UNIVERSITATEA TEHNIC

"GHEORGHE ASACHI" DIN IAI

Facultatea de Construcii de Maini i Management Industrial

Catedra de Tehnologia Construciilor de Maini

Ing. Sergiu LUNGU

CONSIDERAII PRIVIND CRETEREA DURABILITII ORGANELOR ACTIVE DE LA MAINILE AGRICOLE PENTRU PRELUCRAT

SOLUL I SEMNAT Teza de Doctorat

- Rezumat - Conductor tiinific:

Prof. Dr. Ing. Drago PARASCHIV

2014

1

2

1. Introducere 1.1. Aspecte generale privind agricultura i mecanizarea acesteia

Agricultura reprezint totalitatea operaiilor i metodelor de cultivare a pmntului i de cretere a animalelor n vederea obinerii de produse vegetale i animale pentru alimentaie, care pot servi drept materii prime pentru industrie sau care pot fi utilizate pentru producerea de energie (biomas). Romnia se clasific ntre primele 6 ri din Europa, avnd o suprafa agricol de 14635500 ha [54] (cu o suprafa specific de 0,65 ha pe cap de locuitor), fiind pe locul 5 ca suprafa arabil (0,45 ha pe cap de locuitor). De asemenea dispune de o suprafa de 4.900.000 ha de puni i fnee, fiind pe locul 7 n Europa, i de o suprafa de 6.800.000 ha de pduri.

Agricultura, mpreun cu silvicultura i piscicultura, au contribuit cu 6,5% la produsul intern brut (PIB) al Romniei n anul 2011[53]. n ce privete mecanizarea agriculturii, la nivelul anului 2010 existau n Romnia 180433 tractoare agricole, 142671 pluguri pentru tractor, 69337 semntori mecanice i 25285 combine autopropulsate pentru recoltat cereale. Suprafaa arabil care revine pe tractor este de 52 ha [53].

Potenialul agricol al Romniei sufer totui, n momentul de fa, din cauza unei frmiri excesive a proprietii, care de multe ori conduce la imposibilitatea practicrii unei agiculturi intensive. Agricultura are o contribuie major n dezvoltarea durabil a economiei i societii prin oportunitile economice i sociale pe care le confer. Agricultura nu constituie doar sectorul care asigur hrana omenirii sau suportul pentru producerea biomasei, ci nsi baza existenei vieii. n acelasi timp, agricultura trebuie s-i asume responsabilitatea proteciei solului i altor resurse ale mediului nconjurtor pe care le poate degrada.

Fr nici o ndoial, producerea hranei depinde de numeroi factori de vegetaie, cum ar fi: lumina, temperatura, aerul, apa, dar calitatea terenului i, implicit, a solului sunt hotartoare.

Agrotehnica, dup Gh. Ionescu ieti, [85] este tiina factorilor de vegetaie i n primul rnd a celor legai de sol, a modului de dirijare a acestora n vederea obinerii unor producii mari i de calitate superioar sau tiina despre sistemul sol-plant. Aceasta nseamn c numeroasele procese care au loc n cadrul acestui sistem vor fi influenate prin lucrrile solului, aciunea erbicidelor, rotaia culturilor i prin aplicarea difereniat a acestora n funcie de condiiile pedoclimatice. Agrotehnica ofer soluii cu aplicaii tiinifice precum i metode practice pentru exploatarea raional a terenurilor arabile, ocupnd unul din principalele locuri privind sporirea fertilitii solului i creterea produciei agricole. Agrotehnica se bazeaz pe noiuni specifice disciplinelor de pedologie, microbiologie, fizic, agrochimie, fiziologie, maini agricole, ecologie, servind n acelai timp ca fundament pentru discipline ca fitotehnia, viticultura, legumicultura, management, economie agrar, etc. Numeroase statistici arat c, pe de o parte, populaia globului este n continu cretere, apreciind c pn n anul 2050 se va ajunge la 9 miliarde locuitori, iar pe de alt parte, suprafaa arabil productiv este n continu scdere, ajungnd doar la 0,10 ha pe

3

persoan [59]. n aceste condiii, capacitatea global de producere a hranei n agricultur va fi pus la ncercare, presiunea exercitat de catre cerinele unei populaii n continu cretere devenind tot mai mari.

Conform cercetrilor Institutului Naional de Pedologie i Agrochimie, n ultima perioad se nregistreaz o serie de factori naturali restrictivi care, din cauza schimbrilor climatice nregistrate pe plan global, se reflect i n ara noastr: secet excesiv frecvent, care se manifest pe 7.100.000 ha, exces periodic de umiditate, n condiiile anului 2005, pe 3.781.000 ha. n acelai timp, 6.300.000 ha sunt puternic sau foarte puternic afectate de eroziune [116]. Degradarea antropic este n continu cretere, reprezentnd un real pericol pentru sntatea ecosistemelor terestre. Rapoarte recente arat c, din cauza diferitelor forme ale degradrii, aproximativ 1 ha de teren productiv este pierdut la fiecare ase secunde, n multe ri atingndu-se valoarea limit a suprafeei disponibile de soluri arabile. De aceea, continua expansiune a agriculturii nu mai este posibil, la nivel mondial rezervele de terenuri productive fiind practic epuizate, suprafaa necultivat nefiind corespunzatoare pentru dezvoltarea unei agriculturi performante. n consecin, trebuie s existe un interes major pentru tehnologii inovative, pentru sisteme de utilizare durabil a terenurilor agricole, care s previn sau s minimizeze degradarea solului, s restaureze capacitatea productiv i procesele vitale ale solurilor degradate. Conceptul de durabilitate n agricultur implic alegerea acelor tehnologii care s nu compromit n viitor deciziile luate n prezent. Managementul durabil al resurselor de sol trebuie s se bazeze pe vechiul ndemn: S lasm generaiilor viitoare terenul agricol ntr-o form mai bun dect l-am primit bazndu-se pe conceptul folosete, mbuntete, restaureaz n ce privete capacitatea productiv a solului [98]. Agricultura durabil are ca obiective majore optimizarea productivitii i, n acelai timp, conservarea resurselor naturale de baz. Aceasta nseamn c, n sistemele de productie agricol se va pastra echilibrul ntre inputuri si outputuri, ntre investiii i beneficii, n condiiile asigurrii calitii mediului nconjurator i ale promovrii, n ansamblu, a unei economii durabile. Creterea nivelului de productivitate a solului i pstrarea unui mediu nconjurator sntos sunt concepte compatibile, n ciuda percepiei promovate pn de curnd, care susinea contrariul. Aceast percepie a fost generat la nceput, n special, de utilizarea exagerat n agricultur a ngrmintelor chimice, pentru asigurarea unor recolte mari i mai ieftine, care, n acelai timp, a condus la consecine grave asupra echilibrului diferitelor elemente din sol, determinnd degradarea i a altor resurse ale mediului nconjurator, cu precdere, calitatea apelor de suprafa i freatice. Dezvoltarea mecanizrii agriculturii, respectiv utilizarea de tractoare i maini agricole din ce n ce mai mari i, implicit, mai grele, avnd avantaje n ce privete productivitatea i eficiena economic, a condus, de asemeni, la apariia, intensificarea i extinderea proceselor de degradare fizic a solului, n special a destructurrii i compactrii antropice. n trile puternic industrializate, politicienii, specialitii i comunitile de fermieri au fost fascinate de tractoarele i mainile agricole puternice, acestea fiind considerate drept un simbol vizibil al progresului fermei moderne, susinndu-se utilizarea acestora n agricultura

4

pe scar larg. Chiar i n agricultura cu resurse reduse din micile gospodrii rneti, tractorul a devenit rapid un simbol al bunstrii, conferind un statut social mai ridicat. Mecanizarea n agricultur, ca i n alte domenii, este asociat cu progresul economic al unei societi prospere.

Intensificarea mecanizrii ns, ca i fertilizarea excesiv, a determinat apariia unei stri conflictuale ntre efectele pozitive imediate ale afnrii i mobilizrii excesive a solului i efectele negative, pe termen lung.

Lucrrile de baz ale solului au efecte pozitive immediate, de necontestat, prin [84]: un bun control al buruienilor, i chiar al diferiilor duntori din sol; facilitarea semnatului; mrirea rugozitii suprafeei solului; eliminarea stratului compact de la suprafa; creterea vitezei de infiltraie a apei n sol i reducerea riscului excesului de ap i a

eroziunii; intensificarea ritmului mineralizrii azotului n procesele de descompunere ale materiei

organice; stimularea rapid a creterii i dezvoltrii plantelor.

Aceste efecte sunt obinute, din pcate, doar pe termen scurt.

Totui, comunitatea tiinific susine c ntre cele dou concepte exist o compatibilitate, care se bazeaz pe faptul c att productivitatea ecosistemelor ct i vulnerabilitatea lor la degradare sunt controlate, practic, de aceiai factori, cum ar fi: climatul, solul, relieful sau topografia, hidrologia, managementul agricol i de aceleai procese.

Asigurarea unui mediu nconjurtor sntos i armonios, adic a calitii solului, apelor, aerului, vegetaiei i hranei n cantitate i calitate suficiente, reprezint drepturi fundamentale ale omului, chiar dac mare parte din populaia globului nu poate beneficia de ele n prezent. Aceasta este o problem deosebit, mai ales n rile i zonele srace, unde domin o agricultur extensiv cu resurse limitate, agricultur de subzisten, chiar primitiv, zone n care i populaia este n continu cretere.

Romnia, dei nu face parte din categoria rilor foarte srace, se confrunt totui cu probleme deosebite, ntruct, pe mari suprafee, tehnologiile agricole sunt extensive, cu resurse limitate, bazndu-se pe nivel minim de mecanizare, pe fora de munc uman i pe traciunea animal. Adesea, aa numitele tehnologii agricole sunt aplicate pe loturi uneori mai mici de 1-2 ha, iar acolo unde sunt utilizate n regim intensiv, n ferme cu suprafee mari, nu sunt ntotdeauna n acord cu specificul local: cu cerina solului fa de lucrare, cu starea sa de umiditate, cu nivelul de aprovizionare cu elemente nutritive, cu cerinele plantelor cultivate, etc.

n agricultura energo-intensiv, cu: lucrare excesiv a solului, maini agricole grele, doze foarte mari de fertilizani minerali i alte produse agrochimice utilizate n combaterea bolilor, duntorilor i buruienilor, este posibil accentuarea i chiar provocarea unor noi forme de degradare a solului i altor resurse. Cele mai raspndite procese negative sunt:

micarea i levigarea n adncime a nutrienilor i a altor compui chimici determinnd contaminarea resurselor freatice, translocarea lor din sol n masa vegetativ i de aici n ntregul lan trofic;

5

creterea excesiv a strii de compactitate a solului, a excesului de ap de suprafa i a riscului de eroziune;

creterea emisiilor din sol, conducnd la degradarea i nclzirea global a atmosferei. Nu se poate neglija nici influena negativ a sistemului tehnologic agricol asupra modificrii i reducerii biodiversitii din cauza modului excesiv de afnare a solului, eliminrii resturilor vegetale de la suprafa, fertilizrii minerale excesive, scderii coninutului de materie organic din sol i degradrii acesteia.

Astzi se accept unanim la nivelul forurilor tiinifice c agricultura poate s aib un impact negativ major asupra diferitelor resurse ale mediului nconjurtor, indiferent de nivelul dezvoltrii sociale. De aceea, agricultura trebuie s-i asume i responsabilitatea pentru protecia, ameliorarea i conservarea strii de calitate a resurselor pe care le afecteaz. Aceasta se poate realiza doar printr-o strategie la nivel naional i printr-o legislaie coerent i adecvat, care s i ncurajeze i s i stimuleze pe cei care procedeaz corect, dar, n acelasi timp, s-i sancioneze pe cei care greesc.

