia o brazdă de

pământ, de a o mărunţi, apoi să o deplaseze lateral si să o răstoarne astfel încât să acopere resturile vegetale (eventual îngrăşămintele organice şi chimice împrăştiate) Secţiunea brazdei este dreptunghiulară, ab, în care a este adâncimea de lucru iar b este lăţimea de lucru a trupiţei.

Regulile agrotehnice impun anumite cerinţe calitative pentru lucrările de arat:-brazdele să fie răsturnate, rezemându-se reciproc, cu respectarea aceleiaşi adâncimi si

lăţimi de lucru, în vederea mobilizării uniforme a întregului orizont arabil;-brazdele să fie dispuse alăturat, evitându-se formarea golurilor;-suprafaţa arăturii să fie cât mai plană;-brazdele să fie dispuse în linie dreaptă, iar in cazul arăturilor pe pante să fie orientate in

lungul curbelor de nivel;-suprafaţa fundului brazdei să fie cât mai plană (adâncime de lucru uniformă);-peretele brazdei să fie drept şi rigola ultimei brazde să nu fie astupată de pământ (o rigolă

astupată cu bulgări influenţează negativ asupra uniformităţii adâncimii de lucru.Aprecierea calităţii arăturii se face prin determinarea unor indici calitativi de lucru,

conform literaturii de specialitate [Toma Dragoş, Sin Gheorghe, 1987].Indicii calitativi de lucru pentru lucrarea de arat sunt:Adâncimea medie a arăturii, am, se determină cu formula:

(1)

în care :am, reprezintă valorile adâncimilor de lucru măsurate cu brazdometrul;n, numărul măsurătorilor efectuate, cel putin 20 măsurători pe distanta de 100 m, parcursă de agregatul corect reglat şi la viteza de lucru stabilită ca viteză maximă.

Abaterea standard faţă de adâncimea medie a arăturii, Sa, se determină cu relatia:

Sa = (2)

in care,ai , am ,n, au semnificatia dată anterior.Abaterea accidentală maximă faţă de adâncimea medie a arăturii, a, se determină cu

relatia:a =amax/min-am (cm) (3)

în care: amax/min , reprezintă valoarea masurată maximă sau minimă , a adâncimii;Coeficientul de variaţie al adâncimii arăturii, Ca , se determină cu relaţia:

Ca = , (4)

Lăţimea medie a arăturii, Bm, se determină cu relaţia:

Bm = , (5)

în care:-Bi, sunt valorile lăţimilor de lucru măsurate cu precizia de 1 cm; lăţimea de lucru măsurată se determină prin diferenţa care există faţă de o linie de reper plasată la distanţa de cel putin 3m , la plugurile cu lăţimea de lucru de până la 1,35 m şi de 6 m, la plugurile cu lăţimea de lucru mai mare, faţă de peretele vertical al ultimei trupiţe a plugului, de la o trecere a agregatului si peretele vertical al ultimei trupiţe a plugului, de la trecerea următoare, in dreptul locului unde s-a măsurat adâncimea de lucru;

1

-n, este numărul măsurătorilor efectuate, cel puţin 10 măsurători pe distanţa de 100 m parcursă de agregatul de arat, corect reglat si la viteza de lucru stabilită ca viteză maximă.

Abaterea standard faţă de lăţimea medie de lucru, SB , se determină cu relaţia:

SB (6 )

Abaterea accidentală maximă faţă de lăţimea medie a arăturii, B , se determină cu relaţia:

B Bmax/min -Bm (cm) (7)în care: Bmax/min , reprezintă valoarea măsurată, maximă sau minimă a lătimii arăţurii, (cm).

Coeficientul de variaţie a lăţimii arăturii, CB ,se determină cu relaţia:

CB

(8)Gradul de măruntire al solului, Gms , se determină cu formula:

Gms . 100(%) (9)

în care:-Msci , este masa măsurată a solului care are dimensiunea bulgărilor de pământ mai mică

decât dimensiunea convenţională luată, de 5 cm, in cazul arăturii;-Msti , este masa totală măsurată a solului; probele de sol se cântăresc cu precizia de 10 g;

probele de sol se iau folosind rama care are suprafaţa de 1m2 , pe adâncimea arăturii, în cel putin trei puncte luate pe diagonala parcelei arate;

-n, numărul măsurătoril efectuate ( cel putin trei).Gradul de acoperire cu sol a masei vegetale, Gav , se determină cu relatia:

Gav (10)

în care: -Mvai , este masa vegetală acoperită de sol; -Mvti , este masa vegetală totală; probele cu masele vegetale se cântăresc cu precizia de 1

g; probele se iau de pe o suprafaţă de 1 m2 , folosind rama metrică, în cel puţin trei poziţii, aşezate pe diagonala parcelei, înainte de arat şi după arat;

-n, este numarul probelor efectuate (minimum trei).Masa vegetală acoperită de sol , Mvai , rezultă ca diferenţă intre masa vegetală totală

măsurată înainte de arat si masa vegetală măsurată in acelasi loc, după arat. Gradul de afânare al solului, Gas , se determină cu relaţia:

Gas (11)

în care:-hi , este înălţimea măsurată, la care se ridică nivelul solului arat faţă de nivelul solului

nearat, (cm);-ai , adâncimea măsurată a arăturii, (cm);-n , numărul măsurătorilor efectuate, cel puţin 10, dispuse pe 100 m lungime.In tabelul 3.1. sunt date valorile admisibile ale indicilor calitativi de lucru la lucrarea de

arat, pentru o umiditate optimă a solului (1822%), conform (Toma Dragos, Gh. Sin, 1987).Dacă indicii calitativi de lucru se incadrează in limitele indicate in tabel, arătura efectuată

va asigura dezvoltarea proceselor biologice din sol, procese de care depinde fertilitatea solului .In cazul in care indicii calitativi de lucru, legaţi de adâncimea de lucru, respectiv Sa, a,

Ca , depăşesc valorile admisibile, este necesar să se verifice reglajul plugului in plan vertical, mărindu-se tendinţa de pătrundere in sol a trupiţelor. Se va verifica unghiul de pătrundere în sol a

2

brăzdarului, mărindu-se valoarea acestuia şi forma vârfului brăzdarului precum şi gradul de uzură al acestuia; ascuţirea tăişului muchiei tăietoare trebuie să fie de 0,3- 0,5 mm.

