Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro Centro de Ciências e Tecnologias Agropecuárias - Laboratório de Engenharia Agrícola EAG 03305 Mecanização Agrícola Prof. Ricardo Ferreira Garcia garcia@uenf.br Aproveitamento de potência de tratores agrícolas 1. Aproveitamento de potência Uma das principais fontes de potência, responsáveis pela alta produção agrícola com significante economia de mão-de-obra, é o trator agrícola. A ele podem ser acoplados e adaptados inúmeros implementos e máquinas de diferentes formas para realizar as mais diferentes operações agrícolas requeridas na área rural. Os implementos montados são aqueles acoplados ao sistema de engate de três pontos do trator; semimontados são aqueles acoplados aos dois pontos do sistema de engate de três pontos do trator; e de arrasto são aqueles acoplados à barra de tração do trator (Figura 1). Figura 1. Principais tipos de acoplamentos: A - montado; B - semimontado; C - de arrasto. O trator dispõe de motor de combustão interna, responsável pela transformação da energia química do combustível em energia mecânica que é utilizada em diversas formas para a realização de diferentes operações agrícolas. As principais formas de transmitir a potência originada do motor nos tratores são: Barra de tração a potência é transmitida através das rodas motrizes e da barra de tração para realizar trabalhos de tração. Pelo escalonamento de marchas e a carga sobre o trator pode-se controlar a força disponível na barra de tração.
Tomada de potência (TDP) as tomadas de potência podem ser localizadas na parte dianteira ou traseira do trator e trabalham com velocidades normalizadas de 540 ou 1.000 rpm. Sistema hidráulico através do elevador hidráulico e do controle remoto pode-se elevar equipamentos e acionar seus sistemas. 2. Barra de tração A barra de tração do trator é um dispositivo utilizado para tracionar e a arrastar implementos e máquinas agrícolas que trabalham acoplados ao trator, ou seja, ligados ao trator por intermédio da barra de tração (Figura 2). É colocada no plano longitudinal médio do trator e fixo sob o cárter da caixa de velocidades. Esta barra pode oscilar lateralmente o que permite trabalhar em offset com os implementos. A transmissão de potência através da barra de tração é realizada por meio da potência proveniente do motor, que ao passar pela caixa de câmbio, fornece tração às rodas motrizes. Pelo escalonamento de marchas e a carga sobre o trator pode-se controlar a força disponível na barra de tração, que depende diretamente também das condições do piso e do estado do rodado. Figura 2. Representação da barra de tração: A - vista lateral; B - vista de topo; 1 - ponto de ligação; 2 - barra de suporte; 3 - articulação. 3. Tomada de potência A tomada de potência (TDP) é um dispositivo para transmitir potência em forma de rotação para máquinas que estão montadas ao trator, ou seja, ligadas ao trator por meio do sistema de engate de três pontos. A localização mais comum do eixo da TDP é na parte posterior do trator, mas alguns modelos têm eixos de TDP em outras posições, como na parte frontal, por exemplo. A direção e velocidade de rotação, posição aproximada e as dimensões da TDP foram padronizados em 1926, pela ASAE, para fornecer a capacidade de intercambiar equipamentos de diferentes fabricantes.
Com o crescimento do tamanho e potência dos tratores, tornou-se necessário desenvolver eixos de potência mais rápidos e mais largos para transmitir o incremento de potência disponível. Atualmente, existem três tipos de eixos: Tipo 1: eixo com diâmetro nominal de 35 mm e com 6 ranhuras. Sua velocidade de giro é de 540 rpm e é a mais comumente usada. Esta TDP é usada em tratores com até 65 cv de potência no eixo a velocidade nominal do trator. Tipo 2: eixo com diâmetro nominal de 35 mm e com 21 ranhuras. Sua velocidade de giro é de 1000 rpm e é aplicada em tratores com aproximadamente de 60 a 160 cv de potência na TDP. Tipo 3: eixo com diâmetro nominal de 45 mm e 20 ranhuras. Utilizado em tratores com potência no eixo na faixa de 150 a 250 cv e sua velocidade de giro é de 1000 rpm. Os primeiros tipos de TDP eram movidos pela transmissão do trator e paravam de girar sempre que a embreagem da caixa de marchas era desengatada, pois utilizava um só disco de embreagem, ou embreagem simples (Figura 3). Atualmente, tem-se utilizado uma TDP independente que pode ser controlada pela sua própria embreagem ou por uma embreagem dupla, permitindo parar e arrancar novamente o trator sem interromper o funcionamento da máquina que se está operando. Para a transmissão de movimento para as máquinas acionadas através da TDP, se utilizam eixos do tipo extensivos com uma junta cardan universal em cada extremo, permitindo, assim, acomodar a variação no ângulo e distância entre o trator e o implemento. Uma capa integral cobre o eixo e capas parciais cobrem cada junta. A capa normalmente roda junto com o eixo, porém, pode parar de girar se entrar em contato com alguma pessoa ou objeto. Para se conseguir que a rotação transmitida para a máquina seja regular e não intermitente, as extremidades das juntas devem estar no mesmo plano e os ângulos que se formam entre a TDP do trator e a máquina com o eixo cardan devem ser iguais. Nas tomadas de potência motor, ou tomadas de potência em que o regime é proporcional ao regime motor, o acionamento do sistema de transmissão é efetuado a partir do eixo primário da caixa de velocidades, segundo diferentes formas o que conduz a diferentes tipos de TDP, ou seja: Tomada de potência dependente em que o movimento é obtido depois de uma embreagem monodisco e simples efeito; Tomada de potência semi-independente em que o movimento é obtido a partir de uma embreagem de duplo disco e duplo efeito; Tomada de potência independente em que o movimento se obtém a partir de uma embreagem de duplo disco e comandos separados; Tomada de potência totalmente independente em que o movimento se obtém a partir de uma embreagem multidiscos.
