tendencias actuales en la construcción de vibradores

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CAPÍTULO
4.3:
TENDENCIAS
CONSTRUCCIÓN DE VIBRADORES
ACTUALES
EN
LA
4.3.1.- Aspectos generales
Los actuales vibradores multidireccionales de troncos y ramas son
máquinas jóvenes que de forma semejante a otras evolucionarán hasta
alcanzar un alto nivel de desarrollo y podrán ofrecer un funcionamiento
eficiente y sin problemas.
Es sobradamente conocido, como ejemplo de evolución, que el
arado, que es una máquina con varios milenios de antigüedad, aún hoy
admite mejoras justificadas. Las cosechadoras de cereales, que los
americanos llaman "combine", porque realmente están constituidas por un
combinado sabiamente conjugado de segadora, limpiadora, cargadora y
vehículo de transporte; a pesar de la experiencia acumulada por el uso
continuado y prácticamente sin problemas, cada año aparecen máquinas
con sucesivas mejoras.
Un caso ilustrativo de una máquina que sólo lleva en el mercado
medio siglo es el de las cosechadoras de fibra de algodón. Es interesante
saber que desde que Rembert y Prescott patentaron la primera cosechadora
de fibra de algodón y hasta que la firma I. H. sacó al mercado su primer
modelo comercial de cosechadora de husillos, pasaron cien años y aún hoy
siguen aportándose modificaciones que substancialmente cambian estas
avanzadas máquinas.
Según Porras et al, en su póster presentado en AGEN96 celebrado en
Madrid, las tendencias que hoy tiene la fabricación de los vibradores
surgen al aplicar razonablemente el conocimiento que aporta la experiencia
en el estudio y utilización de estas máquinas. Estas tendencias, entre otras,
están encaminadas hacia los siguientes objetivos:
• Mejoras en el equipo hidráulico.
• Reducción de la potencia motriz necesaria.
• Mejoras en el sistema de accionamiento de los
contrapesos.
• Mejoras en el sistema de agarre del árbol.
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• Mejoras en las condiciones de trabajo de los rodamientos
soporte de los contrapesos.
• Reducción del peso del conjunto de la cabeza vibradora.
• Búsqueda de nuevos principios de vibración.
4.3.1.1.- Mejoras en el equipo hidráulico
Como se ha presentado, en la zona próxima a la frecuencia natural de
vibración del sistema árbol-vibrador, es decir unas 800 r.p.m., la amplitud
de la vibración es muy elevada llegándose a desplazamientos en el árbol
próximos al límite elástico. Ocurre que, debido a la alta presión punta
utilizada (hasta 175 Kg/cm2), el par motor de arranque que se produce es
muy elevado, lo que ocasiona una gran aceleración angular de los
contrapesos, haciendo que en un tiempo muy corto se alcance la velocidad
de régimen prevista , siendo el tiempo de tránsito de los contrapesos por las
velocidades angulares próximas a las 800 r.p.m., tan corto que sólo los
observadores avezados se dan cuenta del movimiento descrito por el árbol.
Al ser el tiempo de tránsito muy corto, la vibración pasa por las
máximas amplitudes sin causar fatigas en la madera que lleguen a producir
roturas indeseables y sin que se aprecien, debido a la rapidez con que
ocurren, movimientos anómalos en la estructura del árbol.
Una vez llevados los contrapesos a la velocidad de régimen, se
mantienen en ella durante algunos segundos y a criterio del usuario se
desactiva la vibración dejando de accionar el distribuidor.
En ese momento los contrapesos giran a unas 1600 r.p.m. y para
poder soltar el árbol es preciso, a fin de evitar daños en árbol y en la propia
estructura de la cabeza vibradora, esperar hasta la total detención de los
mismos. Estos se detienen paulatinamente, pues la deceleración es causada
sólo por rozamiento, y se produce el hecho de que el tiempo de tránsito por
velocidades angulares próximas a las 800 r.p.m. es mucho más largo, y
como el árbol se mueve con gran amplitud, se piensa en la posibilidad de
que surjan fatigas en la madera que afecten a la integridad del árbol.
Es posible asegurar, gracias a la experiencia acumulada por la
vibración de olivos durante más de un cuarto de siglo, que el fenómeno
descrito es más inquietante que dañino. Pero es un hecho que ha retraído y
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sigue condicionando a algunos agricultores en la utilización de estas
máquinas, por lo que se han desarrollado modelos que reducen el tiempo de
detención de la vibración, buscando, lógicamente, además de evitar el
problema expuesto, mejorar la eficiencia de la máquina medida en número
de olivos vibrados por jornada de trabajo, al disminuir el tiempo necesario
para cada vibración.
4.3.1.2.- Reducción de la potencia motriz absorbida
Ninguna de las operaciones necesaria para el cultivo del olivar
requiere tractores de potencias superiores a los 45-48 Kw (60-65 C.V.), y
como se puede calcular, para vibrar eficazmente olivos de tamaño medio o
grande se precisan tractores de mayor potencia que la usual, por lo que la
mecanización de esta faena de recolección obligaría al agricultor a realizar
grandes inversiones, cambiando a tractores de incluso 100 Kw (136 C.V.),
que aunque le permitirían poder sacudir los árboles con elevadas eficacias
de derribo, le desequilibrarían las restantes operaciones culturales, con el
consiguiente perjuicio económico.