In cazul în care indicii calitativi de lucru, legaţi de lăţimea de lucru, respectiv SB, B , CB, depăşesc valorile admisibile, este necesar să se verifice reglajul plugului în plan orizontal; poziţia plugului faţă de tractor şi ecartamentul tractorului. Se verifică de asemeni, poziţia corectă a plazurilor si a călcâiului de la ultimul plaz si poziţia roţii de copiere a plugului.

In cazul în care gradul de mărunţire a solului Gms are valori sub limita admisibilă, se măreşte viteza de lucru până la limita maximă posibilă iar dacă gradul de afânare a solului Gas este prea redus, se reduce viteza tractorului până la limita minimă posibilă.

In cazul în care gradul de acoperire cu sol a resturilor vegetale Gav este sub limita admisibilă, se măreşte adâncimea de lucru a plugului si se verifică antetrupiţele, (se montează dacă este cazul) şi cormanele suplimentare. Dacă masa vegetală este foarte bogată, este necesară tocarea acesteia înainte de efectuarea arăturii.

Tocarea este realizată fie cu maşina de tocat resturi vegetale, fie cu o grapă cu discuri echipată cu discuri crestate, pentru a fi mai agresive.

Pe aceiaşi parcelă se recomandă să se controleze calitatea arăturilor de 2, 3 ori pe zi, corespunzător cu exigeneţele impuse la recepţia de calitate a arăturii, insistându-se asupra măsurătorilor adâncimii de lucru a plugului si asupra aspectului general al arăturii.

2. Freze agricole2.1. Consideraţii generaleFrezele agricole sunt maşini care execută operaţia de frezare prin care se asigură afânarea şi

mărunţirea solului, tocarea resturilor vegetale şi încorporarea în sol a îngrăşămintelor organice.

Organul de lucru îl constituie rotorul cu cuţite, acţionat printr-o transmisie de la priza de putere a tractorului şi poate executa prelucrarea solului pe toată suprafaţa sau în benzi. Prin variaţia parametrilor cinematici şi geometrici ai organului de lucru se poate obţine o mărunţire a solului în conformitate cu cerinţele agrotehnice (grad de mărunţite, uniformitatea adâncimii de lucru etc.) Cu modificările adecvate, frezele se pot folosi şi la alte lucrări cum sunt: săpat canale, executat biloane, curăţat canalele de vegetaţie.

Comparativ cu plugurile, frezele agricole au următoarele avantaje:- amestecarea puternică a îngrăşămintelor organice şi a resturilor vegetale cu solul;- pregătirea patului germinativ pentru vegetaţie;- lucrarea de primăvară a solului greu, pentru a evita operaţiile suplimentare după arat

(discuire, cultivaţie totală). - distruge pajiştile:Elementele care determină creşterea energiei mecanice necesare antrenării frezelor sunt

viteza mare de tăiere a solului şi mărirea considerabilă a suprafeţelor de tăiere, comparabil cu plugul cu cormană.

Datorită faptului că aratul solicită operaţii suplimentare de grăpat şi determină o pierdere de putere prin patinarea roţilor tractorului,, raportul dintre consumul de energie la lucrarea solului cu plugul şi lucrarea solului cu freza se poate reduce la valoarea 1:1,5.

Dezavantajele folosirii frezelor agricole sunt:- necesită o energie mai mare decât plugul: de 2,5 ori mai mare în solurile uşoare şi de 3,5

ori mai mare în solurile grele; se apreciază consumul specific de putere la lucrat solul cu frezele agricole la 20- 35 kW/m (ScripnicV., ş.a.);

- lucrarea repetată cu freza duce la distrugerea agregatelor din sol prin pulverizare.Mai ales în condiţiile actuale, când reducerea consumurilor de energie este imperativă la nivel

mondial, problema folosirii frezelor trebuie bine gândită. Utilizarea lor este bine justificată cu deosebire în horticultură (legumicultură şi floricultură).

2.2 Indicii de lucru calitativi la frezarea solului

3

Se determină similar ca şi la pregătirea patului germinativ cu precizarea că valorile indicilor de lucru calitativi sunt următoarele: gradul de mărunţire a solului (Gms) trebuie să fie 92%, gradul de nivelare a solului (Gns) trebuie să fie 30%; gradul de afânare a solului (Gas) trebuie să fie 25%; gradul de distrugere a buruienilor (Gdb) trebuie să fie 95%; gradul de încorporare în sol a masei vegetale (Gav) trebuie să fie mai mare ca 90%; abaterea standard de la adâncimea de lucru (sa) trebuie să fie 0,10 din adâncimea de lucru medie (am) şi coeficientul de variaţie a adâncimii de lucru (Ca) trebuie să fie 0,10. Un indice calitativ deosebit de important este acela ca, înalţimea crestelor realizate de rotorul frezei la fundul brazde c 0,2 a.

2..3. Construcţia şi funcţionarea frezelorDupă destinaţie frezele agricole se clasifică astfel:- freze pentru prelucrarea totală a solului: sunt destinate prelucrării solului la culturile de

câmp, a solurilor mlăştinoase, a solurilor de curând defrişate şi mai ales la pregătirea patului germinativ în legumicultură (de câmp, în sere şi solarii);

- freze pentru prelucrarea solului între rânduri: în legumicultură şi pomicultură.După poziţia rotorului cu cuţite, frezele agricole sunt:- cu rotor orizontal;- cu rotor vertical.În general, elementele constructive principale ale frezelor sunt aceleaşi: rotorul cu cuţite,

transmisia mecanică, cadrul frezei susţinut pe roţi de transport (la frezele tractate) sau pe patine (la frezele purtate), elementele de reglare.