3.1 Tomada de potência dependente Neste sistema, a embreagem conta com um disco e seu acionamento possui um único estágio. A tomada de potência dependente é utilizada nos tratores menores e tem como principais inconvenientes a não permissão da imobilização da TDP sem parar o trator e, reciprocamente, parar este sem interromper a transmissão à TDP, devido a presença de apenas uma embreagem. Ou seja, ao trabalhar com um implemento, por exemplo, uma roçadora, não é possível, durante o trabalho, parar o trator e manter a TDP em ação. Quando se aciona a embreagem, a caixa de marchas e a TDP cessam o movimento. Para acionar a TDP com o trator parado, é necessário engatar marcha neutra e soltar novamente a embreagem para movimentar a TDP. Figura 3. Representação da tomada de potência com embreagem de monodisco: 1 - embreagem de um disco; 2 - pedal da embreagem; 3 - eixo traseiro; 4 - movimento do motor; 5 - caixa de marchas; 6 - dispositivo de engrenamento da TDP; 7 - movimento para a TDP. 3.2 Tomada de potência semi-independente Neste sistema, a embreagem conta com dois discos e seu acionamento possui dois estágios. A tomada de potência semi-independente caracteriza-se por receber movimento do motor através de um segundo disco de embreagem sendo o acionamento deste obtido pelo mesmo pedal que controla o disco que transmite o movimento às rodas motrizes. Durante o funcionamento do trator, no primeiro estágio de acionamento, interrompe-se o movimento para a caixa de marchas. E no segundo estágio, interrompe-se o movimento para a TDP. Ou seja, ao trabalhar com um implemento, por exemplo, a mesma roçadora, é possível, durante o trabalho, parar o trator e manter a TDP em ação, apenas acionando a embreagem em seu primeiro estágio.
Figura 4. Representação de uma tomada de potência semi-independente comandada por uma embreagem de duplo disco: 1 - desembrear do disco da caixa; 2 - desembrear do disco da TDP; 3 - embreagem de dois discos; 4 - movimento do motor; 5 - caixa de marchas; 6 - eixo traseiro; 7 - dispositivo de engrenamento da TDP. Como se pode observar na Figura 4, na primeira parte do curso do pedal apenas se desembreia o disco de avanço, o que imobiliza o trator, continuando a TDP em funcionamento, e só pressionando o pedal a fundo é que esta última se imobiliza, interrompendo-se a TDP. 3.3 Tomada de potência independente A tomada de potência independente apresenta uma embreagem semelhante às das tomadas de potência semi-independentes, mas com comandos separados para cada um dos discos (Figura 5). O disco de avanço é acionado pelo pedal e o da TDP por um comando manual. Figura 5. Representação de uma TDP independente de duplo disco e comandos separados: 1 - comando do disco da TDP; 2 - pedal de acionamento do disco de avanço; 3 - embreagem de dois discos e comandos separados; 4 - eixo traseiro; 5 - movimento do motor; 6 - caixa de marchas; 7 - dispositivo de engrenamento da TDP.
Nos tratores em que existe este tipo de TDP, os movimentos de translação do trator e de rotação da TDP são independentes bastando para isso desembrear, engrenar e embrear o par de engrenagens da caixa desejada ou o dispositivo de engrenamento da TDP. 3.4 Tomada de potência totalmente independente As tomadas de potência totalmente independentes têm uma embreagem multidisco em banho de óleo, funcionando completamente independente da embreagem do avanço, situação semelhante à anterior, mas em que o embrear e engrenar é efetuado praticamente em simultâneo (Figura 6). Figura 6. Tomada de potência totalmente independente de 540 e 1.000 rpm comandada por uma embreagem multidisco, podendo também ter movimento de rotação proporcional à velocidade de deslocamento: a - 540 rpm; b - 1.000 rpm; 1 - pedal de acionamento do disco de avanço; 2 - embreagem de simples efeito; 3 - movimento do motor; 4 - caixa de velocidades; 5 - embreagem multidisco; 6 - dispositivo de acionamento da TDP proporcional ao avanço. 4. Sistema hidráulico 4.1 Sistema de levante hidráulico engate de três pontos Os tratores antigos dispunham apenas da barra de tração, que permitia apenas arrastar e não carregar implementos montados. O sistema de engate de três pontos se tornou um dispositivo padrão em todos os tratores, sendo suas dimensões normalizadas pela ASAE desde 1959. O sistema de engate de três pontos contém dois braços inferiores, chamados de primeiro e segundo pontos, e um braço superior, o terceiro ponto (Figura 7). Os implementos podem trabalhar montados, quando conectados aos três pontos do engate, e semimontados, quando conectados aos dois pontos inferiores do engate sendo o solo fornecedor de parte do sustento. Certos tratores contam ainda com engate rápido, que foi desenvolvido para permitir o engate rápido do sistema de engate ao implemento.
