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Cortadores de base para colhedoras de cana-de-acar
Por: Roberto da Cunha Mello
II SIMPSIO PAULISTA DE MECANIZAO EM CANA-DE-ACAR
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Introduo:
As colhedoras atuais so autopropelidas, com motores acima de 340 cv ecom todo acionamento hidrulico.
Estas mquinas cortam a cana em sua base por impacto. Um rolo defletorempurra a cana para frente antes do corte para auxiliar na alimentao.
A deflexo e o corte por impacto so responsveis por danos na soqueirae na cana colhida.
De acordo com Ueno e Izumi (1995) as perdas na colheita esto em tornode 10 a 15 % quando a cana colhida sem queima.
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Esquema de colhedora de cana-de-acar
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Tpico corte por impacto
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Conceito de perdas segundo Ueno e Izumi (1995)
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O objetivo deste trabalho foi
substituir o corte por impacto pelo
corte por deslizamento associado aouso de lminas serrilhadas
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Processos de corteO corte no pode ser considerado como um simples processo, mas umaseqncia elementar de foras e deformaes.
Os fatores que influenciam o processo de corte so: Tipo e condio domaterial, o ngulo da faca em relao ao material raio da borda cortante,espessura da borda cortante, ngulo do chanfro velocidade da faca, etc.
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Caractersticas da lmina
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Uso de laminas serrilhadas para cortar cana de acar.
Rachaduras na cana de acordo com o tipo de corte e passo do serrilhado.
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Comparao entre perfil liso e serrilhado
Perfil liso melhor que serrilhado quando requer preciso no corte.
O perfil serrilhado trabalhar melhor do que o perfil liso no corte pordeslizamento, especialmente atravs de superfcies duras ou resistentes
Serrilhado no serra
Perfis serrilhados cortam mais eficiente por vrias razes:
- Maior comprimento da superfcie cortante
- Existe uma concentrao de foras na ponta do dente
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Estudo cinemtico das lminas
A cinemtica do sistema convencional de corte de base foi estudada porOduori et al (1992) que utilizaram o mtodo de transformao linearhomognea desenvolvido por Crouch (1981) para determinar odeslocamento de um ponto em um corpo rgido atravs de matrizes.
Os autores concluram que o projeto do cortador de base deve considerarno apenas a cinemtica do cortador, mas tambm a mecnica do processode corte.
Kroes e Harris (1995) Tambm desenvolveram um modelo matemtico,
baseado no mtodo de transformao linear homognea.
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Definies
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Trajetria da borda cortante
K
Y
X
DDD
DDD
DDD
K
Y
X
1
1
333231
232221
131211
2
2
P = D.P0
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0
01
01
0
1
1
)(
)(
100
0cos
cos
)(
)(
V
tY
tX
ttsin
ttsint
V
tY
tX
T
T
T
T
tsinRVttXT
01
)(
tRtYT
cos)( 01
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Visualizao do caminhamento do bordo reto de laminas vizinhas
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Bordos curvos
a) com lminas inclinadas para trs b) com lminas inclinadas para frente
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0
1log1
R
Rk
R
keRR
0
Geometria para laminas curvas
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X
Y
Z
S
D D D D
D D D D
D D D D
D D D D
X
Y
Z
S
11 12 13 14
21 22 23 24
31 32 33 34
41 42 43 44
0
0
0.
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D =
cos sin
sin cos
0 0
0
0 0 1 0
0 0 0 1
Vt
P = D.P0
1,0,;cos 000 sineReRPkk
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-0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
Trajetria das laminas com inclinao para trs
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O aprimoramento do desenvolvimento terico doscortadores de base, proposto neste trabalho, foi a derivadada matriz deslocamento do mtodo da transformaolinear homognea.
Com a derivada do deslocamento, obtm-se a velocidadedo ponto no bordo cortante.
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Velocidade do ponto
dt
d
0000
0000
0sincos
00cossin
..
..
V
D =
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tVRVn coscos
tVRVt
sinsin
Define as velocidades Vn e Vt
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-0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
V 3
omega 60
R1 0.46
R0 0.3
thetar 0.7
Vetores velocidades normal e tangencial para lamina inclinada para frente(rotao horria e translao para a direita).
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ngulo de ataque () para lmina inclinada para trs
ksen
ksen
cos
costan
2
1
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Lminas inclinada para frente e para trs usada no experimento de laboratrio.
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Tipo de serrilhado usado no experimento de laboratrio.
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Estrutura de teste usada no experimento de laboratrio
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Esquema do sistema de aquisio de dados
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Mtodos do experimento de laboratrio
Classificao de danos
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Delineamento experimental em esquema fatorial
A quantidade total de cortes nesse experimento foi (2 lminas X 5 ngulosX 4 perfis X 2 velocidades + lmina convencional em 2 velocidades) X 4repeties = 328 parcelas experimentais. O Teste de Tukey a 5 % deprobabilidade foi usado para comparar as mdias.