Numeroase studii i cercetari pe plan international, dar i n ara noastr, au aratat c ntre sistemele tehnologice agricole de cultivare a plantelor, starea mediului nconjurator, nivelul dezvoltrii economice i calitatea vieii exist o strns relaie de interdependen.

Continua intensificare a agriculturii va spori efectele negative asupra mediului nconjurator prin degradarea diferitelor sale componente: sol, atmosfer, ape de suprafa i de adncime, etc., afectnd dezvoltarea i promovarea economiei durabile i a unei societi snatoase.

O problem deosebit este cea care are loc n zonele cu climat mai uscat, unde lucrarea intensiv a solului i ndepartarea resturilor vegetale contribuie la pierderea coninutului de ap din sol, accetund procesele de secet i deertificare.

De aceea, obiectivul managementului agricol durabil trebuie s vizeze minimizarea i chiar eliminarea efectelor negative ale intensificrii agriculturii. Privintor la resursa edafic, utilizarea durabil presupune reducerea, pna la eliminare, a impactului negativ al proceselor de degradare, creterea capacitii de rezilien a solului i restaurarea strii sale de calitate.

Factorul hotartor al strii de calitate a solului i n acelai timp, cea mai important surs de nutrieni pentru plante, n special pentru zonele care practic agricultura cu resurse limitate, de subzistent, este carbonul organic. n consecin, diferitele sisteme tehnologice agricole trebuie s-i impun, prin verigile lor tehnologice, sporirea i conservarea materiei organice, adic a rezervei de humus de calitate din sol.

n politicile agrare ale diferitelor ri, cu precdere n ultimii 50 de ani, au fost depuse eforturi uriae pentru modernizarea agriculturii n scopul sporirii productivitii, al creterii aportului agriculturii la dezvoltarea economic, dar, din pcate, tocmai aceast dezvoltare a fost nsoit de o multitudine de efecte negative grave asupra mediului nconjurtor.

n Uniunea European se apreciaz c aproape 30 % din teritoriu este destinat silviculturii i 50,5 % agriculturii[32]; cel mai raspndit sistem de agricultur, aproape generalizat, fiind cel convenional. Acesta este caracterizat prin lucrri de afnare i prelucrare excesiv a solului cu ntoarcerea brazdei, eliminarea total a resturilor vegetale de la suprafa sau chiar arderea miritii, fertilizare intens i rotaii scurte.

Intensificarea i industrializarea agriculturii convenionale de-a lungul unei perioade de timp relativ ndelungate a contribuit substanial la accelerarea degradrii diferitelor componente ale mediului nconjurator, crescnd riscul deertificrii n zonele vulnerabile.

6

Prima i cea mai simpl msur pentru protecia mediului nconjurtor luat n diferite state ale lumii, inclusiv de ctre rile Uniunii Europene, a fost interzicerea prin lege a arderii resturilor vegetale de la suprafaa solului dup efectuarea recoltrii culturilor agricole i pstrarea lor n mare parte la suprafaa solului. Desigur, aceasta masur a creat agricultorilor numeroase probleme, mai ales la semnat, dar s-a considerat a fi benefic din alte puncte de vedere.

De asemenea, n ultimele decade au avut loc modificri semnificative ale modului de utilizare a solului, nregistrndu-se progrese importante n tehnicile corespunztoare sistemului tehnologic agricol pentru conservarea solului i apei.

La ora actual exist un interes deosebit pentru sistemul de agricultur conservativ care permite gospodrirea mai eficient a resturilor vegetale, asigur pe termen lung folosirea durabil a terenului, prevenind i minimiznd degradarea solului, prin restaurarea att a capacitii sale productive i de rezilien, ct si a proceselor de suport ale vieii.

Agricultura conservativ este privit drept un concept holistic al produciei vegetale, care ia n considerare toate componentele sistemului tehnologic agricol: lucrrile solului, managementul resturilor vegetale, rotaia culturilor, fertilizarea, irigarea, protecia culturilor, recoltarea i transportul.

Agricultura conservativ exclude lucrarea convenional a solului prin aratur cu ntoarcerea total a brazdei, impunnd ca suprafaa solului n tot cursul anului s fie acoperit i astfel protejat printr-un covor vegetal viu sau mulci vegetal.

Sunt necesare n acest caz asolamente de lung durat, incluznd culturi amelioratoare (Lolium multiflorum, specii de Medicago sau Trifolium, plante contrastante, cum sunt cerealele, alturi de leguminoase fixatoare de azot i crucifere), pe fondul unei fertilizri moderate i echilibrate i a unui control eficient al buruienilor, bolilor i duntorilor[17].

Se apreciaz c doar o astfel de agricultur poate contribui pe termen lung la mbuntirea i conservarea diferitelor resurse de mediu, inclusiv a biodiversitii, conducnd la dezvoltare social durabil.

O astfel de agricultur poate fi promovat, din pcate, doar n ri sau zone care dispun de resursele naturale i tehnico-financiare necesare, dar, n acelai timp, i de politici i strategii agrare corespunztoare, i, nu n ultimul rnd, de un nivel ridicat de know-how.

Agricultura conservativ, ca form a agriculturii durabile, ar trebui s devin o component a oricrei strategii i politici agrare i de protecie a mediului nconjurtor, ce prevede asigurarea pe termen lung a hranei i apei de calitate, n cantiti suficiente i la preuri rezonabile pentru ntreaga populatie.

Agricultura durabil, ca i degradarea solului, sunt concepte complexe, care au nc valoare subiectiv, ntelegerea conceptual depinznd de modul cum utilizatorii termenilor privesc efectele imediate sau cele pe termen lung.

n contextul actual, agricultura durabil implic o tendin de cretere a productivitii pe locuitor i pe unitatea de consum a resurselor limitate, ori pe unitatea de sol degradat sau pe alt caracteristic de mediu.

Problema cea mai dificil nu const n creterea productivitii pe locuitor, ci n maximizarea, de exemplu, a productivitii pe unitatea de sol degradat, erodat, pe unitatea de energie utilizat, pe unitatea de reducere a carbonului n sol, pe unitatea de consum a apei freatice, pe unitatea de cretere a concentraiei n nitrai, fosfai sau ali poluani n apele naturale.

7

Se arat [17] c durabilitatea n agricultur depinde de productivitatea i schimbrile care au loc n sol i n mediul nconjurator, evaluarea i caracterizarea agriculturii durabile putnd fi realizat cu ajutorul indicelui agriculturii durabile Id:

Id = f (Pi Sp Ac Cs) (1.1)

unde: Pi - capacitatea productiv pe unitatea de resurs limitat; Sp - modificarea produs n proprietile solului sau n procesele vitale; Ac - reducerea resurselor de ap sau modificarea calitii apei; Cs - degradarea factorului climatic cu efecte posibile de lung durat.

Productivitatea agricol este, astfel, intim legat de sol ca resurs limitat i

neregenerabil, cel putin la unitatea de timp raportat la perioada unei viei umane, impunnd pstrarea nealterat a calitilor sale initiale, prin toate mijloacele tehnologice posibile.

Solul este considerat ca fiind resursa natural de baz a sistemului agricol eficient, productiv, durabil, fiind n acelai timp, limitat i mai complex dect aerul i apa, reprezentnd suportul esential al vietii.

Din cauza adepilor tehnologiilor moderne intensive, presiunea antropic exercitat asupra solului a crescut foarte mult prin intensificarea mecanizrii i utilizrii mainilor agricole tot mai mari, mai grele i mai rapide, a folosirii excesive a ngrmintelor minerale puternic active destinate creterii imediate a concentraiei elementelor nutritive din sol i stimulrii dezvoltrii rapide a plantelor.

Cu ct cerinele umanitii au devenit mai mari, cu att sistemele tehnologice agricole i-au intensificat activitatea i efectele lor negative asupra proceselor din sol au devenit mai severe.

Capacitatea de rezilien reprezint una dintre cele mai importante si complexe caracteristici ale solului, care implic abilitatea sa de a reaciona ca un corp elastic dac este supus unei fore sau actiuni, revenind la forma sa iniial.

Capacitatea de rezilien a solului depinde de o multitudine de factori i procese. Solul, fiind o entitate mineral-organic i dinamic, are capacitatea de a-i reface procesele sale vitale, degradate prin anumite activiti antropice, dac acestea nu au fost drastice i dac perioada de timp parcurs dupa ncetarea aciunii lor este suficient de ndelungat.

Totui, n anumite condiii, solul poate suferi i procese ireversibile prin degradare, dac presiunea exercitat asupra sa este foarte sever i procesele sale vitale sunt complet distruse.

Capacitatea de rezilien a unui sol depinde de raportul care se stabileste ntre capacitatea sa de refacere i cea de degradare. Acestea, la rndul lor depind, de intensitatea degradrii proceselor sale vitale ca urmare a perturbaiilor antropogene, de tipul i intensitatea proceselor naturale de refacere, ca i de activitatea tuturor organismelor care convieuiesc n sol, construind un mediu favorabil, adic acea capacitate de tamponare biologic, incluznd abilitatea sa de autorefacere.

Aceasta caracteristic a solului, ca resurs natural, de autoregenerare are o importan vital nu numai pentru dezvoltarea agriculturii, a proteciei mediului, dar i pentru nsui progresul durabil al societii.

8

1.2. Aspecte generale privind durabilitatea mainilor agricole

Calitatea produselor i serviciilor este un indicator de baz al oricrei ramuri industriale.

Definiia calitii, n conformitate cu standardul internaional ISO 8402-1995 [6], este: Calitatea este ansamblul de caracteristici ale unei entiti, care i confer acesteia

aptitudinea de a satisface necesiti exprimate i implicite". Fiabilitatea fiind, alturi de ali de indicatori, o component a calitii, trebuie s fie n

atenia tuturor factorilor care determin bunul mers al societii. Fiabilitatea este probabilitatea ca sistemele, produsele sau prile componente ale

acestora s-i ndeplineasc funciile pentru care au fost proiectate fr a se defecta, n condiii specificate, pentru o anumit perioad de timp i cu un nivel de ncredere dat.

Din perspectiva aspectelor fizico-mecanice ale fiabilitii mainilor agricole, i ale organelor lor active, cea mai important cauz care contribuie la pierderea capacitii lor funcionale o reprezint uzura pieselor prin frecare. Un alt aspect fizico-mecanic al fiabilitii utilajelor agricole l reprezint starea limit a pieselor i articulaiilor; aceasta constituind elementul de baz n aprecierea potenialului pieselor i mainilor respective, precum i a normelor de consum de piese de schimb.

Fiabilitatea poate fi apreciat printr-o serie de indicatori de baz, respectiv: timpul de bun funcionare, mentenabilitatea, reparabilitatea, durabilitatea, i cderea pieselor. Principalul indice de fiabilitate, care ofer o imagine clar i edificatoare asupra calitii execuiei i ntreinerii mainilor agricole este timpul de bun funcionare. n calcularea indicilor de baz ai fiabilitii sunt folosite legi de repartiie teoretice, care permit determinarea acestora, ns pentru mulimea de maini din acelai tip i din aceeai serie de fabricaie.

De asemenea, fiabilitatea poate fi considerat i un indicator de pre pentru echipamentele agricole. Astfel, o fiabilitate ridicat nseamn cheltuieli mai mici cu mentenabilitatea oricrui echipament. Dei este o noiune foarte veche, fiabilitatea ca teorie s-a constituit n ultimele decenii, fiind ntr-o continu dezvoltare. Teoria fiabilitii este o tiin interdisciplinar care se refer la un cerc larg de probleme privind toate etapele de existen a unui produs (proiectare, fabricare, transport, montare, exploatare, dezafectare, etc.).

