Mechanical aid for sugarcane harvesting

Civil society and sugarcane farmer demands indicate that harvesting technology has enough limitations to jeopardize production in large sugar cane producing areas. This work analyses the current mechanical harvesting compared to a semi-mechanical harvesting proposal, on the bases of eleven characteristics considered determinant for a quick spreading of green cane harvesting on hilly areas, with lower impact on agricultural labor and farmers investment capacity.As demandas legais da sociedade civil e dos produtores de cana-de-açúcar em áreas inclinadas colocam em evidência deficiências tecnológicas dos processos de colheita que ameaçam a produção de cana-de-açúcar em extensas regiões canavieiras. O estudo analisa o sistema de colheita mecânica atual, comparativamente a uma proposta de colheita semimecanizada, com base em 11 características consideradas determinantes para a disseminação rápida da colheita da cana sem queima prévia, em áreas declivosas, com menor impacto sobre a demanda de mão-de-obra agrícola e sobre a capacidade de investimento dos produtores.300308Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP

Contouring the soil surface during cutting and/or lifting of agricultural products

Harvesting and loading of products, such as beans, sugarcane and some horticultural ones require a precise ground contouring process. Lifting forks should neither get away from the ground surface nor penetrate into it in order to avoid losses in the first case or product contamination with silt or soil bacteria in the second case. Active or passive mechanisms can be used to follow the ground profile. Lifting or cutting devices can be mounted on linkages having instant rotation centers adequately located for optimum flotation performance. The reference point of the ground following process should be close enough to the lifting or cutting point to avoid position errors resulting from ground surface unevenness. The main limitations of the articulated fork of the combine sickle bar and the double disk base cutter of the Australian sugarcane harvesters are discussed and alternative solutions are proposed to improve ground following performance. Research results of passive mechanisms having low and high mass are discussed together with an active control system for a combine header.Durante a colheita ou o carregamento de produtos rasteiros como feijão, cana-de-açúcar e alguns produtos hortícolas, torna-se necessário seguir com precisão o perfil do solo sem que os garfos levantadores se afastem nem penetrem no solo, para evitar perdas no primeiro caso ou contaminação do produto com sílica e bactérias, no segundo caso. O seguimento do perfil poderá ser feito por mecanismos ativos ou passivos, cujos cortadores ou levantadores possam ser sustentados por barras articuladas com centros instantâneos de rotação virtual ou real, de cuja localização depende o desempenho de flutuação o qual, por sua vez, depende também da localização do ponto de referência utilizado para o controle de altura, que deve estar próximo do ponto de levantamento ou corte do produto. Os casos particulares de uma ponteira articulada utilizada na barra de corte das colhedoras combinadas e do cortador de disco duplo das colhedoras Australianas de cana-de-açúcar, são analisados. Formas alternativas de se melhorar o desempenho de seguimento do perfil do solo são apresentadas, incluindo resultados para mecanismos passivos de pequena e grande massa, assim como um mecanismo ativo que utiliza modelos dinâmicos da plataforma para efetuar o controle retroalimentado de posição.15115

Simulation of the sweeping performance of a segmented base cutter

Base cutting and feeding into harvesters of plants lying close to the ground surface require an efficient sweeping action of the cutting mechanism. It is not the case of conventional sugarcane harvesters which have rigid blades mounted on discs capable to contaminate the cane with dirt as well as damage the ratoons. The objective of this work was to simulate the sweeping performance of a segmented base cutter. The model was developed using the laws of dynamic. Simulation included two rotational speeds (400 and 600 rpm), two cutting heights (0.12 and 0.13 m) and two disk tilting angles (-10º and -12º). The simulated sweeping angle varied between 56º and 193º, which are very promising as a mean to cutting and feeding cane sticks lying on the ground. Cutting height was the variable that affected sweeping action the most. This behavior indicates the need to have an automatic control of the cutting disk height in order to keep good sweeping performance as the harvester moves forward.O corte e a alimentação de plantas acamadas da cana-de-açúcar próximas do solo para o interior da colhedora requerem uma varredura eficiente da superfície pelo cortador de base. Essas condições não são conseguidas com o cortador convencional, composto por facas rígidas, além disso, esse mecanismo é responsável pela contaminação e incorporação de terra ao material colhido e causador de danos à soqueira. Este trabalho teve por objetivo simular o desempenho da varredura de um cortador de base segmentado. A modelagem foi desenvolvida por meio das leis da dinâmica, sendo a análise realizada em duas rotações (400 e 600 rpm), duas alturas de trabalho (0,12 e 0,13 m) e duas inclinações do cortador (-10º e -12º). Os resultados de varredura variaram entre 56º e 193º, valores que representam um potencial muito promissor em termos de alimentação de colmos acamados. A variável de maior influência foi à altura de trabalho, em que seu acréscimo causou redução nos índices de varredura de forma mais pronunciada, em comparação com as demais variáveis. Esse fato evidencia a necessidade de combinar ao cortador segmentado um dispositivo bem preciso de posicionamento de altura no sentido de avanço da colhedora.774782Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP

Analysis of movement and development of a prototype of a base cutter with bi-articulated discs

The accompaniment of the surface and the auto-protection are limiting factors in the sugar cane conventional base cutter mechanism which causes an inefficient cutting and sweeping and also promotes a high amount of soil incorporation to the harvested material. A simulation model was developed according to the Laws of Dynamics to determine the angular displacements of the segment in the vertical plan, the knife in horizontal plan and the force of interaction of the segment with the surface. The simulation of the mechanism was carried out in two speeds (400 and 600 rotations min-1), three heights with regard to surface (120, 130 and 140 mm) and two inclinations of the rotor (-10 and -12º). The reaction force on the contact surface, which is related to the sweeping, presented values between 21 and 95º. The oscillation of the knife presented insignificant angular variations during the simulation. The force of reaction with the surface, which is related to the soil movement and damages to the ratoons, presented values between 941 and 2654 N. It was observed that virtual resources of simulation are presented as a powerful tool in decision-making and development of new mechanisms.O acompanhamento da superfície e a autoproteção, são fatores limitantes no mecanismo cortador de base convencional da cana-de-açúcar, acarretando corte e varredura ineficientes, além de promover a incorporação de elevada quantidade de terra ao material colhido. Um modelo de simulação foi desenvolvido por meio das leis da dinâmica para determinar os deslocamentos angulares do segmento no plano vertical, da faca no plano horizontal e da força de interação do segmento com a superfície. A simulação do mecanismo foi realizada em duas velocidades (400 e 600 rotações min-1), três alturas com relação à superfície (120, 130 e 140 mm) e duas inclinações do rotor (-10 e -12º). O resultado da amplitude de oscilação do segmento, variável relacionada à varredura, apresentou valores entre 2,1 e 9,5º; a oscilação da faca apresentou variações angulares desprezíveis durante a simulação e a força de reação com a superfície, que está relacionada à movimentação de terra e danos à soqueira, apresentou valores entre 941 e 2654 N. Em função dos resultados, observa-se que recursos virtuais de simulação se apresentam como poderosa ferramenta na tomada de decisões e no desenvolvimento de novos mecanismos.23023

Dynamic model of simulation and optimization of the normal force of soil reaction for a mechanism of base cutter

The physical model was based on the method of Newton-Euler. The model was developed by using the scientific computer program Mathematica®. Several simulations where tried varying the progress speeds (0.69; 1.12; 1.48; 1.82 and 2.12 m s-1); soil profiles (sinoidal, ascending and descending ramp) and height of the profile (0.025 and 0.05 m) to obtain the normal force of soil reaction. After the initial simulations, the mechanism was optimized using the scientific computer program Matlab® having as criterion (function-objective) the minimization of the normal force of reaction of the profile (FN). The project variables were the lengths of the bars (L1y, L2, l3 and L4), height of the operation (L7), the initial length of the spring (Lmo) and the elastic constant of the spring (k t). The lack of robustness of the mechanism in relation to the variable height of the operation was outlined by using a spring with low rigidity and large length. The results demonstrated that the mechanism optimized showed better flotation performance in relation to the initial mechanism.O modelo físico foi baseado no método de Newton-Euler, sendo o mesmo desenvolvido utilizando o programa computacional científico Mathematica®. Realizaram-se várias simulações, nas quais se procurou obter a força normal de reação do solo variando velocidades de avanço (0,69; 1,12; 1,48; 1,82 e 2,12 m s-1); perfis de solo (senoidal, rampa ascendente e descendente) e altura do camalhão (0,025 e 0,05 m). Após as simulações iniciais, o mecanismo foi otimizado utilizando o programa computacional científico Matlab®, tendo como critério (função-objetivo) a minimização da força normal de reação do perfil (F N) e como variáveis de projeto os comprimentos das barras (L1y, L2, l3 e L4), altura da operação (L7), o comprimento inicial da mola (Lmo) e a constante elástica da mola (k t). A falta de robustez do mecanismo em relação à variável altura de operação foi contornada por meio do uso de mola com baixa rigidez e grande comprimento. Os resultados demonstraram que o mecanismo otimizado obteve desempenho de flutuação muito bom, em relação ao mecanismo inicial.43644

