Meça diretamente o torque, a velocidade de rotação e a potência transmitida pela tomada de força (TDF) de um trator. Permite saber com precisão quanta potência mecânica um implemento agrícola realmente recebe. Essa informação é especialmente útil em testes de máquinas, desenvolvimento de implementos, otimização de energia, agricultura de precisão e bancadas de testes.
Um sistema baseado em um Sensor de torque rotativo instalado diretamente entre a tomada de força do trator e o eixo do implemento. Isso permite obter essas informações sem a necessidade de instrumentar internamente a transmissão. Um estudo publicado em Engenharia Aplicada à Agricultura Ele validou esse método comparando-o com um dinamômetro de referência e obteve diferenças de apenas 3 a 23 N·m Durante os testes de verificação, não foram encontradas diferenças estatisticamente significativas entre os dois sistemas de medição.
Resultado principal: A medição direta do torque no eixo da tomada de força (TDF) pode fornecer uma estimativa confiável da potência transmitida ao implemento. No sistema estudado, a calibração mostrou uma relação linear praticamente perfeita, com R² = 0,9999.
O que é medido na tomada de força (TDF) de um trator?
O tomada de força, conhecido internacionalmente como PTO (Tomada de força) E também como tomada de força (TDF), transmite potência mecânica do trator para máquinas e implementos como cortadores de grama, trituradores, enfardadeiras, distribuidores de fertilizantes, misturadores, bombas, equipamentos de preparo do solo ou implementos de lavoura.
Para determinar a potência mecânica transmitida, não basta simplesmente medir as rotações do eixo. É necessário conhecer duas grandezas simultaneamente:
- Torque (T), geralmente expresso em N·m.
- Velocidade de rotação (n), expressa em rotações por minuto, rpm.
A partir de ambas as grandezas, pode-se calcular a potência mecânica instantânea transmitida pelo eixo:
P = T × ω
P [kW] = T [N·m] × n [rpm] / 9550
Por exemplo, um casal de 1.000 N·ma 540 rpm corresponde aproximadamente a 56,5 kW. O mesmo par 1.000 rpm representa aproximadamente 104,7 kW. Por essa razão, o torque e a rotação por minuto (rpm) devem ser registrados simultaneamente ao analisar a demanda real de potência de um implemento.
Como medir o torque diretamente no eixo da tomada de força (TDF)
Uma das soluções mais diretas é instalar um transdutor de torque rotativo em linha com a tomada de força. O sensor está localizado entre a saída da tomada de força (TDF) do trator e o eixo de acionamento do implemento ou do dinamômetro.
Conforme o eixo gira, o transdutor mede o torque produzido pela força transmitida. Se o sistema também registrar a velocidade de rotação, é possível determinar simultaneamente os dois valores. torque, rpm e potência mecânica.
Validação científica de um sensor de torque na tomada de força (PTO)
Roeber, Pitla, Hoy, Luck e Kocher desenvolveram e avaliaram um sistema de aquisição projetado para medir diretamente o torque e a velocidade da tomada de força (TDF) de um trator. O trabalho, intitulado Sistema de Medição e Aquisição de Dados de Torque da Tomada de Força do Trator, Foi publicado em 2017 em Engenharia Aplicada à Agricultura.
O objetivo era verificar se um sensor de torque instalado diretamente no eixo da tomada de força (TDF) poderia fornecer resultados suficientemente próximos aos obtidos usando o sistema de medição de referência. Laboratório de Testes de Tratores do Nebraska.
Configuração utilizada no teste
| Sensor de torque | Série NCTE 7000 usada na configuração do estúdio |
| Faixa de torque | Até 5.000 N·m |
| Velocidade máxima do sensor | Até 3.600 rpm |
| Sinal de parada | 0–10 V |
| Tomada de força usada | Configuração de tomada de força (TDF) de 1 3/4″, 20 estrias, 1.000 rpm |
| Trator | AGCO Allis 9695 |
| Sistema de referência | Dinamômetro de correntes parasitas de 522 kW do Laboratório de Testes de Tratores de Nebraska |
| Aquisição | National Instruments CompactDAQ e LabVIEW |
| Variáveis registradas | Torque, velocidade da tomada de força e dados necessários para análise de potência. |
Essa configuração permitiu a comparação simultânea do sinal fornecido pelo transdutor rotativo com o torque determinado pelo dinamômetro de laboratório.