Termenul de fiabilitate provine din francez, "fiabilit", unde caracterizeaz securitatea funcionrii, msura probabilitii de funcionare n condiii prescrise. Are corespondent n limba englez "reliability" (demn de ncredere).

Noiunile de fiabilitate i de inginerie a fiabilitii au un neles foarte larg. Bazele fiabilitii unui produs se pun n perioada de concepie proiectare, cnd i se

stabilete structura i se dimensioneaz elementele sale. Fiabilitatea se asigur n procesul de fabricaie prin alegerea corect a proceselor i utilajelor tehnologice, prin respectarea regimurilor i condiiilor de fabricaie, prin control riguros pe faze a calitii materiilor prime i materialelor fabricate.

Fiabilitatea se menine prin utilizarea unor metode adecvate de conservare, transport, punere n funciune i exploatare.

Teoria fiabilitii a aprut n momentul n care s-a dovedit c metoda ciclic (proiectare - realizare prototip - testare - reproiectare) nu mai corespunde datorit sistemului accelerat de dezvoltare a tiinei i tehnicii i deci a uzurii morale rapide a produselor.

9

Motorul preocuprilor de cunoatere n domeniul fiabilitii produselor are un substrat economic ferm. Utilizatorul va fi totdeauna interesat n produse de fiabilitate mai mare, existnd ns, aa cum rezult n continuare, un nivel optim de fiabilitate att pentru productor, ct i pentru utilizator, ultimul fiind mai mare.

Obiectivele fiabilitii sunt: studiul defeciunilor (cauze, procese de apariie i dezvoltare, metode de combatere); aprecierea cantitativ a comportrii produselor n timp, ca funcie de factorii de

influenare interni i externi; stabilirea metodelor i modelelor de calcul i de prognoz a fiabilitii, pe baza

ncercrilor specifice i a urmririi comportrii n exploatare a produselor; stabilirea metodelor constructive tehnologice i de exploatare pentru

meninerea i creterea fiabilitii sistemelor, dispozitivelor i elementelor componente;

stabilirea metodelor de selectare i prelucrare a datelor privind fiabilitatea produselor;

determinarea valorilor optime pentru indicatorii de fiabilitate. Creterea complexitii sistemelor tehnice, a gradului lor de implementare social,

intensificarea regimurilor lor de lucru face ca studiul fiabilitii acestora s ctige tot mai mult n importan. n general, efectele defectrii unui element au consecine infinit mai mari dect costul elementului. De fiabilitatea produsului depinde productivitatea muncii, calitatea produciei i n unele cazuri chiar sntatea i viaa oamenilor.

Efectele economice ale lipsei de fiabilitate a produselor sunt evideniate de urmtoarele aspecte:

costul reparaiilor n materiale i for de munc (poate atinge pn la 9 % din fora de munc);

nerealizarea produciei (6 % din timp pentru utilaje complexe); Limitele studiior de fiabilitate pot fi regsite n lipsa datelor de intrare sau ieire,

rezultnd din: - nivelul redus al civilizaiei industriale; - viteza mare de rennoire a produselor; - complexitatea modelelor matematice.

Depirea acestor limite se rezolv prin optimizare. Durabilitatea organelor active ale mainilor agricole reprezint un criteriu al fiabilitii

acestora i este dependent de proprietile fizico-chimice ale solului prelucrat, de structura i proprietile materialelor din care sunt executate aceste organe, precum i de condiiile de prelucrare (degroare i finisare), de tratamentele termice, termochimice sau de acoperirile de suprafa aplicate.

O proiectare satisfctoare trebuie s aib n vedere o funcionare n bune condiii a piesei sau utilajului pe toat durata ciclului de via. Funcionarea nesatisfctoare se traduce printr-o degradare n timp, care n cazuri extreme, poate conduce la rupere [12, 44]. Aceast degradare poate fi rezultatul diferitelor procese de deteriorare i se pot distinge:

- Ruperea din cauza eforturilor sau deformaiilor excesive aplicate. Structura piesei se deformeaz anormal i se poate rupe. Originea acestei degradri este dat de calitatea

10

materialului sau de dimensiunile piesei sau de apariia n timpul prelucrrii solului a unor eforturi pentru care structura respectiv nu a fost proiectat;

- Ruperea prin oboseal sub aciunea unor eforturi ciclice care apar n timpul prelucrrii solului din cauza rezistenei neuniforme a acestuia;

- Coroziunea materialului piesei ntr-un mediu de lucru cu agresivitate chimic, electrochimic (pitting) sau biologic, cum este solul, cu alterarea proprietilor , care conduce n final la rupere;

- Degradarea prin frecare, ocuri, etc. care deterioreaz piesa prin uzur. Aceste fenomene pot fi cuplate. De exemplu, coroziunea favorizeaz apariia microfisurilor, de la nivelul crora se poate propaga o fisur prin oboseal. Dac se elimin, ntr-o prim faz, efectul uzurii i coroziunii, se pot distinge n principal dou tipuri de comportament ce conduc la moduri de rupere diferite: comportamentul fragil i comportamentul ductil. Ruperea prin oboseal reprezint un caz particular, studiat n special la metale i pentru care mecanismele de fisurare sunt n principal de natur plastic. Definiia unei fisuri poate fi urmtoarea[21]: o suprafa de discontinuitate adeplasrilor i tensiunilor care poate fi supus sau nu la solicitri exterioare (de exemplu presiunea solului asupra organelor active ale mainilor de prelucrat solul i semnat). 1.3. Obiectivele cercetrii n cadrul actualei teze s-a urmrit atingerea urmtoarelor obiective de cercetare: 1. Studierea solului, ca obiect i mediu de lucru pentru organele active ale mainilor agricole, cu evidenierea proprietilor solului care au efect asupra durabilitii organele active. Pentru realizarea acestui obiectiv s-au relevat aspectele generale privind solul ca mediu de cretere a plantelor, s-a prezentat clasificarea solurilor, cu identificarea tipurilor de sol din Romnia, s-a fcut o prezentare a structurii solului, cu evidenierea cauzelor care provoac degradarea structurii solului i mijloacele pentru meninerea i refacerea acesteia. De asemenea s-au studiat proprietile solului care au efect asupra durabilitii organelor active ale mainilor agricole cum sunt corozivitatea solului i rezistena solului la penetrare. S-au prezentat metodele de msurare a rezistenei la penetrare a solului, evideniindu-se modul de msurare a rezistenei solului cu penetrograful, metod care a fost folosit n determinrile experimentale prezentate n tez. 2. Studierea lucrrilor solului care se realizeaz cu ajutorul mainilor agricole i a organelor active ale acestora. Pentru atingerea acestui obiectiv s-a relevat importana lucrrilor solului, s-au prezentat sistemele de lucrare a solului i s-au evideniat procesele tehnologice ce se produc n sol n timpul executrii lucrrilor solului. De asemenea s-a realizat o clasificare a lucrrilor solului evideniindu-se mainile i organele active cu care aceste lucrri se execut. 3. Studierea materialelor care se utilizeaz pentru construcia organelor active ale mainilor agricole de prelucrat solul i semnat i a modalitilor de cretere a durabilitii acestora. Pentru realizarea obiectiv s-au prezentat consideraii privind durabilitatea organelor active ale mainilor agricole. au fost studiate coroziunea i protecia anticoroziv a metalelor i aliajelor. Au fost trecute n revist materialele utilizate pentru construcia organelor active ale mainilor agricole. De asemenea s-au prezentat tratamente termochimice clasice care se aplic organelor active ale mainilor agricole n scopul creterii durabilitii acestora. Au fost expuse

11

i tehnologiile moderne de urificare a elementelor active cum ar fi: depunerea chimic de vapori (CVD), depunerea fizic de vapori (PVD) i acoperirile prin pulverizare termic (procese de metalizare). 4. Stabilirea fundamentelor modelrii i simulrii matematice a organelor active ale mainilor agricole i a ncrcrilor acestora. Pentru atingerea acestui obiectiv a fost expus modelarea asistat de calculator a organelor de tiere a solului, au fost prezentate forele care acioneaz asupra organelor active de tiere a solului, modelarea clasic a ncrcrilor organelor active precum i simularea numeric prin metoda elementelor finite a ncrcrilor organelor active ale mainilor agricole pornind de la starea de tensiuni i deplasri n cazul tridimensional. De asemenea a fost prezetat i calculul la solicitri variabile (oboseal). Tot aici a fost expus i modelarea statistic a datelor experimentale. 5. Realizarea de determinri experimentale ale rezistenei solului pentru evaluarea solicitrilor la care sunt supuse organele active. n scopul atingerii acestui obiectiv au fost realizate determinri experimentale de rezisten la penetrare a solului cu ajutorul unui penetrograf i s-a realizat modelarea statistic a datelor experimentale. S-a realizat un studiu comparativ al unor funcii de regresie i al coeficienilor de determinare ale acestora pentru a se stabili care modeleaz mai bine variaia presiunii de penetrare a solului. 6. Realizarea de studii de modelare i simulare pentru creterea durabilitii organelor active ale mainilor agricole de prelucrat solul i semnat. Pentru atingera acestui obiectiv au fost realizate modele solide ale unor organe active: un cuit reversibil de cultivator; un brzdar de plug i cuit de extirpare pentru cultivator s-au realizat studii de caz pentru simularea ncrcrilor acestor organe active i evaluarea rezistenei lor la solicitri statice i la oboseal, n scopul creterii durabilitii, prin metode clasice i prin metoda elementelor finite, folosind datele privind rezistena solului determinate anterior. 7. Realizarea de studii asupra creterii capacitii de tiere a organelor active de la mainile de prelucrat solul i semnat. n scopul atingerii acestui obiectiv s-a realizat un studiu de caz privind creterea capacitii de tiere a prin metalizare n jet de plasm cu nichel a lamelor tietoare a unor cuite de extirpare. S-a realizat testarea la uzur a unui set de cuite acoperite cu nichel n comparaie cu un set de cuite neacoperite, realizndu-se analiza statistic comparativ a datelor de uzur.

12

2. Solul, ca obiect i mediu de lucru pentru organele active ale mainilor agricole

2.1. Aspecte generale privind solul ca mediu de cretere a plantelor

tiina care studiaz geneza, evoluia, structura i distribuia solurilor se numete pedologie [17,98,111,116]. Solul este partea superioar, afnat a litosferei, aflat ntr-o continu evoluie sub influena factorilor pedogenetici, reprezentnd stratul superficial al scoarei Pmntului n care se dezvolt viaa vegetal. Structura i compoziia chimic a solului depind de condiiile n care s-a format (natura rocii pe care s-a format, condiiile climatice, natura vegetaiei, etc.). Partea lui anorganic este format mai ales din silicai, carbonai i silice liber, iar partea organic din humus.Stratul fertil al solului conine nutrieni i este alctuit din humus i din loess. El poate proveni i din mulci. Un sol lipsit de o cantitate suficient de nutrieni de numete oligotrofic. Humusul reprezint un complex de substane organice de natur vegetal i, mai puin, animal, n anumite stadii de transformare natural prin procese esenial biochimice de descompunere i de sintez. Partea principal a humusului o reprezint acizii humici.

Loessul reprezint o roc sedimentat detritic de origine eolian, nestratificat, cu pori mari, constituit din particule foarte fine, silicoase i argiloase, care ader ntre ele n urma presiunilor la care au fost supuse, i, uneori este slab cimentat cu calcar fin, rspndit n masa rocii.