Improvement of the billet metering mechanism used for mechanical planting of sugarcane

Brazilian production of alcohol and sugar holds an important position among producing countries, with 5.4 million hectares of sugarcane harvested by the industry during 2000. The State of São Paulo contributes with 2.5 million hectares of this total. The agricultural operations represent approximately 65% of the total sugar and alcohol production costs. Nearly 45% of the agricultural operational cost is due to planting. The low yield for conventional planting operations where an operator plants about 0.27 ha d-1 justifies the development of a mechanism, designed for uniform plant distribution. The objective of this work was to improve the performance of an existing sugarcane planter, using computational engineering aids such us WM3D and MatLab. The optimized model simulated with only one of the analyzed sugarcane diameters, showed satisfactory results, with characteristics compatible with the models presenting ideal operational conditions. Optimized model simulations for cane diameter varying by 10 mm showed cells filled with excess of billets, which is in agreement with the experimental results.No Brasil, o complexo sucroalcooleiro ocupa lugar de destaque, com 5,4 milhões de hectares de cana colhida para a indústria em 2000, dos quais 2,5 milhões no Estado de São Paulo. O setor agrícola representa cerca de 65% dos custos na produção de álcool e açúcar e aproximadamente 45% desse custo são destinados à etapa de plantio. O baixo rendimento das operações de plantio onde um trabalhador planta, em média, 0,27 ha d-1, justifica o desenvolvimento de um mecanismo dosador de rebolos de cana-de-açúcar, tendo como objetivo a distribuição uniforme de mudas. Utilizando-se recursos computacionais de engenharia como WM3D e MatLab, procurou-se aprimorar um dispositivo de dosagem de rebolos existente. O modelo otimizado, quando simulado com apenas um dos diâmetros de rebolo em análise, apresentou resultados satisfatórios e características compatíveis às dos modelos que apresentaram condição ideal de operação. As simulações do modelo otimizado para variações do diâmetro do rebolo, da ordem de 10 mm apresentaram, como resposta, incidência de células com excesso de rebolo, resposta esta também verificada nos resultados experimentais.54655

Colheita de cana-de-açúcar com auxílio mecânico

As demandas legais da sociedade civil e dos produtores de cana-de-açúcar em áreas inclinadas colocam em evidência deficiências tecnológicas dos processos de colheita que ameaçam a produção de cana-de-açúcar em extensas regiões canavieiras. O estudo analisa o sistema de colheita mecânica atual, comparativamente a uma proposta de colheita semimecanizada, com base em 11 características consideradas determinantes para a disseminação rápida da colheita da cana sem queima prévia, em áreas declivosas, com menor impacto sobre a demanda de mão-de-obra agrícola e sobre a capacidade de investimento dos produtores

Análise do movimento e desenvolvimento de um protótipo de cortador basal com discos bi-articulados

O acompanhamento da superfície e a autoproteção, são fatores limitantes no mecanismo cortador de base convencional da cana-de-açúcar, acarretando corte e varredura ineficientes, além de promover a incorporação de elevada quantidade de terra ao material colhido. Um modelo de simulação foi desenvolvido por meio das leis da dinâmica para determinar os deslocamentos angulares do segmento no plano vertical, da faca no plano horizontal e da força de interação do segmento com a superfície. A simulação do mecanismo foi realizada em duas velocidades (400 e 600 rotações min-1), três alturas com relação à superfície (120, 130 e 140 mm) e duas inclinações do rotor (-10 e -12º). O resultado da amplitude de oscilação do segmento, variável relacionada à varredura, apresentou valores entre 2,1 e 9,5º; a oscilação da faca apresentou variações angulares desprezíveis durante a simulação e a força de reação com a superfície, que está relacionada à movimentação de terra e danos à soqueira, apresentou valores entre 941 e 2654 N. Em função dos resultados, observa-se que recursos virtuais de simulação se apresentam como poderosa ferramenta na tomada de decisões e no desenvolvimento de novos mecanismos