SPMEC2011 Palestra 2 Roberto IAC

8/7/2019 SPMEC2011 Palestra 2 Roberto IAC

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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


25/54

-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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