În figura 1. este prezentată schema unei freze agricole cu rotor cu axă orizontală, pentru prelucrarea totală a solului. Pe cadrul 1 este montat rotorul cu cuţite 2, acţionat de la priza de putere a tractorului printr-un lanţ cinematic ce cuprinde o transmisie cardanică, un cuplaj de siguranţă, respectiv angrenaje cu roţi dinţate cilindrice şi conice. Rotorul cu cuţite este acoperit cu o carcasă 3 prevăzută la partea posterioară cu o porţiune reglabilă 4.

Reglarea adâncimii de lucru se face prin modificarea poziţiei roţilor de spijin 5 faţă de cadrul maşinii.

Frezele pentru prelucrarea totală a solului se construiesc pentru lăţimi de lucru diferite, în funcţie de destinaţie: pentru frezarea adâncă, pentru mărunţirea arăturii, pentru prelucrarea păşunilor, a spaţiilor dintre rândurile de pomi şi viţă-de-vie (tab. 1).

4

Fig 1. Schema unei freze purtate

Tabelul.1. Freze pentru prelucrarea totală a solului construite in Romania

Tipul frezei

DestinaţiaCaracteristici tehniceAdâncimea de lucru, a

Lăţimea de lucru, B

Diametru rotorD

Turaţia rotorului, n

cm m mm rot/minFDL-1,3 Lucrările solului

între rândurile de pomi

4-12 1,32 490 190

FPP-1,3 Pentru refacerea pajiştilor

6-15 1,3 510 144,160 200,225

FV-1:1,5 Lucrările solului între rândurile de vie

6-12 0,951,091,221,43

460 170

FPL-4 Lucrări în legumicultură

10 4 secţii0,290,430,560,70

325 415

FLP-0,6 Prelucrarea zonei dintre pomi pe rând

8-10 0,60 400 225

FU 1,8-3,3

Pregătirea terenului în cultura mare

max.20

1,8-3,3

460 160, 200, 220

În fig.3 esteprezentată schema frezei pentru lucrarea solului între rândurile de pomi, toate fiind cu retragere automată a rotorului frezei de lângă trunchiul pomului, retragerea fiind comandată de un organ de lucru numit palpator.

În figura 2 este prezentată schema unei freze laterale cu palpator, destinată lucrării terenului pe rândurile de pomi. Pe cadrul 1 al maşinii este fixat triunghiul de prindere la tractor şi printr-un paralelogram deformabil, este prins lonjeronul 2 pe care este montat rotorul cu cuţite 3. Pe maşină este montată şi o instalaţie hidraulică formată din rezervorul 4, pompa 5, distribuitorul 6 şi cilindrul hidraulic 7. Distribuitorul 6 este comandat de palpatorul 8. În timpul lucrului, agregatul se

Fig.2. Freză purtată lateral cu palpator

5

deplasează printre rândurile de pomi, lucrează solul pe intervalul dintre pomi pe rând pe lăţimea b, lăţimea de lucru a frezei. Când palpatorul întâlneşte trunchiul unui pom, prin înaintarea frezei palpatorului i se imprimă o mişcare de rotaţie în sens orar şi prin intermediul unui sistem de pârghii comandă sertarul distribuitorului care, dirijează uleiul sub presiune în acea cameră a cilindrului hidraulic 7 astfel încât să se retragă rotorul cu cuţite. Ca urmare, sub acţiunea cilindrului hidraulic mecanismul paralelogram 11 se roteşte în sens orar şi determină ieşirea rotorului cu cuţite de pe rândul de pomi. După depăşirea pomului, sub acţiunea arcului 9 palpatorul revine la poziţia iniţială, sertarul distribuitorului fiind deplasat în sens invers, pentru comanda deplasării rotorului spre rândul de pomi. La capătul cursei, prin supapa unisens 10 se face legătura între pompă şi rezervor.

Fig.3.

Schema unei freze laterale cu palpator dezaxabilă: 1- cadru; 2- telescop; 3- rotor cu cuţite; 4- pompă; 5- distribuitor; 6- palpator; 7- cilindru hidraulic cu dublu efect; 8- arc revenire palpator.

În figura 3 este prezentată schema unei freze cu palpator (dezaxabil), la care retragerea organului de lucru se face cu ajutorul cilindrului hidraulic 7, rotorul cu cuţite fiind montat pe braţul telescopic 2.

La frezele pentru prăşit, pe cadrul maşinii se montează mai multe secţii de lucru, fiecare secţie fiind formată dintr-un rotor cu cuţite, protejat de o carcasă.

Fig. 4. Schema secţiilor de lucru la frezele pentru prăşit în legumicultură: a- adâncimea de lucru; b- lăţimea de lucru a secţiei; e- zonă de protecţie.În figura 4 sunt prezentate schemele a două tipuri de secţii de lucru. Fiecare secţie lucrează solul pe intervalul dintre două rânduri de plante, cu parametrii menţionaţi în figură.