Aquisição simultânea de torque e velocidade
O sistema de aquisição utilizado no estudo foi desenvolvido em torno de uma plataforma. National Instruments CompactDAQ. O sinal analógico correspondente ao torque e às informações de velocidade de rotação foram registrados de forma síncrona usando um aplicativo desenvolvido em LabVIEW.
A sincronização é especialmente importante em aplicações dinâmicas. Em um implemento agrícola, a carga raramente é constante: ela varia com a densidade da cultura, a profundidade de trabalho, a velocidade de avanço, as irregularidades do terreno e os próprios ciclos mecânicos da máquina. Registrar apenas valores médios pode mascarar picos de torque relevantes e fenômenos transitórios.
Calibração do sensor em relação ao dinamômetro
Antes de utilizar este tipo de sistema de medição em testes de campo, é essencial verificar a relação entre o sinal elétrico do transdutor e o torque mecânico real.
Durante a calibração, diferentes condições de carga foram aplicadas e a saída do sensor foi comparada com o valor obtido utilizando o sistema de referência do dinamômetro. O ajuste linear obtido no estudo mostrou uma coeficiente de determinação R² de 0,9999, o que indica uma relação praticamente linear entre ambos os sinais dentro das condições testadas.
A regressão obtida pelos pesquisadores para a configuração específica do sistema foi a seguinte:
Par = −1240,9 × V + 6412,5
Esta equação aplica-se exclusivamente à configuração e calibração descritas no estudo. Não deve ser utilizada como uma equação universal para outros sensores.
Cada sensor deve utilizar sua própria sensibilidade, curva de calibração ou parâmetros fornecidos pelo fabricante.
Resultados: Qual foi a precisão obtida na medição do par PTO?
Nos testes de verificação com carga máxima e em diferentes velocidades, a diferença entre o torque obtido pelo sensor da tomada de força (PTO) e o determinado pelo dinamômetro foi de aproximadamente 3 a 23 N·m na primeira série de testes.
Em termos relativos, os erros observados permaneceram pequenos em comparação com o par transmitido. Os pesquisadores também aplicaram testes estatísticos às diferenças obtidas e determinaram que Não houve diferenças estatisticamente significativas em relação a zero. nas amostras analisadas.
O resultado é especialmente relevante porque demonstra que um Sensor de torque rotativo montado diretamente na linha da tomada de força (PTO). Ele pode ser usado para realizar medições de campo e testes de máquinas sem depender exclusivamente de um dinamômetro de laboratório fixo.
Desde a série NCTE 7000 testada até os sensores PTO atuais.
É importante distinguir o dispositivo específico usado no estudo de 2017 das versões atualmente disponíveis no mercado. A tecnologia, os componentes eletrônicos, as interfaces e as configurações disponíveis evoluíram desde a realização daquele estudo.
A NCTE comercializa atualmente transdutores baseados em sua tecnologia de medição magnetoestritiva sem contato, projetados para reduzir o desgaste e a manutenção em aplicações rotativas. A linha inclui soluções de alto torque, como o Série 7000 e modelos especificamente projetados para aplicações agrícolas de tomada de força, como o Série NCTE 7300 / Tomada de Força 7300.
| Recurso | Corrente da série NCTE 7000 | NCTE PTO 7300 |
|---|---|---|
| Torque nominal | 3.000 a 5.000 N·m, dependendo da versão. | Até 3.000 N·m |
| Velocidade | Até 3.600 rpm | Até 1.100 rpm |
| Precisão publicada | ≤ ±0,5 % de acordo com a configuração | ≤ ±0,5 % |
| Proteção | Opções IP50/IP65 dependendo da configuração | IP65 |
| Partidas disponíveis | 0–10 V, 4–20 mA, CAN e outras opções dependendo da versão. | 0–10 V, 4–20 mA, CAN ou USB, dependendo da versão. |
| Aplicação principal | Grandes pares, bancadas de teste, veículos e máquinas | Tomada de força de máquinas agrícolas |
| Montagem da tomada de força | Configurações e acessórios de acordo com a aplicação | Conexão direta 1 3/8″, 6 estrias |
A escolha entre as duas famílias depende principalmente de Torque máximo esperado, velocidade do eixo, geometria da tomada de força (TDF), espaço disponível, proteção ambiental e tipo de aquisição de dados..