Mulci (din englez mulch) reprezint un strat de materie organic, cum ar fi paie, frunze, resturi vegetale, rumegu etc. El este aplicat pe suprafaa solului pentru a pstra umiditatea prin scderea evaporrii i pentru a mpiedica creterea buruienilor. De asemenea, mulciul poate asigura, prin descompunere, substanele nutritive necesare plantelor, previne infiltraiile care favorizeaz eroziunea solului i mpiedic nghearea suprafeei solului. Profilul de sol, denumit i profil pedogenetic, este constituit dintr-o succesiune de orizonturi pedogenetice de la suprafaa terenului pn la roca de solificare. Solul apare structurat n straturi paralele. Aceste straturi s-au format n decursul procesului de pedogenez i sunt denumite orizonturi pedogenetice. Principalii indicatori ai orizontului pedogeneticsunt: grosimea, textura, culoarea, prezena scheletului, structura, umiditatea, plasticitatea, prezena de neoformaiuni, tipul de humus i volumul edafic util. Profilele pedogenetice se deosebesc ntre ele prin gradul de dezvoltare a profilului estimat dup numrul de orizonturi, intensitatea de bioacumulare; dup gradul de difereniere; dupa gradul de individualizare apreciat. Aciunea agenilor externi, mai ales a apei, produce deplasri de substane n interiorul unui sol, conducnd n cazul celor mai multe soluri la formarea aa numitelor orizonturi. Orizontul reprezint un strat dintr-un sol care se deosebete de straturile ntre care este intercalat prin anumite proprieti datorate proceselor de formare. Succesiunea i felul orizonturilor caracterizeaz tipurile de sol. Pedologii noteaz aceste orizonturi prin litere: A; E; B; C; etc. i cu indici adugai literelor, dac fiecare orizont poate fi divizat la rndul su n suborizonturi: A1, B1, etc. Formarea nveliului de sol depinde de urmtorii factori naturali :

13

tipul de roc din scoara terestr care este supus procesului de alterare fizico-chimic; condiiile de clim, adic regimul de temperaturi i precipitaii; vegetaia i fauna specific zonei; resursele de ap; timpul de evoluie.

Un sol evoluat, care a avut timpul i condiiile necesare pentru elaborarea lui, prezint urmatoarea succesiune a orizonturilor: A; E; B; C; R. n cazul solurilor mai puin evoluate unele dintre aceste orizonturi lipsesc i succesiunea ar putea fi : A; B; R sau A; C; R i chiar A; R.

2.2. Clasificarea solurilor Solul ngheat permanent sau temporar se numete gelisol[86]. Partea de dedesubt, ce rmne ngheat permanent, se numete pergelisol sau permafrost. Partea de la suprafa, care se dezghea vara, se numete molisol. Zonele de pe glob care sunt afectate profund de nghe formeaz criolitozona. n zonele cu pergelisol gros, procesul repetat nghe-dezghe d natere la un microrelief dispus anarhic (similar carstului) numit criocarst sau termocarst. De studiul gelisolului se ocup geocriologia.

Alte tipuri de soluri sunt:

Sol aluvionar - tip de sol cu o structur foarte variat ce apare pe luncile inundabile. Sunt soluri foarte productive, bogate n nutrieni;

Sol azonal - soluri de evoluie incipient, fr orizonturi distincte, formate pe depozite recente, rspndite pe mici areale;

Sol calcimorfic - Tip de sol aflat deasupra unui strat bogat n calciu; Sol hidromorfic - Tip de sol ale crui procese pedologice sunt dominate de prezena

unei cantiti abundente de ap.

2.2.1. Clasificarea american Prezentat iniial n 1960 i definitivat n 1975, sub denumirea de Soil Taxonomy, i mbuntit n 1999, constituie poziia oficial a Departamentului Agriculturii din Statele Unite n domeniul clasificrii solurilor[32]. n cadrul clasificrii americane se intalnesc 11 ordine. Cu toate c sistemul de clasificare american a declanat numeroase critici, el s-a impus destul de repede n lumea tiintific, prezentnd o serie de avantaje. 2.2.2. Clasificarea FAO-UNESCO Nu reprezint un sistem taxonomic n sine [32,86]. Ea este o list a principalelor uniti de sol i poate fi considerat drept o clasificare monocategorial. Definiia unitilor de sol se bazeaz pe proprietile observabile i msurabile ale solului nsui, fapt care asigur caracterul naturalistic i obiectiv al clasificrii. Legenda FAO-UNESCO, n ediia revizuit din 1998, cuprinde 28 de grupri majore de sol subdivizate la nivelul 2 n 153 de uniti.

14

2.2.3. Baza Material de Referin pentru Resursele de Sol BMRRS sau WRB for SR (n englez - World Reference Base for Soil Resources) [86] urmrete ndeaproape nomenclatura FAO-UNESCO[32] far s se identifice ns cu aceasta. BMRRS ncorporeaz ultimele nouti referitoare la resursele globale de sol i relaiile dintre acestea. Sunt propuse 30 de grupe majore de sol: histosoluri, antrosoluri, leptosoluri, criosoluri, vertisoluri, fluvisoluri, solonceacuri, gleisoluri, andosoluri, podzoluri, albeluvisoluri, feralsoluri, plintosoluri, planosoluri, soloneturi, cernoziomuri, kastanoziomuri, faeoziomuri, gipsisoluri, calcisoluri, durisoluri, alisosoluri, nitisoluri, acrisoluri, luvisoluri, lixisoluri, umbrisoluri, cambisoluri, arenosoluri, regosoluri. Fig. 2.1

Principalele tipuri de soluri din Europa [32]. 2.2.4. Sistemul Romn de Taxonomie a Solurilor n anul 2003 [41,115] s-a adoptat o clasificare modern intitulat Sistemul Romn de Taxonomie a Solurilor (SRTS), elaborat de Institutul de Cercetri pentru Pedologie, clasificare care este n concordan cu cerinele cuprinse in World Reference Base for Soil Resources [32]. Sistemul Romn de Taxonomie a Solurilor are la baz trei uniti taxonomice: - Clasa de sol, grupeaz solurile cu acelai orizont diagnostic. S-au difereniat 12 orizonturi de soluri a caror denumire se d in funcie de orizontul caracteristic. - Tipul de sol, unitate inferioar clasei, grupeaz solurile care se disting prin acelai tip de procese pedologice i aceeai succesiune de orizonturi. - Subtipul de sol difereniaz solurile n funcie de prezena sau absena unor orizonturi de tranziie ntre dou tipuri.

15

2.2.6. Tipurile de sol din Romnia n Romnia se regsesc aproape toate tipurile de sol existente n lume (vezi fig.

2.2)[55], din acest punct de vedere ara noastr putnd fi considerat un real muzeu natural de soluri. Cam 75% dintre tipurile de sol care exist n lume se regsesc i n Romnia, chiar dac suprafaa este relativ mic. Aceasta se datoreaz diversitii cadrului natural, a reliefului, a varietii rocilor.

Statisticile n domeniu arat c Romnia st nc bine la capitolul fertilitii solurilor, n condiiile n care aceast proprietate se afl ntr-o continu scdere. Pe plan mondial, solurile au o fertilitate redus sau foarte redus pe 62% din suprafaa total, 27% dintre soluri au o fertilitate moderat i numai 11% o fertilitate ridicat. n Romnia, numai 52% dintre soluri au o fertilitate redus i foarte redus, fertilitatea moderat existnd pe 20,7% din soluri, iar ridicat i foarte ridicat pe 27,3%.

Fig. 2.2 Tipurile de soluri din Romnia [55].

2.3. Structura solului O condiie esenial pentru obinerea de recolte mari pe unitatea de suprafa o constituie fertilitatea solului.

16

Fertilitatea solului, ca noiune general, reprezint nsuirea solului de a asigura plantele cu ap i substane nutritive pe tot parcursul perioadei de vegetaie.

Elementul de baz al fertilitii l constituie structura solului [1] care influeneaz nu numai condiiile fizice, aeraia i regimul de hran ci i accesibilitatea substanelor hrnitoare pentru plante, descompunerea materiei organice din sol i toat activitatea microbiologic.

Prin structura solului se nelege modul de grupare i aezare la un loc, n agregate, a elementelor granulometrice elementare. Aceste particule elementare se leag ntre ele prin coloizi organici, organo-minerali, respectiv prin humus, argil, hidroxizi de aluminiu i fier, etc.

Principalele tipuri morfologice de agregate structurale [1,116] ntlnite la solurile structurate din ara noastr sunt urmtoarele (vezi fig. 2.3):

Fig. 2.3 Principalele tipuri de structuri ale solurilor [116]. Structura solului influeneaz asupra porozitii acestuia. Astfel, ntr-un sol cu structur stabil se realizeaz un raport favorabil ntre porozitate i faza solid i anume de 1:1, iar n cadrul porozitii se realizeaz un raport favorabil ntre porii capilari (70%) i porii necapilari (30%). Aceast porozitate ideal asigur o capacitate suficient de ridicat de acumulare att pentru ap ct i pentru aer, o circulaie bun a apei, un schimb activ de gaze ntre sol i atmosfer, o coeziune moderat a solului. Un sol normal, cu un raport optim ntre porozitatea capilar i necapilar, se spune c este elastic, datorit aerului care ptrunde ntre agregate, precum i a CO2, rezultat n urma descompunerii materiei organice din sol. Coeziunea solului reprezint fora de atracie care se manifest ntre particulele de sol de aceeai constituie sau de constituii diferite. Ea crete de la solurile cu structur glomerular, poroase, la solurile argiloase, nestructurate. Solurile cu structur, avnd o

17

coeziune mic, se lucreaz uor, fr consum mare de energie, iar brazda n urma plugului se revars i se mrunete uor.

Adeziunea solului reprezint proprietatea solului de a adera la piesele active ale uneltelor agricole. Solurile umede cu structur de agregate stabile se caracterizeaz prin adeziune redus i ca urmare opun o rezisten mai slab n timpul lucrului. Se apreciaz c la solurile structurate adeziunea scade la circa fa de cea a solurilor cu structur pulverulent. 2.3.1. Cauzele care provoac degradarea structurii solului Acestea pot fi grupate n [1,98]: cauze mecanice, cauze fizico-chimice i cauze biochimice. 2.3.2. Mijloace pentru meninerea i refacerea structurii solului Introducerea asolamentelor raionale cu plante care pot pstra i mbunti structura solului ce alterneaz cu plante ce refac i pstreaz mai slab structura[98]. Aceste aspecte depind de felul sistemului radicular al plantelor, de durata perioadei de vegetaie, de lucrrile solului, de ngrmintele folosite etc. Un rol deosebit l au gramineele i leguminoasele perene, care determin mbuntirea stabilitii hidrice a structurii solului cu 5-25%. Un rol important n refacerea structurii l are i mbogirea solului cu materie organic proaspt (nehumificat) prin aplicarea ngrmintelor verzi i a gunoiului de grajd semifermentat. Prin descompunerea materiei organice de ctre microorganisme, se formeaz substane organice aglutinate de tipul polizaharidelor, care stabilizeaz agregatele existente i nlesnesc formarea de noi agregate. mbuntirea structurii solului se poate realiza i prin aplicarea amendamentelor de calciu pe solurile acide, a gipsului i fosfogipsului pe srturi.

Calciul contribuie la coagularea coloizilor i formarea agregatelor n care predomin microagregatele. Lucrarea raional a solului, acoperirea ct mai prelungit a acesteia printr-un covor vegetal dens, printr-un strat de materiale organice sau alt strat protector, cu caracter de mulci, constituie de asemenea mijloace pentru meninerea i refacerea structurii solului. Structura solului poate fi refcut i pe cale artificial, folosind diferite substane sintetice numite criliumuri, dar ntruct acestea sunt costisitoare deocamdat, procedeul nu s-a extins n producie.