6

Fig.5 Schema cinematică a frezei FPL-4: Fig 6. Freza purtată pentru legumicultură FPL-41- transmisie; 2- cuplaj de siguranţă; 3- reductor conic;

4- arbore hexagonal; 5- lanţ; 6- rotor cu cuţiteÎn fig.56 este prezentată schema cinematică a frezei pentru legumicultură FPL-4. Din

schemă se poate vedea că fiecare secţie de lucru 6 poate oscila în jurul axului hexagonal 4. Vederea generală a frezei este

cea din fig. 6. Pe cadrul 1 al maşinii, prevăzut cu triunghiul de prindere 2, se montează patru secţii de lucru 3. Acţionarea transmisiei frezei se realizează de la priza de putere a tractorului, prin intermediul arborelui cardanic 6. În spatele fiecărei secţii se montează (la nevoie) un organ de lucru 4 (rariţă) pentru deschiderea de rigole pentru irigaţie. În timpul lucrului, maşina se sprijină pe două roţi limitatoare de adâncime 5, reglabile ca poziţie. Fig.7. Secţia de lucru a frezei FPL-4

7

În figura 7 este prezentată în detaliu construcţia unei secţii de lucru.Fiecare secţie de lucru se montează pe cadrul 1 al maşinii, prin inter-mediul unui suport 2 şi

al unui bulon 3 prevăzut cu arc. Astfel, între cadrul maşinii şi cadrul secţiei de lucru se crează o legătură elastică, întreaga secţie putându-şi modifica poziţia prin rotirea în jurul arborelui 4. Secţiile se pot deplasa pe cadrul 1, permiţând reglarea poziţiei acestora în funcţie de distanţa dintre rândurile de plante.

Rotorul fiecărei secţii este format dintr-un arbore cu secţiune hexagonală 5, pe care se pot monta două sau patru discuri 6, realizându-se astfel lăţimi de lucru de 30-70 cm (fig. 7.). În partea inferioară a secţiei este prevăzut cuţitul patină 7 care prelucrează solul în zona neacoperită de cuţitele frezei. Acţionarea rotoarelor se face de la arborele hexagonal 4 (vezi fig. 5.) care, primeşte mişcarea de la priza de putere a tractorului

prin intermediul unei transmisii cardanice, a unui cuplaj de siguranţă cu discuri de fricţiune şi a unui angrenaj cu roţi conice. Transmiterea mişcării de la arborele principal 4 la rotorul 6 se face prin intermediul unei transmisii cu lanţ cu role 5, care este protejată printr-o carcasă etanşă 9.

Indiferent de tipul frezei, organul de lucru este rotorul cu cuţite. Cele mai folosite cuţite în construcţia frezelor cu rotor orizontal sunt cuţitele curbate în formă de „L”, ele fiind folosite la toate frezele amintite anterior. Cuţitele curbate de tip L pot lucra la adâncimi cuprinse între 10-25 cm.

În fig.9. este prezentat un cuţit în formă de „L”, precum şi modul de dispunere a acestuia pe rotor. Cuţitul are o porţiune verticală şi una orizontală, ambele ascuţite sub un unghi ”i”=100-200. Lăţimea de lucru a cuţitului este b=9-15 cm, în funcţie de tipul frezei. Grosimea cuţitelor este δ=4- 8 mm. Pe rotor, cuţitul se montează în aşa fel încât lama verticală a cuţitului să fie înclinată faţă de raza care trece prin punctul de intersecţie dintre lama verticală şi lama orizontală, în sens invers sensului de rotaţie al rotorului, sub un unghi ρ= 300. În felul acesta tăierea aşchiei de sol se realizează treptat, prin tăiere cu alunecare, creşterea rezistenţei la desprinderea aşchiei făcându- se lin.

Fig.8. Modificarea lăţimii de lucru a unei secţii

8

a

b

Fig. 9. a. Geometria cuţitului în formă de “L” ; b. parametrii geometrici şi funcţionali ai cuţitului orizontal al frezei ăn timpul lucrului.

Pentru a defini clar parametrii geometrici care caracterizează cuţitul frezei în lucru şi în staţionar, se definesc următoarele unghiuri, fig.9. :

- unghiul de aşezare anterior β0, format de partea anterioară a lamei cuţitului cu tangenta la cerc (are o valoare constantă) ; β0= 270-420;

- unghiul de aşezare posterior ε0, format de faţeta posterioară a cuţitului cu tangenta la cerc (are o valoare constantă) ; ε0=100- 220;

- unghiul de tăiere anterior β, format între suprafaţa anterioară a cuţitului şi tangenta dusă la curba descrisă de cuţit (trohoidă) ; β=200- 250;

- unghiul de tăiere posterior ε, format între tangenta la traiectorie şi faţeta posterioară a cuţitului (ε=60-100); acest unghi are rolul de a reduce frecarea dintre partea posterioară a cuţitului şi sol;

- unghiul de ascuţire a cuţitului i=150-200;- unghiul de corecţie al unghiului de tăiere , este unghiul format între tangenta la cerc şi

tangenta la cicloidă, fiind variabil pe durata unui ciclu de funcţionare; legea de variaţie a acestui unghi este dată de relaţia dedusă din fig.4. b.:

(1.1.)

în care:-Vp, este viteza periferică a rotorului frezei;-Vm, viteza de deplasare a maşinii;-λ, coeficientul de regim cinematic;-φ, unghiul la centru de rotaţie al rotorului frezei.

9

În fig.10. este redat graficul de variaţie al unghiului de corecţie în funcţie de unghiul de rotaţie al frezei , pentru diferite valori ale coeficientului de regim cinematic.

Se mai definesc:- unghiul de dispunere a tăişului lamei orizontale, γ=500-700; - unghiul de dispunere a tăişului orizontal faţă de planul vertical, ξ= 950-1000.

Alegerea valorilor optime ale parametrilor unghiulari ai cuţitului frezei şi menţinerea lor constantă în timpul lucrului este de mare importanţă pentru consumul

lor constantă în

Fig.10 . Variaţia unghiului de corecţie a unghiului de tăiere de energie rezultat la frezareîn raport cu unghiul de rotaţie al frezei, pentru diferite valori ale lui λ

Matrialele cele mai utilizate la executarea cuţitelor de freză sunt oţelurile de îmbunătăţire. Freza FU-1,8-3,3 utilizează oţelul CrV, marca 50VC11, la care se face o îmbunătăţire prin călire în ulei la 850- 8700 C şi o revenire în apă la 550- 6500 C. Un alt material utilizat este oţelul pentru arcuri ARC-4, căruia i se aplică tratamentul termic de îmbunătăţire prin călire la 860-880 0 C în ulei sau apă şi revenire la 430- 4900 C.