Figura 7. Representação do sistema de engate por três pontos: 1 - pendurais; 2 - braços superiores; 3 - manivela; 4 - rótulas; 5 - braços inferiores; 6 - barra de tração; 7 - barra do 3 o ponto. Os braços inferiores do sistema de engate são articulados no trator e têm na outra extremidade rótulas para fixação dos implementos. Os braços inferiores estão colocados simetricamente em relação ao plano longitudinal médio e encontram-se ligados aos braços superiores por pendurais, sendo o comprimento do direito, ou mesmo dos dois, regulável através de uma manivela. Para além dos dois pontos de ligação nos braços inferiores existe ainda um terceiro ponto que evita a rotação do equipamento sobre o eixo dos dois primeiros, onde está montada a barra do terceiro ponto cujo comprimento é regulável para permitir o alinhamento longitudinal do equipamento. Os braços inferiores ligam-se ao cárter do diferencial por meio de rótulas o que permite o seu movimento lateral que deve, no entanto, ser limitado por correntes estabilizadores, por forma a que não batam nas rodas; estas correntes permitem limitar a oscilação dos braços inferiores do hidráulico e descentrar um equipamento montado. O sistema de engate de três pontos é acionado pelo sistema de levante hidráulico (Figura 8). Este sistema, usualmente alimentado por um cilindro hidráulico de simples ação, levanta os braços do engate e o próprio peso do implemento é responsável por baixá-los. O sistema de levante hidráulico é operado manualmente pelo operador do trator, podendo controlar através de alavancas o levante, a posição e a velocidade de reação do sistema de levante hidráulico.
Figura 8. Princípio de funcionamento do sistema hidráulico: 1 - alavancas de controle de posição e profundidade; 2 - dispositivos de controle de posição e profundidade; 3 - braço superior do sistema de elevação; 4 - bomba hidráulica; 5 - distribuidor; 6 - êmbolo; 7 - ligação aos três pontos. A utilização do sistema hidráulico de engate em controle de posição permite, para cada posição da alavanca de controle, colocar o equipamento numa dada posição que se mantém inalterável até que aquela alavanca seja novamente acionada (Figura 9). Este sistema é geralmente empregado com equipamentos que não executam trabalhos de mobilização, ou contato com o solo, pois, a não variação da distância do equipamento com o solo implica que, caso a resistência específica deste aumente, o trator possa não desenvolver força de tração suficiente para a vencer. Figura 9. Princípio do controle de posição mecânico: 1 - alavanca do controle de posição; 2 - braço superior do sistema de levante; 3 - equipamento montado; 4 - bomba hidráulica; 5 - distribuidor; 6 - êmbolo. O levante hidráulico é dotado de um sistema automático, chamado de controle de ondulação ou de carga, capaz de sentir a força requerida no sistema de três pontos (Figura 10). Quando o esforço no engate aumenta, ocorrendo compressão, um mecanismo atua na válvula de controle principal do levante hidráulico
levantando os braços. De forma contrária, o decréscimo da força, ou tração nos braços causa seu abaixamento. O controle de ondulação permite que as máquinas agrícolas operem sempre à mesma profundidade no instante em que encontram alguma imperfeição no relevo da superfície de trabalho, ou aumento da resistência do solo, mantendo também a força de tração desenvolvida pelo trator. Figura 10. Representação do controle de tração pelo terceiro ponto: 1 - êmbolo; 2 - batente de comando; 3 - braços superiores; 4 - braço do 3 o ponto; 5 - alavanca de ligação do 3 o ponto; 6 - distribuidor; 7 - bomba; 8 - mola de compressão. 4.2 Sistema de controle remoto O sistema de controle remoto do trator permite fornecer fluido, no caso, óleo hidráulico, com pressão através de mangueiras para acionar partes específicas de máquinas agrícolas acionadas por pistões e posicionar em condições operacionais adequadas os órgãos ativos das máquinas e implementos que são acoplados ao trator, como, por exemplo, a reversão do arado de aiveca, mecanismos basculantes de colhedoras, acionamento de rodado de transporte de máquinas entre outros (Figura 11). Em alguns modelos de tratores, este mesmo sistema conta com sistema de bombeamento constante para acionar algum tipo de motor hidráulico de alguma máquina agrícola. Figura 11. Uso do sistema de controle remoto acionando um cilindro hidráulico para levantar o implemento.