2.4. Corozivitatea solului

Corozivitatea solului [29] este afectat de coninutul de ap; gradul de aerare; nivelul pH-ului, temperatur; coninutul de sruri i de activitatea biologic. Dimensiunea particulelor de sol joac i ea un rol, prin aceea c particulele mai mici vor reine apa i vor avea un coninut mai redus de oxigen n timp ce particulele mai mari vor avea un coninut mai redus de ap i unul mai bogat de oxigen. Un factor important n cultura plantelor i avnd influen asupra durabilitii organelor active ale mainilor agricole este aciditatea solului. n ara noastr solurile sunt acide, i n unele cazuri trebuie corectate. Aciditatea solului se datoreaz, n general, ionilor de hidrogen i ionilor de aluminiu.

18

Aciditatea solului reprezint nsuirea solului, splat de baze, de a se comporta ca un acid slab, prin eliberarea n soluie a ionilor de hidrogen. Aciditatea poate fi actual, reprezentnd concentraia n ioni de hidrogen a soluiei solului, i potenial (sau hidrolitic, de schimb), reprezentnd totalitatea ionilor de hidrogen deplasai din sol la tratarea cu soluia unei sri.

Determinarea aciditii solului servete la stabilirea necesitii de amendament calcaros. Aciditatea sau bazicitatea sunt indicate de pH-ul solului [28] care reprezint logaritmul zecimal, cu semn schimbat, al concentraiei active a ionilor de hidrogen din suspensia solului, i a fost introdus de Sorensen, n anul 1909.

Cnd pH-ul este mai mic dect 7 solurile sunt acide iar cnd valoarea pH-ului are valori ntre 7-14 solurile sunt bazice.

Cunoaterea valorii pH-ului are mare importan n nutriia plantelor, ntruct fiecare specie prefer anumite condiii de pH pentru buna lor dezvoltare. Determinarea pH-ului se poate face prin metode colorimetrice, reprezentnd determinri cu hrtia indicatoare, sau poteniometrice, realizate cu ajutorul unui pH-metru.

Deoarece solurile contin ap, ele au fost clasificate n funcie de valoarea acestui pH n trei mari categorii: acide, neutre i alcaline. Desigur, este vorba de o materie organic i nu se ntlnesc soluri cu pH aflat ntr-o extrem sau alta, dect, poate, n cazul prezenei unor puternice surse de poluare. n general, pmntul are un pH cuprins ntre 4 i 8. Dincolo de aceste valori, mai jos de 4 i mai sus de 8, plantele se usuc rapid.

Din punct de vedere al pH-ului solurile se mpart in: soluri acide: pH = 4,5 - 6; soluri slab acide: pH = 6 - 6,5; soluri neutre: pH = 6,5 - 7,2; soluri alcaline (saraturate): pH = 7,5 8.

n mod curent, solurile cu pH mai mare de 7,2 se numesc srturi, deoarece conin n structura lor foarte multe sruri de sodiu, magneziu, potasiu i clor. Coninutul de sare afecteaz solurile n aceiai manier ca i mediile atmosferice i acvatice, speciile corozive majore fiind ionii de clor i sulf. Bacteriile reductoare de sulf sunt unele din cele mai duntoare microrganisme n ce privete coroziunea metalelor. Bacteriile oxidante de fier i mangan, descoperite a fi de asemeni n legtur cu coroziunea microbacterian, pot fi localizate pe petele de coroziune ale metalelor. Unele specii acumuleaz compuii de fier sau mangan care rezult din procesul de oxidare. Concentraia mai mare de mangan n biofilme este atribuit coroziunii aliajelor fieroase incluznd pittingul oelurilor inoxidabile n sistemele de tratare a apei.

Tuberculi feroi au fost de asemeni observai a se forma, drept rezultat al procesului de oxidare (vezi fig. 2.4). Titanul este foarte rezistent la coroziunea indus microbiologic i n special la atacul bacteriilor reductoare de sulf, fiind de asemeni rezistent la coroziunea n fisuri. Ca i n mediul acvatic, msurarea rezistivitii solului este o indicaie a corozivitii sale. O rezistivitate mai sczut indic o corozivitate mai mare i invers[81].

19

Fig. 2.4 Tuberculi feroi formai ca urmare a coroziunii microbiologice [29]. Metodele de limitare a coroziunii n sol sunt urmtoarele:

- Alegerea corespunztoare a materialelor n faza de proiectare; - Metalele ar trebui s aib acoperiri de suprafa, pe ct posibil; - Protecia catodic ar trebui utilizat acolo unde este posibil. Au fost dezvoltate

acoperiri de suprafa dielectrice organice n acest scop. 2.5. Rezistena solului

Rezistena solului [53] este o msur a capcitii solului de a se opune la deformare i se refer la cantitatea de energie care este necesar pentru a rupe agregatele sau pentru penetrarea unor implanturi n sol. Aceasta este msurat n MPa i indic rezistena la penetrare.

Rezistena solului afecteaz capacitatea rdcinilor plantelor de a ptrunde n sol. De exemplu creterea viei de vie pare s fie limitat la o rezisten a solului de la 1MPa i este grav ntrziat dincolo de 2MPa.

Rezistena solului este influenat de un numr de factori: Coninutul de ap a solului: cu ct solul devine mai uscat cu att rezistena solului crete

i este necesar mai mult for pentru a sparge agregatele; Textura solului: solurile dense cu textur fin (de exemplu solurile cu un coninut ridicat

argil) sunt mai rezistente dect solurile nisipoase cu textur grosier; Structura solului: agregatele cu granulaie fin sunt mult mai uor de lucrat dect

agregatele cu plci mari solide. Agregatele cu o macro- i microstructur stabil se disperseaz mai greu la udare.

Rezistena solului poate fi modificat prin: Introducerea de materii organice, cum ar fi mulci, compost sau culturi de acoperire

care determin ca macrostructura agregatelor s deveni mai stabil;

20

Aplicarea de gips n sol care stabilizeaz micro-structura agregatelor i previne dispersia lor;

Lucrarea excesiv a solului poate duce la ruperea macro-si micro-structurii agregatelor conducnd la ntrirea i formarea de cruste de suprafa ale solurilor.

2.5.1. Efectul asupra creterii rdcinilor

O rezisten maxim de 1 MPa [54] poate fi considerat ca un indicator de cretere a rdcinilor, repezentnd fora maxim exercitat asupra solului de ctre rdcini. Cu toate acestea, rdcinile, din cauza fisurilor i macroporilor tind s creasc n jurul pietrelor din sol. Penetrologger-ul nu poate realiza acest lucru, de aceea, limita critic depete 1 MPa (msurat de penetrologger).

2.5.2. Efectul umiditii solului i a coninutului de materie organic

Rezistena la penetrare a solului este legat, printre altele, i de coninutul de umiditate a solului [55,104]. Cu ct este mai mare coninutul de umiditate al solului, cu att scade rezistena la penetrare i, prin urmare, capacitatea portant.

Fig. 2.5 Relaia dintre rezistena la penetrare i densitatea solului, n corelaie cu

coninutul de materie organic la o tensiune de umiditate de PF2 [55]. 2.5.3. Variia n spaiu a calitii solului

La determinarea rezistenei la penetrare este esenial s se ia n considerare variabilitatea spaial a calitii solurilor. 2.5.4. Msurarea rezistenei la penetrare a solului

Evaluarea rezistenei solului se face prin determinarea rezistenei la penetrare [5]. Aceasta este o metod simpl de evaluare a strii de tasare a solului, care se utilizeaz n cercetrile privind influena lucrrilor asupra solului, deoarece pune n eviden dinamica sezonier a strii fizice a acestuia. Localizarea n spaiu a punctelor de msurare i a valorilor msurate

21

permite elaborarea de hri prin care se poate realiza un management adecvat al tehnologiilor agricole.

Msurarea rezistenei la penetrare a solului se realizeaz cu penetrometre manuale care pot msura:

Rezistena la penetrare: o tij cu un con este mpins n pmnt (vezi Fig. 2.6). Rezistena este msurat mpreun cu adncimea de ptrundere;

Rezistena la forfecare: o tij cu o palet este mpins n pmnt i rsucit (vezi Fig. 2.7). Fora necesar pentru a rsuci paleta se nregistreaz.

Fig. 2.6 Penetrometru de mn [5].

Fig. 2.7 Penetrometru pentru msurarea rezistenei la forfecare [5].

Exist i instrumente automatizate pentru msurarea rezistenei solului cum ar fi [5]:

penetrometre nregistratoare cu GPS (vezi fig. 2.8) i penetrografe (fig. 2.9).

22

Fig. 2.8 Penetrometre nregistrator cu GPS [5].

Fig. 2.9 Penetrograf [5].

Penetrografele nregistraz variaia rezistenei solului n raport cu adncimea de

ptrundere [2], trasnd curbe denumite penetrograme (vezi fig. 2.10).

Fig. 2.10 Curba de variaie a rezistenei solului cu adncimea

(Penetrogram) [5].

23

2.5.5. Msurarea rezistenei solului cu penetrograful Pentru determinrile rezistenei solului realizate n cadrul acestei teze a fost utilizat un

penetrograf de tip Penetrologger [4,24], utilizat n pedologie, agricultur i construcii civile (vezi fig. 2.11).

Fig. 2.11 Penetrograful de tip Penetrologger al firmei Eijkelkamp[4].

Fig. 2.12 Conurile de msurare ale enetrografului [4].

24

Lucrrile solului cu ajutorul mainilor agricole i organele active ale acestora

3.1. Importana lucrrilor solului n toate sistemele de agricultur lucrrile, prin efectele lor asupra nsuirilor fizice, chimice i biologice ale solului, au reprezentat una dintre cele mai importante verigi de sporire a produciei [85]. Prin lucrrile solului trebuie s se realizeze un strat afnat, n care plantele s gseasc condiii optime de cretere i dezvoltare. ntr-un sol afnat rdcinile se dezvolt mai mult i ptrund mai uor n sol, mai ales n primele faze de vegetaie. n acest scop trebuie ca prin sistema de lucrri s se realizeze un raport echilibrat ntre faza solid a solului i porozitate, raport care trebuie s fie de 1:1. Cel mai pronunat efect asupra porozitii l are artura, care poate determina creterea volumului porilor stratului afnat cu 20-30%. Odat cu creterea porozitii are loc i modificarea densitii aparente. Prin lucrrile solului se creaz condiii favorabile pentru acumularea i reinerea unor cantiti mari de ap n sol n regiunile secetoase, iar n zonele mai umede, att acumularea ct i drenarea n adncime, astfel nct s se evite excesul de umiditate n stratul arabil. Lucrrile solului influeneaz i asupra nsuirilor chimice prin amplificarea aciunii factorilor ce contribuie la procesele de alterare mineral i de descompunere a materiei organice. ntr-un sol afnat, procesul de nitrificare este mai intens. Nitrificarea atrage dup sine accentuarea unor procese chimice favorabile prin care fosforul, potasiul, calciul i alte elemente nutritive trec din forme greu solubile n forme accesibile plantelor. mbuntirea nsuirilor chimice ale solului este condiionat n mare msur i de activitatea microbiologic din sol, care la rndul ei devine intens ntr-un sol afnat i bine aerat. Microorganismele din sol folosesc oxigenul pentru oxidarea substanelor organice, din care i procur CO2 i energia necesar. 3.2. Sistemele de lucrare a solului Prin sistema de lucrare a solului se nelege modul de aplicare n complex a mai multor lucrri, cu indicarea numrului lor, succesiunea i timpul cnd se execut [85]. Principalele sisteme de lucrare a solului sunt: sistemul de lucrri pentru culturile de toamn, pentru culturi de primvar, pentru culturi succesive i sisteme de lucrri minime. 3.2.1. Sisteme de lucrri pentru culturile de toamn 3.2.2. Sistemul de lucrri pentru culturile de primvar 3.2.3. Sistemul de lucrri pentru culturi succesive 3.2.4. Sistemul de lucrri minimale Pornindu-se de la faptul c datorit numeroaselor lucrri ce se practic n actualele tehnologii, solul se taseaz, se deterioreaz structura, scade coninutul n humus, iar n cazul