Aşezarea cuţitelor pe rotorul frezei se poate face în mai multe moduri. Cea mai utilizată metodă este montarea cuţitelor pe discuri rigidizate cu rotorul, cu dispunerea lamelor laterale alternativ pe dreapta şi pe stânga.

10

Fig.11. Diagrama teoretică de variaţie a momentului rezistenti a momentelor de încovoiere în plan orizontal şi în plan vertical pentru diferite moduri de dispunere a cuţitelor pe rotor

Pentru a asigura o funcţionare fără şocuri a rotorului, cuţitele se dispun pe acesta pe una sau mai multe spire, cu înfăşurare pe stânga sau pe dreapta. Pasul unghiular de dispunere a cuţitelor ce acţionează succesiv trebuie să aibă o valoare constantă. În fig. 11 sunt prezentate cinci scheme de amplasare a cuţitelor pe rotorul frezei, variaţia momentului rezistent (Mm) şi a momentului de încovoiere în plan orizontal (Mx) şi în plan vertical (Mz).

Procesul de lucru executat de rotorul frezei constă în următoarele faze: pătrunderea cuţitelor în sol, desprinderea feliilor de sol şi antrenarea lor în mişcare de rotaţie, lovirea acestora de carcasa frezei, mărunţirea suplimentară a lor şi nivelarea stratului de sol mărun-ţit cu ajutorul părţii terminale rabatabile a carcasei. Procesul de frezare a solului cu ajutorul rotoarelor orizontale se execută în două sensuri: de jos în sus (de la fundul brazdei spre suprafaţa solului) şi de sus în jos. Cuţitele rotorului frezei execută o mişcare complexă ce constă din compunerea unei mişcări de rotaţie în jurul axei rotorului cu viteza unghiulară ω, cu o mişcare de translaţie datorată mişcării de avans a maşinii cu viteza Vm, realizată prin deplasarea tractorului la care este cuplată freza.

. În partea de jos a figurii este prezentată situaţia în care freza se roteşte în sens orar,

iar în partea de sus situaţia în care freza se roteşte în sens trigonometric.Cerinţa de bază impusă procesului tehnologic de lucru al frezei constă în mărunţirea şi

afânarea solului la un grad ridicat, fără însă a-l pulveriza. Fundul brazdei trebuie să rămână neted, fără creste, înălţimea maximă admisă a acestora trebuind să satisfacă condiţia . De regulă, frezele lucrează cu viteza de tăiere Vp= 3,6- 8,0 m/s şi viteza de deplasare a maşinii Vm= 0,8- 1,5 m/s. Rezultă valoarea indicelui de regim cinematic cu valorile uzuale λ=3- 8 şi mai rar λ=10- 12 în cazul frezelor rapide.

Grosimea maximă a aşchiei de sol S reprezintă distanţa parcursă de freză în timpul t, în care rotorul se roteşte cu unghiul la centru , z1 fiind numărul de cuţite de pe aceiaşi parte a unui disc de pe rotor.

În fig. 12 este prezentată traiectoria descrisă de cuţit (trohoidă) şi este haşurată aşchia obţinută, a este adâncimea de lucru iar c este înălţimea crestelor, pentru λ=10 şi scara 1:5.

11

Fig. 12 Traiectoria cuţitelor de pe discul unei freze cu rotor cu axă orizontală (trei cuţite pe aceiaşi parte a discului): a- adâncimea de lucru, c-inalţimea crestelor

(1.2.)

Din a doua relaţie se scoate timpul şi se introduce în prima relaţie:

(1.3.)

de unde va rezulta:

(1.4.)

Pentru S se recomandă valorile următoare:● 4- 6 cm, pentru soluri înţelenite şi compacte;● 10- 12 cm pentru soluri cultivabile.

Deoarece atât Vm şi Vp pot fi variabile, vor rezulta grosimi de aşchie variabile (grad de mărunţire variabil) astfel că la alegerea unui regim de lucru al frezei pentru a obţine o grosime de aşchie dată, se va folosi diagrama din fig. 13. În acest grafic grosimea aşchiei de sol poate fi exprimată în două moduri:

12

a. (1.5.)

Fig.13. Dependenţa grosimii aşchiei de sol de viteza riferică şi viteza de deplasare a maşinii

iar pentru Vp=const. se obţine câte o dreaptă;

b. (1.6.)

iar pentru Vm= const. se obţine ca reprezentare grafică o hiperbolă echilaterală.Pentru a obţine o aşchie de grosime dată putem alege una dintre

Fig.14. Geometria cuţitului în formă de „L”Freze cu rotoare verticaleFrezele sunt maşini agricole care execută operaţia de pregătire a patului germinativ în

vederea semănatului (plantatului), intr-o singură trecere sau în cel mult două treceri ale agregatelor pe teren.

Frezele cu rotor orizontal şi cu cuţite in formă de “L”, prezentate anterior, montate pe discuri, au fost şi sunt criticate pentru că determină deteriorarea structurii solurilor prin pulverizare şi că necesită un consum de energie foarte ridicat (20- 40 kW/m) în comparaţie cu alte maşini de lucrat solul (pluguri, grape cu discuri, combinatoare).

In mod obişnuit, în cadrul agriculturii convenţionale, pregatirea patului germinativ in vederea semănatului se face prin arătură, discuit (de două până la 4 ori) , lucrarea cu combinatorul (la sfeclă). Impreună cu semănatul, se trece cu agregatul peste aceiasi tarla de 4 …7 ori, situatie care conduce la tasarea terenului, cheltuieli mari pentru înfiinţarea culturii şi deseori la ratarea perioadei optime pentru semănat.