Tecnologias alternativas para medir o torque em uma tomada de força (TDF)
A medição de torque em uma tomada de força (PTO) pode ser realizada utilizando diversas arquiteturas. O mercado oferece transdutores rotativos com eletrônica integrada, sistemas de telemetria sem fio, extensômetros instrumentados no eixo e sensores baseados em tecnologias de medição sem contato.
Fabricantes especializados, como Datum Electronics e Michigan Científico Eles também oferecem soluções específicas para tomadas de força (PTOs). As características publicadas não devem ser comparadas apenas com base em um valor de "precisão", pois cada fabricante pode especificar parâmetros diferentes — exatidão do sistema, não linearidade, histerese, escala completa ou incerteza — e as condições de teste nem sempre são equivalentes.
| Solução | Abordagem | Aspectos principais |
|---|---|---|
| Série NCTE 7000 | Transdutor rotativo magnetostritivo | Até 5.000 N·m e 3.600 rpm; potências industriais; adequado para bancadas de teste e máquinas de alto torque. |
| NCTE PTO 7300 | Sensor compacto específico para tomada de força | Até 3.000 N·m, 1.100 rpm, IP65 e montagem direta em tomada de força agrícola de 1 3/8″. |
| Sensor de torque PTO Datum | Medição de torque com telemetria integrada | Soluções de tomada de força (PTO) com transmissão de dados sem fio e cálculo de energia. |
| Associação de Pais e Professores Científica de Michigan | Transdutor instrumentado com telemetria/encoder | Soluções de 2.500 e 5.000 N·m especialmente orientadas para testes e aquisição dinâmicos. |
Para selecionar o sistema adequado, você não deve se basear apenas na faixa nominal do sensor. Outros fatores importantes incluem resposta dinâmica, frequência de aquisição, sobrecarga admissível, compatibilidade mecânica, temperatura, proteção contra poeira e água e integração elétrica com o sistema de aquisição.
Que informações devem ser consideradas antes de selecionar um sensor de torque para tomada de força (PTO)?
- Torque nominal e torque máximo esperado, incluindo possíveis picos e bloqueios.
- Velocidade de operaçãoPor exemplo, uma tomada de força (TDF) de 540 ou 1.000 rpm.
- Tipo e dimensões dos sulcos Entrada e saída.
- Sentido de rotação e a necessidade de medição bidirecional.
- Espaço disponível entre o trator e o implemento.
- Proteção ambiental Necessário para poeira, lama, umidade ou lavagem.
- Tipo de saídaTensão, corrente, CAN, USB ou outra interface.
- Largura de banda e velocidade de aquisição quando se pretende estudar fenômenos transitórios ou impactos.
- Também é necessário medir a rotação por minuto (RPM). para calcular a potência.
- Requisitos de calibração e rastreabilidade do ensaio.
Aplicações da medição de torque e potência da tomada de força (PTO)
A instrumentação direta da tomada de força (TDF) permite o estudo do comportamento energético real de praticamente qualquer máquina acionada mecanicamente pelo trator. Aplicações comuns incluem:
- Testes e homologação de máquinas agrícolas;
- Desenvolvimento e validação de novos implementos;
- Medição da demanda de energia de trituradores, segadoras, enfardadeiras e equipamentos de lavoura;
- Comparação entre diferentes configurações de máquinas;
- otimização da relação trator-implemento;
- Análise de eficiência energética;
- Identificação de picos de carga e sobrecargas mecânicas;
- Centros universitários de pesquisa e tecnologia;
- Desenvolvimento de estratégias de controle e agricultura de precisão;
- Testes de durabilidade e caracterização da transmissão.
Medição dinâmica: mais informações do que um valor médio de potência.