25

terenurilor n pant se accentueaz eroziunea, s-a conturat idea aplicrii unui numr mai redus de lucrri pe aceeai suprafa. Primele cercetri n aceast direcie s-au fcut la nceputul deceniului cinci al veacului nostru n statul Ohio din S.U.A., la cultura de porumb. Acest sistem a fost numit minimum tillage i s-a rspndit i n alte state[59,60]. 3.2.5. Procesele tehnologice ce se produc n sol n timpul executrii lucrrilor solului Prin lucrrile solului (arat, desfundat, grpat, tvlugit, lucrare cu freza, etc.) stratul arabil estesupus unui ir de operaiuni avnd drept efect modificarea nuirilor acestuia. n funcie de mainile agricole cu care se efectueaz lucrrile, solul este supus urmtoarelor procese tehnologice: ntoarcerea, afnarea, mrunirea, amestecarea, nivelarea, tasarea, modelarea, etc. 3.2.6. Clasificarea lucrrilor solului i a mainilor cu care acestea se execut

Lucrrile solului se pot clasifica dup mai multe criterii: Dup uneltele cu care se execut: lucrri cu plugul, lucrri cu cultivatorul, lucrri cu

freza, lucrri cu grapa, lucrri cu tvlugul, etc. Dup adncimea la care se execut: lucrri adnci sau lucrri superficiale. Dup epoca efecturii: de var, toamn, iarn i primvar. Dup plantele pentru care se execut: lucrri pentru grul de toamn,

porumb, cartof etc. 3.3. Aratul Aratul este cea mai important lucrare a solului, fiind considerat lucrarea de baz [2,3,19,34,58,105]. n condiiile din ara noastr n mod obinuit, pe acelai teren artura se execut odat pe an i numai n anumite cazuri de dou ori (cand pe acelai teren se realizeaz ntr-un an dou culturi sau dac aratura pn la semanat s-a tasat excesiv). 3.3.1. Tipuri de arturi 3.3.2. Modul de executare a arturii n vederea efecturii arturii, terenul trebuie delimitat n parcele sau fii, a cror lime trebuie s fie un multiplu cu so al limii de lucru a agregatului i n acelai timp s se reduc la minimum deplasrile n gol la capete. Limea optim a parcelei la care se realizeaz cea mai mic deplasare a agregatului n gol se poate calcula cu ajutorul formulei [105]:

)R8DA(2L 2 (3.1) n care: L - limea parcelei; D - lungimea parcelei; A - limea agregatului; R - raza minim de ntoarcere a agregatului.

26

3.3.3. Condiiile care determin calitatea arturii Pentru ca o artur s rezulte de bun calitate este necesar n primul rnd ca agregatul

cu care se lucreaz s fie bine reglat i piesele active bine ascuite. De asemeni, un rol important l prezint i forma cormanei. Cormanele pot fi[58]: culturale(fig. 3.1) elicoidale (fig. 3.2 i 3.3) i cilindrice.

Fig. 3.1 Corman cultural [58].

Fig. 3.2 Corman elicoidal [58].

27

Fig. 3.3 Corman semielicoidal [58].

Calitatea arturii depinde i de relief. Cele mai bune condiii pentru obinerea unor arturi de calitate le ofer terenurile plane. Alegerea unei viteze corespunztoare de naintare a agregatului la arat, condiioneaz de asemenea calitatea arturii. 3.3.4. Adncimea de executare 3.3.5 Epoca de executare a arturii Dup epoca executrii arturile pot fi: de var, de toamn, i, n anumite situaii, de iarn i de primvar[105]. 3.3.6. Plugul Plugul este o unealt agricol [2,3,19,58,111] folosit pentru realizarea de arturi, dezmiritiri, desfundri, etc. Plugul este compus dintr-o parte tietoare, alctuit fie din corman, brzdar i cuit, (fig. 3.4) fie, la unele pluguri mecanice, din discuri tietoare (fig. 3.8), dintr-o parte care servete la conducere i la traciune: coarnele, plazul, grindeiul, cotiga, (vezi fig. 3.4) iar, la

28

plugurile cu traciune mecanizat (fig. 3.5), triunghiul de traciune i dintr-o pies intermediar, brsa.

Fig. 3.4 Plug cu grindei fr suport [111]: 1 cuit (fierul lung); 2 brzdar (fierul lat); 3 corman; 4 grindei; 5 regulator; 6 bar de traciune; 7 coarne.

Fig. 3.5 Plug cu traciune mecanic [111]:

1- Cuit rotitor; 2 brzdar (fier lat); 3 corman; 4 plaz (talp); 5 brs; 6 cadru; 7 antetrupi; 8 i 8 volane de comand; 9 dispozitiv de punere i scoatere din brazd; 10 i 10 coturile osiei avantrenului; 11 triunghi de traciune; 12 roata din spate.

Principalul organ activ al plugului, trupia (fig. 3.6) este format din brazdarul 1, cormana 2, plazul 3 i brsa, piesa pe care se monteaz aceasta.

29

Fig. 3.6 Trupia [111].

Fig. 3.7 Brzdar de plug [58].

Fig. 3.8 Cuit de plug rotativ [58].

Fig. 3.9 Plug cu discuri rotative.

30

3.4. Lucrarea solului cu grapa Grpatul [2,19,34,58,105,111]realizeaz nivelarea solului la suprafa, afnarea i mrunirea acestuia pe adncimea de 3-12 cm, iar n cazul grapelor grele cu discuri, chiar pn la 18 cm. Pentru efectuarea acestei lucrri se folosesc diferite tipuri de grape: cu discuri, cu coli rigizi sau reglabili, rotative simple ori stelate etc. 1 cadru; 2 talp; 3 suport; 4 travers tubular; 5 dinte flexibil; 6 cuit; 7 prghie de reglare a adncimii de lucru.

Fig. 3.10 Grap cu dini flexibili [111].

Fig. 3.11 Grap cu discuri.

Fig. 3.12 Grap flexibil.

31

3.5. Lucrarea solului cu cultivatorul

Lucrarea solului cu cultivatorul sau cultivaia total [2,19,34,58,105] este o operaie intermediar ntre arat i grpare i acioneaz asupra solului cel mai adesea pn la adancimea de 3-10 cm, realiznd: tierea buruienilor, mrunirea i afnarea solului fr rsturnarea straturilor. 3.5.1. Cultivatoare

Cultivatorul este o main agricol care servete la prelucrarea pmntului dup arturi, n vederea frmirii, afnrii, amestecrii i nivelrii lui, cum i extirprii rdcinilor de buruieni, dar fr s rstoarne brazda[2,19,34,58,105].

Fig. 3.13 Cultivator.

Scarificator Cultivator echipat cu cuite n form de ghear, folosit la scarificarea solurilor.

Fig.3.14 Cultivator tip scarificator i organul activ al acestuia [2].

32

3.5.2. Organe active pentru cultivatoare Organele de lucru cu care se pot echipa cultivatoarele pot fi [2,19,58]:

a. Organe de extirpare (cuite n form de sgeat) care pot fi: unilaterale, plate i universale. Cuitele plate i universale sunt cu aripi egale.

Fig. 3.15 Cuit de extirpare unilateral. Fig. 3.16 Cuit de extirpare plat.

Fig. 3.17 Cuite de extirpare universale [58].

b. Organe de afnare (cuite) care pot fi: n form de dalt, reversibile i n form de lance. Sunt destinate pentru afnarea solului pn la o adncime de 22 cm, fr scoaterea straturilor inferioare la suprafa.

33

Fig. 3.18 Cuit de afnare n form de dalt [58].

Fig. 3.19 Cuit de afnare reversibil [58].

c. Organe de muuroire i pentru deschiderea brazdelor de udare (rarie) Aceste organe au rolul de muuroire a culturilor agricole, de distrugere a buruienilor de pe fundul brazdei i de deschidere a brazdelor de udare. Organul de muuroire, raria, se folosete la muuroirea culturilor semnate n rnduri, la distane de 60 80 cm, formnd rzoare cu nlimea de pn la 20 cm.

Fig. 3.20 Organ de muuroire, rari [58].

34

Fig. 3.21 Rari unilateral [58].

Fig. 3.22 Rari pentru muuroire. Fig. 3.23 Rari cu pieptul convex. d. Discurile cu coli ale sapelor rotative (fig. 3.24) se folosesc pentu spargerea crustei solului. Se folosesc i la cultivatoarele de prit, pentru afnarea solului ntre rndurile de plante i n zonele de protecie. Fig. 3.24 Disc cu cu coli pentru sap rotativ [58]. e. Brzdare pentru introducerea ngrmintelor n sol (pentru hrnire suplimentar) sunt formate dirt-un cuit de afnare n form de dalt sau un brzdar n form de pan prevzut cu un tub pentru introducerea ngrmintelor (fig. 3.25). Brzdarele prezentate n fig. sunt folosite n construcia cultivatoarelor hrnitoare pentru sfecl i legume (fig. 3.26) i pentru bumbac (fig. 3.27).

35

Fig. 3.25 Brzdar n form de dalt pentru hrnire suplimentar [58].

Fig 3.26 Brzdar pan pentru hrnire Fig. 3.27 Brazdar pentru hrnire suplimentar pentru sfecl i legume. suplimentar pentru bumbac.

Fig. 3.28 Cuit dinte pentru grape de extirpare [58].

36

Fig. 3.29 Organ pentru separat rzoare [58]. 3.6. Lucrarea solului cu tvlugul Tvalugirea este lucrarea de tasare a stratului superficial de sol, care se practic mai frecvent n zonele secetoase [105]. Tvlugul (fig. 3.30) se folosete att pentru tasarea i nivelarea solului ct i pentru mrunirea bulgrilor.

Fig. 3.30 Tvlug. 3.7. Lucrarea solului cu freza

Prin lucrarea cu freza se obine un strat de sol mruntit, amestecat i bine pregtit pentru semnat [33,105].Trebuie avut ins n vedere faptul c dac este folosit prea des, freza provoac mrunirea excesiv a solului, ceea ce are drept urmare tasarea solurilor cu structura degradat i coninut sczut n humus.

Fig. 3.31 Frez.

37

3.8. Semnatul

Semnatul [34,19,58,105,111] reprezint o lucrare agricol care const n punerea n pmnt, n condiii proprii pentru ncolire i cretere a seminelor de plante. n sensul larg termenul se refer i la punerea n pmnt a organelor de nmulire (tubercule, bulbi) ale unor plante. Semnatul se poate face manual sau mecanizat, cu ajutorul unor maini speciale denumite semntori. 3.8.1. Metode de semnat Acestea difer n raport cu planta, modul de cultur, scopul culturii, condiiile naturale etc., putnd fi clasificate n dou grupe: semnatul prin mprtiere i semnatul n rnduri: 3.8.2. Adncimea de semnat Adncimea de semnat depinde de particularitile plantelor, de starea de pregtire a terenului, de textura i umiditatea solului i ali factori. n general se apreciaz c seminele plantelor trebuie introduse n sol la o adncime de circa 10 ori mai mare dect diametrul lor. 3.8.3. Semntoarea Semntorea (fig. 3.32 i fig. 3.33) [19,34,58,111] este o main agricol care efectueaz semnatul, asigurnd o repartiie uniform i bine determinat a seminelor (cu ajutorul distribuitoarelor), ngroparea lor la o adncime anumit i uniform i acoperirea seminelor.

Fig. 3.32 Main de semnat universal SU-29 [111].

Fig. 3.33 Semntoare mecanic universal.