In cadrul sistemului agriculturii durabile, agricultură care se face prin conservarea calităţilor solului şi a celorlalţi factori de mediu în condiţiile obţinerii unor producţii agricole mari şi în creştere an de an, capătă o răspândire accelerată în producţie frezele cu rotoare verticale, fig.1. Frezele sunt purtate (în majoritatea cazurilor) şi sunt acţionate de la priza de putere a tractorului prin transmisie cardanică. Pot avea o singură turaţie sau mai multe turaţii (în acest caz freza este prevăzută cu cutie de viteze sau cu roţi de schimb).

In fig. 15 este prezentată o vedere de ansamblu a frezei cu rotoare verticale de tip RAU, denumit “CYCLOTILLER” (Germania), câteva detalii constructive şi date tehnice. Se remarcă puterea specifică mare, pentru toate variantele constructive; de la 25 la 50 kW/m (puterea tractorului raportată la lăţimea de lucru a maşinii). Puterea este dată pentru adâncimea maximă de lşucru, de 20 cm.

Pentru pregătirea patului germinativ după lucrarea de arat, aceste freze pot lucra singure sau în agregat cu tăvălugi diverşi (cu pinteni, cu pneuri de presiune zero, elicoidali etc.), fig. 3.a.

13

In majoritatea cazurilor aceste freze fac parte dintr- un agregat complex pentru pregătirea patului germinativ şi semănat, intr-o singură trecere , fig.3.b sau in două treceri, fig. 3.c şi d.

In timpul procesului de lucru, un punct de pe cuţite execută o mişcare de rotaţie cu viteza

unghiulară , în jurul axei rotorului  şi o mişcare de translaţie cu viteza vm datorită

deplasării maşinii. Considerând că în timpul t, maşina parcurge spaţiul OO1 = vm .t iar cuţitul se roteşte cu unghiul φ = ω.t ecuaţiile curbei descrisă de cuţit (o cicloidă) sunt:

(1.7)

în care: vm este viteza de înaintarea a maşinii (frezei), vm = 5…8 km/oră;- ω , este viteza unghiulară a rotoarelor frezei;- R , este raza rotoarelor frezei .Cutitul pătrunde în sol şi efectuează tăierea după arcul de curbă AB. Forma aşchiei este

prezentată în fig. 4 şi dimensiunea sa este determinată de traiectoriile descrise de două cuţite

succcesive, cuţite care sunt dispuse între ele la un unghi la centru , z fiind numărul de

cuţite de pe rotor (de obicei două sau trei). Cu precizările de mai sus, conform fig.4, grosimea aşchie se calculează cu formula:

În care , de unde rezultă, t= 2π / z.ω = 60 /z.n

Dacă luăm în considerare datele din fig. 2, pentru o freză cu rotoare verticale de tipul celor prezentate in fig 2 şi fig.3 şi considerăm că freza se deplasează cu viteza de 8 km/oră = 2,222 m/sec, grosimea teoretică maximă a aşchiilor de sol, calculate cu formula (2) sunt date în tabelul 1. Dar, această aşchie, de forma prezentată în fig. 2, rămâne imobilizată între aşchia tăiată anterior şi peretele brazdei; ea va fi mărunţită în continuare la cursa de întoarcere a cuţitului, într-un număr suplimentar de aşchii, număr care depinde de coeficientul cinematic λ, cu valoarea

în care; vp este viteza periferică a rotorului cu cuţite;

14

Fig.16. Vedere explodată a transmisiei unei freze cu rotoare verticale (KUHN- FRANTA)

15

Fig. 17 . Poziţia reciprocă a cuţitelor pe discurile unei freze de tip RAU- Germania.Tabelul 2. Dimensiuni pentru feliile de sol rezultate la lucrul cu freza cu rotor vertical (cm) Turaţia rotoarelor (rot/min) 206 226 271 302 338 382 398Viteza de deplasare a tractorului, 8km/oră =2,22 m/s 32,3 29,46 24,57 22,05 19,70 17,43 16,73Viteza de deplasare a tractorului, 5,4 km/oră= 1,5 m/sec

Din fig. 2 reiese clar că la valori mari ale vitezei periferice şi valori mici ale vitezei maşinii gradul de mărunţire va creşte spectaculos.

In tabelul 2 sunt prezentate date tehnice ale frezelor cu rotoare verticale livrate de firma AMAZONIA (după datele prezentate în reclama comercială a firmei).Tab.3. Date tehnice principale ale frezelor cu rotor vertical marca AMAZONE (Germania)Varianta constructivă (AMAZONE) KG 251 KG 301 KG 401 KG 451 KG 601Lăţimea de lucru (m) 2,5 3,0 4,0 4,5 6,0Număr de rotoare 8 10 14 16 20Adâncimea maximă de lucru (cm) 20 20 20 20 20Puterea consumată, după arătură ,kW(CP) 40(55) 50(68) 67(90) 83(113) 133(180)Puterea cons. în teren nearat, kW(CP) 50(68) 60(82) 80(108) 100(136) 147(200)Greutate, fără tăvălug (daN) 900 1000 1400 1570 2065Greutate, cu tăvălug (daN) 1070 1910 2660 3000 3920Greutate cu tăvălug şi cu semănătoare (daN) 2800-3400 3400-4400 4500-6100 5060-6900 8300-10300Turaţia rotoarelor (rot/min)-turaţia prizei, 540 rot/min (roţi 29/21)-turaţia prizei , 1000 rot/min-tur. prizei, 540 rot/min, (roţi 23/28, I-a)-tur. prizei , 540 rot/min, (roţi 28/23, I-a)-tur.prizei, 1000 rot/min, (roţi 23/28, I-a)-tur. prizei, 1000rot/min, (roţi,28/23, I-a)-tur.prizei, 540 rot/min, (roţi 23/28, II-a)-tur. prizei, 1000 rot/min , (roţi 23/28,II-a)

165307167248310459212392

165307167248310459212392

165307167248310459212392

165307167248310459212392

204251271278334352370469

FREZE CU ROTOARE VERTICALE

În cadrul sistemului agriculturii durabile care, prin conservarea calităţilor solului şi a celorlalţi factori de mediu, urmăreşte obţinerea de producţii agricole mari, agregatele agricole destinate pregătirii patului germinativ şi semănatul culturilor folosesc tot mai mult frezele agricole cu rotoare verticale.

