Estabilidade de Tratores Agrícolas de Pneus

28/08/2015 Estabilidade de tratores agrícolas de pneus

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IT Departamento de EngenhariaSEROPÉDICARIO DE JANEIRO

MAIO2008

IT 154 Motores e TratoresEstabilidade de Tratores Agrícolas de Pneus

Carlos Alberto Alves Varella [email protected] Kalil Khoury Junior [email protected]

INTRODUÇÃOA estimativa mundial da frota de tratores agrícolas de pneus é de 27,6 milhões de unidades, correspondendo à frotabrasileira 336.589 unidades (ANFAVEA, 2008). A crescente utilização do trator agrícola tem trazido como conseqüência oaumento de acidentes de trabalho, mesmo com as diversas melhorias realizadas no seu projeto, para aumentar a eficiência,conforto e segurança nas operações. A maioria dos acidentes envolvendo tratores é fatal. Estimase que de 85% dessesacidentes, 70% são devidos ao tombamento lateral e 15% ao tombamento longitudinal para trás (FUNDACENTRO, 1979).Conforme apresentado por DELGADO (1991), 60% dos acidentes com tratores agrícolas são causados por tombamentos.Estudos desenvolvidos nos últimos anos indicaram que entre 40 a 66% dos acidentes fatais tem sido devido a tombamento(SANDERSON et al., 2006). DEBIASI et al. (2004), estudando as causas dos acidentes de trabalho envolvendo conjuntostratorizados, concluíram que os acidentes foram causados por atitudes e condições inseguras, representando 82 e 18%,respectivamente. Destacandose entre as principais causas a operação do trator em condições para as quais não foiprojetado e a perda de controle em aclives/declives. A estabilidade do trator é um parâmetro que devido a sua significativainfluência no tombamento do trator tem sido há muitos anos, motivo de estudo de diferentes autores. Por meio desimulações tem sido estudado o comportamento dos tratores em acidentes com tombamento lateral, além da estabilidadelateral quando o trator se movimentando em curva e sob alta velocidade. Estudos concluíram que os efeitos dos parâmetrosque caracterizam a relação pneusolo têm grande influência no estudo da estabilidade de tratores, e que o conhecimentodas forças laterais que atuam nos pneus, assim como as forças laterais e de tração que atuam no sistema em estudo, é degrande importância para realizar uma simulação correta da dinâmica do trator (REHKUGLER et al., 1976; REHKUGLER,1982; KIM & REHKUGLER, 1987). Estudos mais recentes simularam o comportamento da estabilidade de um trator,tracionando uma carreta durante a subida e descida de uma ladeira. Foi definido o limite da carga e o ângulo de inclinaçãoem que pode trabalhar o conjunto para não tornarse instável (ABUHAMDEH & ALJALIL, 2004). KHOURY JUNIOR et al.(2004), desenvolveram um modelo matemático capaz de prever a perda da estabilidade de tratores 4x2, sem implementoacoplado, com satisfatória precisão. Os autores concluíram que a energia adquirida pelo chassi do trator no início do estágiode tombamento é capaz de dar continuidade a este, quando o chassi colide com o eixo frontal. Os estudos da dinâmica detratores agrícolas utilizando modelos matemáticos têm sido muito úteis para o desenvolvimento de projetos de tratoresotimizados e mais seguros. EQUILÍBRIO ESTÁTICO LATERAL DO TRATORSegundo MIALHE (1980), a análise do equilíbrio estático lateral de tratores agrícolas é importante para o estabelecimentode declividades limites dos terrenos para uso de máquinas agrícolas. Declividade do terreno

Na Figura 1 a superfície do terreno é representada pela hipotenusa do triângulo retângulo. A declividade do terreno énormalmente expressa em porcentagem e é calculada pela Equação 1.

em que,dt = declividade do terreno;

x = distância horizontal;z = distância vertical.

mailto:[email protected]

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Figura 1. A superfície do terreno é representada pela hipotenusa do triângulo retângulo.