38

3.8.4. Brzdare pentru semntori Brzdarul [19,58] este organul de lucru care servete la deschiderea brazdei, aezarea seminelor venite de la distribuitorul de semine i acoperira brazdei cu pmnt. Din punct de vedere costructiv i al procesului de formare a brazdei, brzdarele pot fi: cu ancor; cu patin sau cu discuri.

Fig. 3.35 Brzdare ancor: a. cu unghi ascuit, cu talp pentru culturi cerealiere; b. fr talp pentru culturi cerealiere; c. cu unghi ascuit, combinat pentru culturi cerealiere i ngrminte; d. cu unghi drept, combinat pentru semine de sfecl i ngrminte; e. cu unghi obtuz, pentru semine de in, ierburi i cereale[58].

Fig. 3.36 Brzdare cu patin [58]: a. cu un singur canal pentru porumb; b. cu dou canale pentru porumb; c. pentru semine de bumbac.

39

4. Materiale utilizate pentru construcia organelor active ale mainilor agricole i modaliti de cretere a durabilitii acestora 4.1. Consideraii privind durabilitatea materialelor organelor active ale mainilor agricole Proprietile mecanice ale unui material sunt acele proprieti care implic reacia sa la aplicarea unor sarcini [54,95]. Proprietile mecanice determin gama de utilitate a unui material i stabilesc durabilitatea durata prezumtiv de via a acestuia. Proprietile mecanice sunt de asemenea folosite pentru a ajuta la clasificarea i identificarea materialelor. Cele mai frecvente proprieti luate n considerare sunt rezistena, ductilitatea, duritatea, rezistena la impact, i tenacitatea. 4.1.1. Coroziunea i protecia metalelor i aliajelor mpotriva coroziunii

n scopul creterii durabilitii organelor active ale mainilor agricole, este deosebit de important protejarea materialelor acestora mpotriva distrugerii prin coroziune [29,108,115]. 4.1.2. Coroziunea chimic Coroziunea chimic a metalelor sau aliajelor acestora se produce prin reacii ce se desfoar la suprafaa acestora, n contact cu gaze uscate sau soluii de neelectrolii [29]. 4.1.3. Coroziunea Electrochimic Spre deosebire de coroziunea chimic, metalele n contact cu soluiile bune conductoare de electricitate (electrolii) se corodeaz electrochimic[29,115]. 4.2. Materiale utilizate pentru organele active ale mainilor agricole

La fabricarea mainilor agricole i a organelor active ale acestora se utilizeaz o mare varietate de materiale, din care amintim [19,26,58]:

Mrci de oel de uz general destinate construciilor mecanice: OL34 (STAS 500/1, 2-80) cu urmtoarea compoziie: C max 0,15 %; Mn max. 0,55 %; Si max. 0,07 %; pentru elemente i structuri portante de maini agricole, tirani, supori, clichei, organe de asamblare, armturi, piese ambutisate la cald i la rece.

Mrci de oel carbon de calitate i aliate pentru tratamente termice: 65Mn10 (STAS 11513-88) cu urmtoarea compoziie: C 0,62-0,70 %; Mn 0,9-1,20 %; Si 0,17-0,37 %; Cr max. 0,30 %; Ni 0,30 %; pentru piese de tiere i uzur la maini agricole, piese cu solicitri de contact n condiii de ungere necorespunztoare.

Oeluri carbon pentru prelucrri la rece: ocup o pondere destul de important (20 %) ca urmare a particularitilor lor specifice, ndeosebi uurina punerii n oper i a preului de cost sczut. La coninut egal n carbon, dup clire se realizeaz o duritate asemntoare

40

oelurilor aliate. Clibilitatea lor, mult mai redus, d posibilitatea obinerii de scule cu duritate superficial ridicat miez tenace. Oelurile cu 0,65-0,75 % carbon sunt utilizate la fabricarea tablei triplex folosit la mainile agricole. Aceasta este o tabl cu grosime de circa 6 mm, constituit din trei straturi de grosime egal, sudate prin laminare la cald. Straturile exterioare sunt din oel carbon cu circa 0,7 % carbon, iar interiorul din oel cu circa 0,1 % C.

Mrci de oeluri pentru deformare plastic la rece: - A1 (STAS 9485-80) cu urmtoarea compoziie: C max. 0,10 %; Mn 0,20-0,45 %; Si max.0,030 %; P max. 0,040 %; S max. 0,050 % folosit pentru piese obinute prin ndoire i ambutisare la rece cu grad redus de deformare, folosite la maini agricole. - A2 (STAS 9485-80) cu urmtoarea compoziie: C max. 0,10 %; Mn 0,20-0,45 %; Si max.0,030 %; P max. 0,040 %; S max. 0,040 % folosit pentru piese obinute prin ndoire i ambutisare la rece cu grad moderat de deformare, folosite la maini agricole. - A3 (STAS 9485-80) cu urmtoarea compoziie: C max. 0,08 %; Mn 0,20-0,45 %; Si max.0,030 %; P max. 0,030 %; S max. 0,035 % folosit pentru piese obinute prin ndoire i ambutisare la rece cu grad mediu de deformare, folosite la maini agricole.

4.3. Tratamente termochimice care se aplica organelor active ale mainilor agricole n scopul creterii durabilitii acestora

Tratamentele termochimice care se aplic organelor active ale mainilor agricole au

scopul de a mri fie duritatea fie rezistena la coroziune sau uzur a stratului superficial, cu meninerea plasticitii tenacitii miezului piesei [25].

n funcie de elementul care difuzeaz tratamentele termochimice se numesc: cementare, nitrurare, cianizare, titanizare, etc.[22,25,37,70,74]:

4.3.1. Cementarea

Cementarea este tratamentul termochimic cu carbon, aplicat oelurilor cu coninut mic de carbon, la o temperatur imediat superioar punctului Ac3, intr-un mediu capabil sa cedeze carbon activ, n vederea obinerii unei piese cementate cu miez tenace, cu 0,08-0,15% C. 4.3.2. Nitrurarea

Nitrurarea este tratamentul termochimic cu azot care se aplic oelurilor i fontelor cu o anumit compoziie chimic, la o temperatur inferioar punctului Ac1, ntr-o atmosfer de amoniac sau n alt mediu capabil sa pun n libertate azot activ. Acest tratament se aplic pentru obinerea unui strat superficial bogat n azot, cu scopul de a mri duritatea superficial, rezistena la uzur, la oboseal i la coroziune. Nitrurarea este precedat, dar nu este urmat de un alt tratament termic. 4.3.3. Cianizarea

Cianizarea este tratamentul termochimic cu carbon i azot, aplicat oelurilor prin nclzire deasupra punctului Ac3, ntr-un mediu lichid, capabil s cedeze azot activ. Prin cianizare, la suprafaa pieselor se obin duriti i rezistene la uzur mari, meninndu-se tenacitatea miezului. Se poate aplica diferitelor oeluri, ns cele mai bune rezultate se obin la cianizarea oelurilor aliate cu crom i crom-nichel.

41

4.3.4. Carbonitrurarea Carbonitrurarea este tratamentul termochimic cu carbon i azot, aplicat oelurilor prin nclzirea deasupra sau, eventual, puin sub punctul Ac1[25], ntr-un mediu gazos capabil sa cedeze carbon i azot activ. 4.3.5. Aluminizarea

Aluminizarea [22,25,74] este tratamentul termochimic cu aluminiu, aplicat materialelor metalice feroase, ntr-un mediu capabil s cedeze aluminiu activ. Astfel crete rezistena la temperaturi nalte a oelului, deoarece prin nclzire se formeaz o pelicul de oxizi care impiedic oxidarea n adncime a miezului pieselor din oel carbon obinuit (cutii pentru cementare, creuzete pentru cianurare, gratare de cazan, etc.). 4.3.6. Titanizarea Saturarea cu titan a suprafeelor pieselor din oel se face n scopul mririi rezistenei la coroziune atmosferic i la acizi [22,25,96]. Operaia se poate efectua n mediu solid, lichid sau gazos. 4.4. Durificarea elementelor active prin depunerea chimic de vapori (CVD) i depunerea fizic de vapori (PVD) O cale nou de sporire a durabilitii organelor active este reprezentat de acoperirile de suprafa cu materiale ceramice bazate pe compui ai titanului, cum ar fi: carbura de titan (TiC) i nitrura de titan (TiN); nitrura de titan-aluminiu (TiAlN) carbo-nitrura de titan (TiCN)[9,30,89,90,91,94]. Pentru ca suprafeele elementelor active care sunt cele mai expuse uzurii s poat fi folosite la o capacitate maxim ele se pot durifica prin mai multe metode, dintre care se menioneaz procesele de acoperire: depunerea chimic de vapori(Chemical Vapour Deposition engl.) i depunerea fizic de vapori (Phisical Vapour Deposition engl.). Acestea sunt tratamente termochimice eficiente prin care se realizeaz acoperiri cu compui precum carbura de titan (TiC ) i nitrura de titan (TiN).

CVD a fost aplicat cu succes la elemente active de scule, tane i matrie realizate din oel iar PVD la scule din oel rapid. Acoperirile cu TiN i TiC mresc durabilitatea elementelor active, sporind rezistena la coroziune, i acioneaz ca o barier chimic i termic contra difuziei i fuziunii. Acoperirile sunt de asemenea autolubrifiante, lucru care conduce la un coeficient de frecare mai redus. Acoperirile au o duritate sporit i sunt aplicate n straturi foarte subiri, de ordinul a 2...8 m. Aplicarea proceselor CVD i PVD prezint o serie de avantaje[30]:

Asigur prelucrarea optim a elementelor active pentru c procesul de acoperire CVD este un proces de nalt temperatur, nenecesitnd tratarea termic a elementelor active dup acoperire;

Faptul c PVD nu cere durificare dup acoperire este un avantaj, dar acesta nu-l face potrivit pentru orice aplicaie;

Stratul de acoperire prezint proprieti autolubrifiante;

42

Acoperirile pot fi folosite i pentru design. Acoperirile cu nitrura de titan (TiN) [94]se realizeaz la un regim termic i cu un procent de azot n conformitate cu diagrama de echilibru Ti-N prezentat n fig. 4.2.

Fig. 4.2 Diagrama de echilibru Ti-N [94].

4.4.1. Depunerea chimic de vapori (CVD)

Depunerea chimic de vapori (Chemical Vapour Deposition engl.) sau CVD este un proces de reacie chimic n gaze, care are loc la temperaturi ntre 950 i 1100C [91,94]. Elementele active care necesit acoperirea cu un strat dur trebuie bine pregtite i curate. La acoperire trebuie acordat o mare atenie muchiilor i vrfurilor active. 4.4.2. Depunerea fizic de vapori (PVD)

Depunerea fizic de vapori (Phisical Vapour Deposition engl.) sau PVD este o metod nou pentru durificarea sculelor[89,91,94]. Exist trei tehnici PVD diferite: pulverizarea, implantarea ionic i evaporarea n arc. Toate aceste metode folosesc o incint nchis. Reacia atomilor de titan Ti, sub form de ioni generai prin pulverizare sau de ctre o surs de evaporare, cu atmosfera parial de azot N2 care este introdus n incint, formeaz o acoperire de nitrur de titan TiN pe suprafaa elementelor active ale pieselor n incint. Procesul de evaporare n arc este metoda cea mai nou de acoperire PVD. Sursele de evaporare produc un procent mai mare de ioni ( 60% sau 80%) dect celelalte tehnici (1% sau

43

5%), iar ionii au un nivel energetic mult mai ridicat dect cei produi prin pulverizare sau alte tehnici de evaporare. 4.4.3. Instalaia pentru acoperiri CVD i PVD Instalaiile de depunere CVD i PVD, bazate pe pulverizarea catodic tip magnetron n atmosfer reactiv, se remarc printr-o uniformitate a depunerilor, cicluri mai rapide de lucru i uurin n exploatare [91].