16

În majoritatea cazurilor frezele cu rotoare verticale sunt de tipul purtate pe tractor şi acţionate de la priza de putere prin intermediul unei transmisii cardanice. Rotoarele pot avea una sau mai multe turaţii de lucru, în cel de-al doilea caz frezele fiind prevăzute cu cutii de viteze sau cu roţi de schimb. În figura 1.14 este prezentată construcţia unui rotor vertical.

La pregătirea patului germinativ după lucrarea de arat, frezele cu rotoare verticale lucrează singure sau în agregat cu diverse tipuri de tăvălugi (cu pinteni, elicoidali, netezi, etc.). În cele mai multe cazuri, aceste freze fac parte din agregate complexe pentru pregătirea patului germinativ şi semănat, la o singură trecere pe sol. Procesul de lucru executat de freza cu rotoare verticale este prezentat în fig. 19 şi fig.20. În timpul lucrului un punct M de pe cuţit descrie o cicloidă. Pe porţiunea AB a cicloidei se face tăierea aşchiei de sol, pe adâncimea a, iar pe porţiunea BC cuţitul acţionează suplimentar asupra stratului de sol (a aşchiilor desprinde anterior), mărind gradul de mărunţire a solului. Se poate constata că aşchiile de sol nu sunt răsturnate şi nici aruncate, practic solul fiind dislocat şi mărunţit. Din fig. 15 constatăm că o aschie de sol este tăiată de mi multe ori de acelaşi cuţit cât şi de cuţitele învecinate, de pe acelasi rotor dar si de pe rotoarele vecine.

Fig. 18. Rotor de freza În timpul procesului de lucru, un punct de pe cuţit

execută o mişcare compusă din rotaţia în jurul axei rotorului cu viteza unghiulară şi translaţia cu viteza Vm datorată deplasării maşinii. Considerând că după timpul t maşina parcurge distanţa OO1 iar cuţitul se roteşte cu unghiul φ, ecuaţiile cicloidei în sistemul de axe XOY au forma:

în care R este raza rotorului frezei. Cuţitul pătrunde în sol şi efectuează tăierea după arcul de

curbă AB. Forma aşchiei este cea prezentată în figură, grosimea ei s, fiind determinată de traiectoriile descrise de două cuţite succesive, cuţite care sunt dispuse între ele la un unghi la centru , z fiind numărul de cuţite de pe rotor (de regulă două sau trei). În aceste condiţii, grosimea aşchiei de sol se poate calcula cu relaţia:

Dar aşchia rezultată din calcul rămâne imobilizată între aşchia tăiată anterior şi peretele brazdei. Ea va fi mărunţită în continuare la cursa de întoarcere a cuţitului, într-un număr suplimentar de aşchii care depinde de valoarea coeficientului cinematic:

17

Fig.21. Traiectoria unui punct de pe cuţitul frezei cu rotoare verticale şi forma aşchiei de sol

18

19

20

Se constată că la valori mari ale vitezei periferice şi valori mici ale vitezei de deplasare a

maşinii, gradul de mărunţire a solului va creşte spectaculos.

Fig.22 . Feliile de sol detaşate de cutitele frezelor cu rotoare verticale si aschiile rezultate ca urmare a intersectării traiectoriilor cuţitelor de pe discurile alaturate.

In fig. 4 este prezentat procesul de lucru executat de freza cu rotoare verticale. In timpul lucrului un punct de pe cuţit descrie o cicloidă. Pe porţiunea AB a cicloidei se face tăierea aşchiei de sol, pe adâncimea “a” iar pe porţiunea BC cuţitul acţionează suplimentar asupra stratului de sol (aşchiilor desprinse anterior), mărind gradul de mărunţire a solului. Remarcăm faptul că aşchiile de sol nu sunt răsturnate şi nici aruncate, practic realizându-se dislocarea şi mărunţirea acestora.

Constatăm că la regimul de lucru ales pentru rotoarele de mai sus, considerand aşchia nedeformabilă, aceasta este tăiata în 13 segmente de diferite dimensiuni. Avand in vedere ca solul este friabil, va rezulta o marunţire foarte bună a solului. Dezavantajul acestor free este consumul de energie foarte mare, 30- 40 kw/m, fapt care face sa lucreze numai cu tractoare de peste 150 CP.

Calculul puterii pentru acţionarea frezeiCercetările efectuate în ţară şi prospectele de firmă de la firmele care construiesc freze cu

rotoare orizontale sau cu rotoare verticale, arată ca puterea necesară se poate calcula cu o relaţie simpla si anume:

P = B. P0 (kW), În care, B este lăţimea de lucru , în m şi P0 = 25...40 kW/m (unii autori merg până la 60

kW/m), este puterea necesară pentru 1 m lăţime de lucru, în funcţie de adâncimea de lucru şi de rezistenţa solului la frezare.

Diferenţa mare între valoarea minimă şi maximă se datorează caracteristicilor solului şi adâncimii de lucru (7- 22) cm.

21

În tabelul 4. 1. sunt prezentate valorile puterii specifice necesare pentru diferite maşini agricole care lucrează în sol.