Uma das principais vantagens de posicionar o sensor diretamente na transmissão é a possibilidade de observar como o torque varia durante a operação. Dois implementos podem ter potência média semelhante e, ainda assim, apresentar comportamentos dinâmicos completamente diferentes.
Um sistema de aquisição suficientemente rápido pode detectar picos de torque, oscilações periódicas, impactos, bloqueios momentâneos ou variações associadas ao processo agrícola. Essas informações são importantes para dimensionar transmissões, embreagens, eixos e elementos de proteção, e podem ajudar a identificar condições de trabalho que não seriam visíveis por meio de uma medição comum.
Perguntas frequentes sobre a medição de torque em uma tomada de força (PTO).
Como se calcula a potência da tomada de força a partir do torque?
Se o torque em N·m e a velocidade em rpm forem conhecidos, a potência pode ser calculada por P [kW] = T [N·m] × n [rpm] / 9550. Portanto, um sistema de medição de potência da tomada de força (PTO) deve registrar simultaneamente o torque e a velocidade.
Medir o torque é o mesmo que medir a potência da tomada de força (PTO)?
Não. O torque representa a força de torção aplicada ao eixo. A potência também incorpora a velocidade de rotação. O mesmo torque transmite uma potência diferente a 540 rpm do que a 1.000 rpm.
É possível medir o torque sem modificar internamente o trator?
Sim. Existem transdutores projetados para instalação externa entre a saída da tomada de força (TDF) e o eixo de transmissão ou equipamento de teste. A compatibilidade depende do padrão de estrias, do espaço disponível e da geometria específica da instalação.
Qual deve ser a faixa de torque do sensor?
O sensor deve ser selecionado considerando o torque operacional esperado e, principalmente, os picos de carga. O uso de uma faixa excessivamente ampla pode reduzir a resolução útil da medição, enquanto um sensor muito pequeno pode ficar sujeito a sobrecarga.
O sensor pode ser usado durante trabalhos de campo reais?
Sim, desde que o transdutor, os acoplamentos, a cablagem e o sistema de aquisição sejam especificados para as condições ambientais e mecânicas da aplicação. Para trabalhos agrícolas, a proteção contra humidade e sujidade, vibração, temperatura e cargas transitórias é particularmente importante.
Qual a diferença entre uma tomada de força (TDF) de 540 rpm e uma de 1.000 rpm?
Essas são diferentes velocidades nominais de operação. Para o mesmo valor de torque, uma tomada de força (TDF) de 1.000 rpm transmite mais potência do que uma de 540 rpm. O sensor selecionado deve ser compatível tanto mecanicamente quanto com a velocidade máxima de teste.
Conclusão: Medir o torque da tomada de força (TDF) permite conhecer a potência real transmitida.
A medição direta do torque e da velocidade na tomada de força (TDF) oferece uma maneira prática de determinar a potência mecânica real que o trator fornece ao implemento. A validação publicada por Roeber et al. demonstrou que um transdutor rotativo instalado e calibrado corretamente pode fornecer resultados com alta correlação com um dinamômetro de laboratório.
A disponibilidade atual de sensores compactos, eletrônica integrada e diversas interfaces industriais amplia ainda mais as possibilidades dessa técnica para Pesquisa e desenvolvimento, testes de máquinas, agricultura de precisão, otimização de energia e monitoramento de transmissão..
A GUEMISA fornece sensores de torque NCTE e pode ajudar a dimensionar o transdutor e a eletrônica de aquisição. Dependendo do torque, da rotação por minuto (RPM), do tipo de tomada de força (TDF), do sinal necessário e das condições de trabalho de cada aplicação.
Referência técnica
Roeber, J.B.W. Pitla, SK; Hoje, RM; Luck, J.D.; Kocher, M. F. (2017). Sistema de Medição e Aquisição de Dados de Torque da Tomada de Força do Trator. Engenharia Aplicada na Agricultura, 33(5), 679–686. DOI: 10.13031/aea.11994.
O procedimento experimental foi desenvolvido no Laboratório de Testes de Tratores de Nebraska e baseou-se em procedimentos aplicáveis a testes de desempenho de tratores. Os códigos de teste de tratores da OCDE continuam a incluir a medição do desempenho da tomada de força (TDF) como um elemento fundamental de caracterização.