Condições de equilíbrio estático lateralA Figura 2 ilustra a vista de trás de um trator apoiado sobre um plano de apoio inclinado de ângulo α. Neste modelo,considerase que o centro de gravidade do trator (CG) está localizado no plano médio do trator. Segundo MIALHE (1980) adeclividade máxima do plano de apoio para equilíbrio estático lateral de tratores pode ser calculada pela Equação 2.

B = bitola do trator;y = cota vertical do centro de gravidade do trator.

Figura 2. Vista de trás de um trator apoiado sobre um plano inclinado de ângulo α.

Declividade limite operacionalConsideremos a situação de um trator fazendo aração de um terreno inclinado caminhando com a roda no interior do sulco,como mostra esquematicamente a Fig. 2.6. Como se observa, existem dois planos a considerar : a) plano da superfície doterreno e b) plano de apoio do trator, cada um com sua declividade própria. Como norma de segurança recomendase que ovalor de dO seja multiplicado por um coeficiente de segurança igual a 0,5 (Equação 4).

B = bitola do trator;y = cota vertical do centro de gravidade do trator;p = profundidade do sulco;0,5 = coeficiente de segurança.

Figura 3. Considerando a roda direita do trator posicionada dentro de um sulco de profundidade 'p'.



EQUILÍBRIO ESTÁTICO LONGITUDINAL DO TRATORA Figura 4 ilustra um trator sem carga apoiado sobre uma rampa de ângulo Nestas condições as forças consideradas naanálise são: resistência do solo à tração (Fs), resistência do solo ao rolamento (Rr), peso do trator (P) e reações no eixo

dianteiro (R1) e traseiro (R2). Estando o trator em equilíbrio o somatório das forças que atuam no plano paralelo ao

deslocamento do trator (Fx deve ser igual a zero:

o somatório das forças no plano vertical ao deslocamento do trator é:

P= peso do trator;R2 = reação no eixo traseiro.

Figura 4. Condições da estabilidade longitudinal sem carga.

A Figura 4 ilustra um trator em uma rampa com ângulo de inclinação (α). A força de tração apresenta ângulo b em relaçãoao plano de deslocamento do trator. As forças que apresentam efeito na estabilidade longitudinal do trator são: ascomponentes horizontais do peso e da força de tração (P.sena e Ft.conb) e a força de resistência do solo à tração. do trator(Fs). A Equação 1 e 2 definem o equilíbrio das forças na direção paralela e perpendicular ao plano de deslocamento dotrator.



Figura 4. Trator em uma rampa com ângulo de inclinação α e força de tração Ft. Considerandose o ponto O como centro de rotação das forças que atuam no trator, podemos estimar a quantidade de pesosobre o eixo dianteiro e traseiro. As Equações 3 e 4 definem a quantidade de peso sobre os eixos dianteiros e traseiros.

Ft= força de tração; ângulo da força de tração em relação ao plano de deslocamento do trator; P= peso do trator; =ângulo de inclinação da rampa; Fs= força de resistência do solo à tração.

R1= peso sobre o eixo dianteiro; R2= peso sobre o eixo traseiro. CENTRO DE GRAVIDADEA Figura 5 ilustra o triedro de referência para localização do centro de gravidade de tratores agrícolas. A origem 'o' estálocalizada na base da interseção entre os planos transversal, longitudinal e vertical. O trator está apoiado sobre o planotransversal (I). O plano longitudinal (II) passa pela linha central do trator e o plano vertical passa pela linha central do eixotraseiro. O centro de gravidade possui três dimensões: cota longitudinal, cota vertical e cota transversal (x,y,z). Todas ascotas são expressas em milímetros e representam as distâncias do centro de gravidade do trator aos respectivos planos dotriedro de referência.



Trator Valmet 1184Álcool x y z

Sem lastro 1053 911 0

Com lastro 1036 793 4

Figura 5. Triedro de referência para localização do centro de gravidade de tratores agrícolas. O centro de gravidade em tratores de rodas nem sempre está localizado na linha central do trator, isto é, podendo estardeslocado para a direita (cota transversal negativa) ou para a esquerda (cota vertical positiva). A Figura 6 ilustra alocalização do centro de gravidade de um trator agrícola que apresenta cota transversal negativa, isto é, o centro degravidade do trator está deslocado para a direita. Nesta figura as cotas longitudinal (x) e vertical (y) são positivas e a cotatransversal (z) é negativa.