Tab. 4.1. Puterea specifică necesară pentru acţionarea diferitelor echipamente care lucrează în sol [Bill A, Stout,CIGR Handbook of AG.Eng. vol III, Plant Production engineering, pag.194, published by ASAE]

Maşina de lucrat solul

Viteza de deplasare, m/sec

Adâncimea delucru, cm

Condiţii de solUşoarekW/m

MijlociikW/m

GrelekW/m

Pluguri 1,5- 2 20- 30 20- 35 30- 60 60- 120Cultivatoare 1,5- 2 15- 25 12- 25 20- 45 35- 80Pluguri dezmiriştitoare 2,0- 2,5 10- 15 12- 25 20- 38 40- 75Grape cu discuri 2,0- 2,5 7- 10 5- 10 10- 20 20- 40Maşini de săpat solul 2,0- 3,0 8 8- 13 12- 22 22- 40Freză cu rotoare orizontale

1,5- 2 8- 15 15- 22 20- 35 35- 60

Freze cu rotoare verticale

1,5- 2 8- 10 10- 18 15- 30 30- 50

Agregat combinat cu freză şi tăvălug

1,5- 2 8- 10 6- 12 10- 30 25- 50

Maşini combinate de lucrat solul şi semănat

2,5- 4,5 2- 7 9- 15 12- 30 20- 45

Pentru un calcul mai exact al puterii necesare pentru acţionarea frezelor P f, se foloseşte următoarea metodologie [Căproiu Şt. ş.a.1982]:

Pf= P1+ P2+ P3 P4 ,În care:- P1 este puterea necesară pentru deplasarea frezei;- P2 este puterea necesară pentru tăierea şi desprinderea feliilor de sol;- P3 este puterea necesară pentru aruncarea feliilor de sol, în carcasă;- P4 este puterea de împingere a frezei.Semnul „ ” se ia în funcţie de sensul de rotaţie al rotorului frezei; „- " atunci când rotorul

se roteşte în sens orar şi „+” atunci când rotorul se roteşte în sens trigonometric.

P1= ()

În care:- G, este greutatea frezei, în N;- f , este coeficientul de rezistenţă la rulare , f= 0,15- 0,25;- vm, viteza de deplasare a maşinii, in m/sec, v = (3,5- 8) m/s.Puterea necesară pentru tăierea feliilor de sol se determină cu relaţia:

,

În care:- L, este lucrul mecanic efectuat de un cuţit în procesul de lucru, în N.M;- Zc este numărul de cuţite de pe rotor;- ω, este viteza unghiulară a rotorului, in rad/s. Lucrul mecanic executat de un cuţit în procesul de lucru se calculează cu expresia:

()In care:- s, este pasul frezei, in m ; 4-6 cm în cazul solurilor inţelenite şi s= 10- 12 cm în cazul

solurilor agricole;- a, este adâncimea de lucru a cuţitului, in m; a= 8- 22cm;- b, este lăţimea de lucru a cuţitului, in m ;

22

- ko este rezistenţa solului la frezare, ko= (8- 17).104 N/m2.- Puterea necesară pentru desprinderea aşchiilor este:

()

Puterea necesară pentru aruncarea aşchiilor de sol, este :

P3= ()

În care: - m , este masa de sol aruncată de cuţitele rotorului, în unitatea de timp, în kg/s;- va, este viteza de aruncare a feliilor de sol, care se poate considera aproximativ egală cu

viteza periferică a cuţitelor: va = vp = 3,5- 8 m/s.Masa de sol aruncată de cuţite este:M = Br.a.vm.γ, [kg/s] ( )În care:- Br, este lăţimea de lucru a rotorului frezei, în m;- A , este adâncimea de lucru, în m;- Vm , este masa volumică a solului, în kg/m3.Cu datele de mai sus, relaţia () devine:

, ( )

În general, P3 = (0,1- 0,2) P2.

Fig. 23. Forţele şi momentele care acţionează asupra frezei, în lucru.

În procesul de lucru al frezelor cu rotoare cu axă orizontală, în cazul frezării de sus în jos, fig.4. asupra frezei acţionează următoarele forţe şi momente:

- Gm, greutatea maşinii, in N;- R1 şi R2, reacţiunile în punctele de contact ale roţilor sau patinelor cu solul;- Rr , rezultanta rezistenţelor opuse la tăierea şi desprinderea feliilor de sol, rezistenţă

creată datorit celor za cuţite care acţionează la un moment dat în sol;- Mr, momentul la rotor, transmis prin priza de putere a tractorului;- Mo , momentul rezistent datorită rezistenţelor opuse la tăierea şi aruncarea feliilor de sol

desprinse de cuţite.

23

Considerând că direcţia rezultantei Rr este determinată de unghiul de rotaţie φ= 35-40o şi unghiul ψ= 15- 20o, unghi de poziţie al forţei rezultante Rr faţă de direcţia vitezei periferice a cuţitului, momentul Mo are expresia:

M0 = Rr. b = Rr. R cos ψ ,R fiin raza rotorului frezei.

Acest moment este egal cu momentul MR = transmis la rotor de la priza de putere

a tractorului.Aplicând în punctul O ( axa rotorului) două forţe Rr , egale şi de sens contrar , se constată

că momentul MR este anulat de momentul Rr.b, rămânând neechilibrată o forţă Rr = Rrx + Rry.Componenta Rry micşorează valoarea reacţiunilor R1 şi R2 , iar componenta Rrx acţionează

prin împingere. Ca urmare, o parte din puterea transmisă rotorului pentru efectuarea procesului de lucru este utilizată pentru deplasarea acestuia.

Puterea de împingere P4 este dată de relaţia:

. ( )

Componenta Rrx poate avea valori cuprinse între 2000 şi 6000 N/m şi are un efect de împingere a tractorului deci de scădere a puterii necesare pentru acţionarea agregatului de frezare..

Fig. 24. Freza agricolă cu rotoare cu axa verticală tip AMAZONIA- GERMANIA

24