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RESULTADOS E DISCUSSO
Experimento de laboratrio
Danos
Velocidadeangular
Lminas
Convencional Inclinada paratrs
Inclinada parafrene
(rpm) _______________ (notas) _______________
450 4.5 A 3.26 A 3.44 A
600 3.5 B 2.64 B 2.58 B
Danos em funo da velocidade angular do disco.
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Bordo cortante LminasInclinada para trs Inclinada para frente
_______ (notas) _______
Liso 3,05 AB 2,90 AB
Serrilhado grande 2,80 BC 2,60 BC
Serrilhado mdio 2,40 C 2,25 CD
Serrilhado pequeno 1,45 D 1,65 D
Danos em funo tipo de bordo cortante
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Lmina inclinada para trs Lmina inclinada para frente
ngulo Danos ngulo Danos
(grau) (nota) (grau) (nota)
63,4 2,80 A 43,7 2,75 A
67,3 2,50 A 51,7 2,40 A
70,6 2,40 A 58,3 2,23 A
73,3 2,65 A 63,4 2,50 A
75,5 2,85 A 67,3 2,86 A
Danos em funo do ngulo de ataque a 600 rpm
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Foras de corte
A fora de corte foi decomposta em fora normal e tangencial.
-50
0
50
100
150
200250
300
350
400
0
,4
1
,3
2
,2
3
,1 4
4
,9
5
,8
6
,7
7
,6
8
,5
9
,4
10
,3
11
,2
12
,1
Tempo (ms)
Foradecort
e(N)
Fora avante
Fora normal
Fora a r
Foras de corte para uma lmina convencional a 600 rpm.
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-50
0
50
100
150
200
250
0,01
0,91
1,81
2,71
3,61
4,51
5,41
6,31
7,21
8,11
9,01
9,91
10,8
11,7
Tempo (ms)
F
oradecorte(N
)
Fora a vante
Fora normal
Fora a r
Foras de corte para lmina inclinada para trs, borda lisa,trabalhando a 600 rpm com ngulo oblquo de 63.
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-50
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0,01
0,64
1,27
1,9
2,53
3,16
3,79
4,42
5,05
5,68
6,31
6,94
7,57
8,2
Tempo (ms)
F
oradecorte(N)
Fora avante
Fora normal
Fora a r
Foras de corte para lmina inclinada para frente, bordo liso, comngulo de ataque de 63 trabalhando a 600 rpm.
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Tpico corte por impacto com lamina convencional.
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Corte por deslizamento com lmina inclinada para frente e serrilhada depasso mdio.
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Corte perfeito, sem nenhum dano, com serrilhado pequeno.
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Experimento de campo
Colhedora usada nos experimentos de campo.
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Estrutura usada na demarcao das reas onde foram realizadas as avaliaes.
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Retirando amostras da carga
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Lmina e disco utilizado no primeiro ensaio de campo cujo osresultados no foram satisfatrios.
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Embuxamento do perfil serrilhado trabalhando em solo argiloso mido
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Disco com as lminas ensaiadas no campo
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Detalhe da metalizao
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O ngulo interno de serrilhado que era de 30passou a 86e o fundo dosulco passou a ter um formato arredondado
Perfil serrilhado aps 8 horas de uso
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Tratamento Impurezasminerais (%)
Altura mdiados tocos
(cm)
Quantidadede tocos/m
Abalo desoqueira
(nota)Facaconvencional
0,58 6,73 6,53 3,85 A
Facaserrilhada
0,55 5,73 7,62 2,64 B
Valores obtidos no primeiro experimento de campo
Tratamentos IntactasSemi
abaladasAbaladas Arrancadas
_______________ % _______________
Faca Convencional 63,1 23,1 11,3 2,4
Faca Serrilhada 78,7 12,9 7,1 1,3
Diferena + 24,7 - 44,1 - 37,2 - 45,8
Valores do abalo de soqueira do primeiro experimento de campo
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Tratamento Altura decorte (cm)
Quantidade detocos/m
Abalo desoqueira(nota)
Dano ao toco
Facaconvencional
11,76 7,47 4,02 A 4,72 A
Facaserrilhada
9,73 8,32 2,78 B 2,64 B
Valores obtidos no segundo experimento de campo
Lmina Intactas Semi-abalada Abaladas Arrancadas
_______________ % _______________
convencional 54,3 28,3 13,9 3,4
serrilhada 71,5 23,3 5,4 0,2
Diferena + 31,7 - 17,6 - 61,2 - 94,1
Valores do abalo da soqueira
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Lmina Dano mn. Dano mdio Rachadas Fragmentada
_______________ % _______________
convencional 22,0 42,6 18,4 17,0
serrilhada 42,8 38,1 11,5 7,5
Diferena +121,8 - 10,6 - 37,5 -55,9
Valores do dano ao toco
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Toco com dano mnimo encontrado no campo
CONCLUSES
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CONCLUSES
Com a alterao propostas no processo de corte, foi possvel melhorar o cortebasal da cana-de-acar.
Lmina serrilhada e inclinada para frente foi a melhor combinao no campo.
Este sistema de corte possvel de ser adaptado em qualquer colhedoracomercial, sem a necessidade de modificaes na mquina.
Obrigado a todos
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