Figura 6. Localização do centro de gravidade de tratores agrícolas. O centro de gravidade varia de posição quando adicionamos lastros ao trator. No Quadro 1 são apresentados cotas do CGde um trator agrícola com lastro e sem lastro. Observase que com adição de lastros houve variação de todas as cotas doCG. A cota transversal (z) que apresentava valor zero sem lastro mudou para 4 mm com lastro. Quadro 1. Cotas do centro de gravidade de um trator com lastro e sem lastro

Fonte: Boletim técnico CENEA, ano IV, n.10, 1985.



CONCLUSÕESA bitola e a localização do centro de gravidade na coordenada vertical são os fatores que mais afetam a estabilidade para tombamento lateral detratores agrícolas.

A localização do centro de gravidade na coordenada longitudinal e a distância entre eixos afetam a estabilidade de tratores agrícolas emtombamentos para trás.

O trator desliza os rodados do lado do tombamento ou perde a dirigibilidade dos pneus frontais antes de ocorrer o tombamento lateral.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICASABUHAMDEH, N.H.; ALJALIL, H.F. Computer simulation of stability and control of tractortrailed implement combinations under different operatingconditions. Bragantia. Campinas, v.63, n.1, p.149162, 2004.

ANFAVEA ASSOCIAÇÃO NACIONAL DOS FABRICANTES DE VEÍCULOS AUTOMOTORES. Anuário Estatístico da Indústria Automobilística Brasileira.2007. Disponível em: http://www.anfavea.com.br/anuario2007/Cap1_15_2007.pdf. Acesso em 08 mai. 2008.

DEBIASI, H.; SCHLOSSER, J.F.; WILLES, J.A. Acidentes de trabalho envolvendo conjuntos tratorizados em propriedades rurais do Rio Grande do Sul,Brasil. Ciência Rural, Santa Maria. v.34, n.3, p.779784, 2004.

DELGADO, L.M. El tractor agrícola características y utilización. Madrid: Ministério de Agricultura, Pesca y Alimentación, 1991. 235p.

FUNDACENTRO FUNDAÇÃO JORGE DUPRAT FIGUEIREDO DE SEGURANÇA E MEDICINA . Manual de segurança, higiene e medicina do trabalhadorrural. São Paulo: 1979. 84p.

KHOURY JUNIOR, J.K., DIAS, G.P., CORDEIRO, R.R., SOUZA, C.M.A. Modelagem da estabilidade de tratores agrícolas de pneus. PesquisaAgropecuária Brasileira, Brasília, v.39, n.5, p.459468, 2004.

KIM, K.U., REHKUGLER, G. E. A rewiew of tractor dynamics and stability. Transactions of the ASAE, v.30, n.3, p.615623, 1987.

REHKUGLER, G.E. Tractor steering dynamics – simulated and measured. Transactions of the ASAE, v.25, n.2, p.15151519, 1982.

REHKUGLER, G.E., KUMAR, V., DAVIS, D.C. simulation of tractor accidents and overturns. Transactions of the ASAE, v30, n.3, p.601604, 1976.

SANDERSON, W.T.; MADSEN, M.D.; RAUTIAINEN, R.; KELLY, K.M.; ZWERLING, C.; TAYLOR, C.D.; REYNOLDS, S.J.; STROMQUIST, A.M.; BURMEISTER,L.F.; MERCHANT, J.A. Tractor overturn concerns in Iowa: perspectives from the Keokuk county rural health study. Journal of Agricultural Safety andHealth, v.12, n.1, p.7181, 2006.

MIALHE, L. G. Máquinas motoras na agricultura, v.2, 365p. Editora da USP, São Paulo. 1980. Harshman, W.C. ; Yoder, A.M. ; Hilton, V.; Murphy, D.J. Tractors stability. The Pennsylvania State University, 2004. Disponível em:http://abe.sdstate.edu/hosta/index_files/Task%20Sheets/4.12%20Tractor%20Stability.pdf. Acesso em 26 jun. 2008.

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