Fig. 4.2 Instalaie pentru acoperiri CVD i PVD.

Instalaiile sunt utilizate pentru acoperirea n flux tehnologic a elementelor active cu nitrur de titan, carbur de titan, nitrur de aluminiu, aliaje stelite CoCrAl(M). O instalaie pentru acoperiri CVD i PVD (fig. 4.2) se compune din: a. Camera tehnologic cu urmtoarele dotri:

Magnetroane; Ferestre de vizitare; Suport piese rotativ, cu vitez variabil; Alimentarea electric a suportului piese (0-3 KV); Control n infrarou a arjei; Control automat al debitului pentru trei gaze de lucru; Reglare automat a vitezei variabile a grupului de vid; Bucl de reglaj automat a presiunii;

b. Alimentarea electric: Surs de nalt tensiune (0-3 KV, 300 mA); Surse individuale de alimentare cu curent continuu a magnetroanelor ( 0- 600V

minim, 10 KW fiecare); c. Sistem de vidare:

44

Agregat de vid cu pomp de difuziune i capcan cu azot lichid; Vitez de pompaj de cca. 1500 2000 l / sec; Control automat centralizat al ciclului de vidare admisie aer cu presiunea

final de minimum 510-5 torr.

Fig. 4.3 Instalaia pentru acoperiri PVD DREVA 400 produs de firma VTD Vakuumtechnik Dresden.

4.5. Acoperiri prin pulverizare termic (Procese de metalizare)

Acoperirile prin pulverizare termic sau TSC (Thermal Spray Coating engl.), numite i procese de metalizare, cuprind procesele n care particule metalice i nemetalice sunt pulverizate i dispersate fin cu ajutorul unui jet de gaz pe un substrat, sub form de topitur sau semitopitur, n scopul realizrii unei acoperiri de suprafa [9,11,45,48,72,92].

Pulverizarea termic (sau metalizarea) este un tip de acoperire de suprafa care const n depunerea unui material pe un substrat suport, n scopul mbuntirii proprietilor acestuia din urm. Procesul de metalizare este mai apropiat de vopsire dect de sudur, acoperirea de suprafa realizndu-se cu materiale topite de tip ceramice, carburi, cermei, aliaje feroase sau neferoase ale unor metale ca zinc, aluminiu, crom, wolfram, nichel, zirconiu, cupru, staniu, molibden, etc. Practic poate fi utilizat orice material disponibil sub form de srm sau pulbere, att timp ct acesta nu sublimeaz (nu trece direct din stare solid n stare gazoas prin incalzire). ntre materialul depus i substrat nu exist de obicei o aliere de suprafa. n mod normal piesele trebuie degresate i sablate nainte de metalizare.

Metalizrile sunt folosite pentru protecii anticorozive i antiuzur, recondiionri ale suprafeelor, depuneri decorative pe diverse materiale cum ar fi: metale, lemn, sticl, materiale

45

ceramice, piele, materiale textile, hrtie, carton, etc. Sunt foarte puine materiale care nu pot fi acoperite prin metalizare: gheaa, ceara, cauciucul, etc.

Grosimea straturilor cu care se acoper suprafeele n scop anticoroziv variaz, de obicei, ntre 50-200 m, dar exist i acoperiri mult mai groase.

Metalizarea este adecvat pieselor de dimensiuni medii i mari, nefiind avantajoas n cazul pieselor de dimensiuni reduse (de ordinul a civa milimetri).

Prin metalizare se asigur o cretere a durabilitii organelor de maini n raport cu alte alte procese.

Metalizarea are un impact redus asupra mediului, singurul poluant rezultat fiind praful metalic, care poate fi colectat cu ajutorul filtrelor de desprfuire i apoi depozitat n saci.

Materialul care se pulverizeaz poate fi sub form de pulbere sau srm. Pentru metalizare se pot utiliza att utilaje manuale ct i sisteme automatizate (CNC). Sursele de energie folosite pentru topirea materialului pot fi de natur electric sau prin

combustie: Metalizrile prin pulverizare termic folosind curentul electric drept surs de energie

cuprind: Metalizarea n jet de plasm; Metalizarea n arc electric; Metalizarea la rece sau cu cu gaze reci (cold spray); Metalizare n plasm de inducie; Metalizare cu laser. Metalizrile prin pulverizare n flacar de combustie cuprind: Metalizarea n flacar cu vitez scazut sau LVOF; Metalizarea in flacar oxigen-combustibil cu vitez supersonic (2500-2700

m/s) sau HVOF; Metalizarea n flacar aer-combustibil cu vitez supersonic (2500-2700

m/s) sau HVAF; Pulverizarea supersonic termic n flacar, produs cu un pistol cu detonaie sau

D-Gun. 4.5.1. Metalizarea in jet de plasm atmosferic

Fig. 4.4 Schema procesului de metalizare n jet de plasm [48].

46

4.5.2. Metalizarea AC HVAF

Fig. 4.5 Procesul de metalizare AC HVAF [48].

4.5.3. Metalizarea A.C.-H.V.A.F Arc

Fig. 4.6 Metalizarea cu sistemul A.C.-H.V.A.F Arc [48].

4.5.4. Metalizarea H.V.O.F. cu pulbere

Fig. 4.7 Schema procesului H.V.O.F. cu pulbere [48].

47

4.5.5. Metalizarea cu Arc Electric

Fig. 4.8 Schema procesului de pulverizare (metalizare) termic cu arc electric [48].

4.5.6. Metalizarea cu srm in flacr de combustie

Fig. 4.9 Schema procesului de metalizare cu srm n flacr oxi-gaz [48].

Fig. 4.10 Instalaia de metalizare n flacr cu srm [48].

48

4.5.7. Metalizarea cu Pulbere

Fig. 4.11 Schema metalizrii oxiacetilenice cu pulbere [48].

4.5.8. Metalizarea prin electroscnteie

Fig. 4.12 Schema metalizrii prin electroscnteie [48].

49

5. Fundamentele modelrii i simulrii matematice a organelor active ale mainilor agricole i a ncrcrilor acestora

5.1. Modelarea asistat de calculator a organelor de tiere a solului n scopul ndeplinirii sarcinilor specifice de proiectare ale organelor de tiere a solului,

care s determine o cretere a durabilitii acestora, este necesar realizarea de modele tridimensionale volumice (modele solide) ale acestor organe. Aceste modele trebuie supuse ulterior la simularea, prin metoda elementelor finite, a ncrcrilor i specifice forelor care se dezvolt la tierea solului n scopul determinrii strilor de tensiuni i deformaii specifice care apar n funcionarea acestor organe. Procesele de modelare pot fi mprite n dou mari clase: modelare fizic i modelare matematic [8,42]. Procesele reale de modelare sunt o mbinare a celor dou categorii. 5.2. Forele care acioneaz asupra organelor active de tiere a solului

Asupra organelor active n procesul de lucru acioneaz [58] rezistena solului R, aceasta fiind echilibrat (vezi fig. 5.1), conform principiului aciunii i reaciunii, de suma vectorial a forei de traciune P, aplicat n punctul O de suspensie a cuitului i componeta normal a greutii Gn, aplicat n centrul de greutate al sistemului format din cuit, bra i suport.

Fig. 5.1 Forele care acioneaz asupra organelor active de tiere a solului.

Forele de rezisten a solului care acioneaz asupra organelor active ale mainilor agricole se reduc la o for rezultant i un cuplu. Fora spaial de rezisten poate fi nlocuit cu trei componente Rx, Ry i Rz care acioneaz n plane reciproc perpendiculare, dar care nu trec printr-un punct.

Fora orizontal longitudinal:

Rx = Kab (5.1) unde: K rezistena specific a solului (de obicei K 714 N/m2);

50

a, b dimensiunile brazdei. Fora Rx trece la o distan aproximativ z 0,5 a de la fundul brazdei i la o distan y

0,5 b de la peretele brazdei. Componentele transversale i verticale depind de mrimea forei longitudinale, ele

putnd fi:

Ry 0,35 Rx i Rz 0,25 Rx. (5.2) Momentul din planul vertical, care acioneaz asupra cadrului mainii agricole, dat de

fora Rx este:

My = Rx H (5.3) unde H este braul forei n raport cu osia transversal care coincide cu planul cadrului.

5.3. Modelarea clasic a ncrcrilor organelor active

Modelarea ncrcrilor organelor active s-a realizat ntr-o prim etap folosind teoria

clasic a solicitrilor de ncovoiere din rezistena materialelor [23,36,71,105,111].

n acest caz organele de tiere pot fi considerate drept bare n consol, ncastrate la un capt i libere la cellalt.

S-au elaborat dou modele de calcul, care sunt prezentate n continuare:

5.3.1. Modelul de bar ncastrat supus la ncovoiere de o for concentrat Acest model consider organul activ solicitat la ncovoiere sub aciunea unei fore

concentrate aplicate n captul liber (vezi fig. 5.3). ncrcrile modelului sunt:

Reaciunea n reazem: V1 = P (5.5)

Momentul ncovoietor n reazem: M1 = - PL (5.6)

Fora tietoare n seciunea x: Tx = P = cst. (5.7)

Momentul la distana x de reazem:

Mx = V1x M1 = Px - PL = P(x L) (5.8) Momentul n captul liber al barei:

M2 = 0 (5.9) Momentul ncovoietor maxim [Nm]:

Mmax = PL (5.10)

51

Fig. 5.3 Modelul de bar ncastrat supus la ncovoiere de o for concentrat cu diagramele de for tietoare i moment ncovoietor.

Tensiunea maxim de ncovoiere [N/m2] se calculeaz cu formula lui Navier:

z

maxT W

M (5.11)

unde: Wz modulul de rezisten a seciunii n [m3], calculat cu formula:

max

zz y

IW (5.12)

unde: ymax - nlimea maxim a seciunii n raport cu axa neutr [m]; Iz momentul de inerie al seciunii n raport cu axa neutr care trece prin centrul de greutate al seciunii n [m4].

Deplasarea maxim a barei [m]:

z

3

2max EI3LPww (5.13)

Rotirea maxim a barei:

z

2

2max EI2LP

(5.14)

5.3.2. Modelul de bar ncastrat supus la ncovoiere de o for uniform distribuit

52

Cel de al doilea model consider organul activ solicitat la ncovoiere sub aciunea unei sarcini uniform distribuite (fig. 5.4).

Fig. 5.4 Modelul de bar ncastrat supus la o for uniform distribuit cu diagramele de for tietoare i moment ncovoietor.

Solicitrile sunt n acest caz: Reaciunea n reazem:

V1 = pL (5.15)

unde: p sarcina distribuit n [N/m]; L lungimea barei [m]. Momentul ncovoietor n reazem:

2LpM

2

1

(5.16)

Fora tietoare la distana x de reazem: Tx = V1 px = pL - px = p(L - x) (5.17)

Momentul ncovoietor n seciunea x:

2xpxLp

2LpxTM

22

xx

(5.18)

Momentul ncovoietor la captul liber al barei: M2 = 0 (5.19)

Momentul ncovoietor maxim [Nm]:

53

2LPM

2

max

(5.20)

Tensiunea maxim de ncovoiere [N/m2] se calculeaz cu formula lui Navier:

z

maxT W

M (5.21)

unde: Wz modulul de rezisten a seciunii n [m3], calculat cu formula:

max

zz y

IW (5.22)

unde: ymax - nlimea maxim a seciunii n raport cu axa neutr [m]; Iz momentul de inerie al seciunii n raport cu axa neutr care trece prin centrul de greutate al seciunii n [m4]. Deplasarea maxim a barei [m]:

z

4

2max EI8Lpww (5.23)

Rotirea maxim a barei:

z

3

2max EI6LP

(5.24)

5.3.3. Caracteristicile de