Comercialmente a los constructores les interesa vibrar con bajas
potencias, para lo que se usan masas de inercia de hasta 2×40 Kg y radio de
inercia de unos 10 cm, que giran a una velocidad de régimen próxima a las
1400 r.p.m., con lo que la potencia motriz que requieren para vibrar olivos
grandes es de 50-55 C.V. de potencia nominal.
Una solución que permita vibrar olivos grandes con elevadas
eficacias de derribo y que no produzca fatiga en la madera, que use como
vehículo de accionamiento tractores de 45-58 Kw (60-65 C.V.) se hace
muy deseable, para ello basándose en que del tiempo total necesario para la
vibración de cada pie de olivo llega a ser inferior a 40 s, de los cuales sólo
unos 8 segundos son utilizados por la vibración, el almacenamiento de una
parte de la energía que puede producir el motor alternativo del tractor y su
utilización en el instante de la vibración sería extraordinariamente útil. La
idea consiste en utilizar acumuladores hidroneumáticos, almacenar en ellos
la energía necesaria para llevar a la velocidad punta de 1950 r.p.m. los
contrapesos en un tiempo breve, con lo que se podrá conseguir alcanzar la
aceleración necesaria para el derribo de la aceituna de 3000 m / s2 y, una
vez alcanzada dicha velocidad punta, por las características mecánicas del
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sistema vibrante, que la velocidad angular se reduzca a 1400 r.p.m. siendo
el propio motor del tractor el que se encarga de mantener, si es necesario,
dicha frecuencia, lo que haría que la aceituna que puede excepcionalmente
quedar en el árbol, se caiga por fatiga del pedúnculo o bien, con una
pequeña ayuda de vareo, se tirarán las aceitunas de aquellas zonas a las que
no llega la vibración.
4.3.1.3.- Mejoras en el sistema de accionamiento de los contrapesos
Las soluciones clásicas adoptadas por los fabricantes, para el
accionamiento de los contrapesos, presentan defectos que hacen que los
vibradores tengan problemas durante su funcionamiento que serían
evitables mediante la utilización de otros sistemas de transmisión, como
pueden ser los engranajes cilíndricos de dientes rectos, los cuales ofrecen
particularidades que permiten considerarlos como muy interesantes. Con
ellos Porras et al han construido un prototipo que funciona de forma
continua, sin problemas y con un control absoluto del polígono estrellado
de vibración.
Figura 4.2.2.- Sistema de transmisión de accionamiento a base de engranajes.
4.3.1.4.- Mejora del sistema de agarre del árbol
Los sistemas clásicos de tijera, como el que se presenta en la figura
siguiente, presenta una superficie de contacto con el tronco bastante
reducida, lo que, sobre todo en árboles jóvenes, o en savia, origina
frecuentes daños.
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Figura 4.2.3.- Pinza tradicional de agarre del tronco.
Hoy están apareciendo en el mercado vibradores que, como el que se
presenta en la figura siguiente construido por Porras et al, tienen un diseño
de pinza que ofrece una más amplia superficie de contacto, lo que al
reducir la presión específica sobre la corteza, evitan, o al menos reducen,
los daños en la zona de agarre.
Figura 4.2.4.- Modelo construido de pinza con elevada capacidad de contacto con el tronco.
4.3.1.5.- Mejoras en los rodamientos de soporte de los contrapesos
Normalmente los vibradores utilizan para soporte de giro de los
contrapesos rodamientos de bolas estancos, porque presentan una gran
facilidad de montaje.
Figura 4.2.5.- Rodamiento de bolas estanco.
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Cuando se calcula la vida útil de estos rodamientos se observa que,
en las condiciones de trabajo impuestas, es excesivamente corta, lo que
origina problemas de funcionamiento. El uso de rodamientos de rodillos
cilíndricos con lubricación y refrigeración simultáneas, técnicamente y
según los cálculos, consigue una mayor rentabilidad del vibrador, no sólo
por un menor coste en las reparaciones, sino también por un menor coste de
oportunidad.
Hoy es posible encontrar prototipos de vibradores que montan
sistemas de rodamientos como los descritos, según se presenta en la figura
siguiente.
Figura 4.2.6.- Rodamientos de rodillos cilíndricos con lubricación y refrigeración simultáneas.
4.3.1.6.- Reducción de peso de la cabeza vibradora
Técnica y económicamente la reducción de peso en la cabeza
vibradora es muy conveniente. En esta línea se observa que son numerosos
los trabajos que tratan de conseguir vibradores de reducido peso, como el
que se muestra en la figura siguiente construido y ensayado por Humanes,
Herruzo y Porras en la la finca Venta del Llano de Jaen.
Figura 4.2.7.- Vibrador con peso reducido.
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4.3.1.7.- Búsqueda de nuevos principios de vibración
Estos nuevos conceptos tratan fundamentalmente de simplificar el
principio de las dos masas girando en sentidos contrarios. Entre los
modelos desarrollados Fridley y Adrian en la Universidad de California de
Davis desarrollaron un modelo en el que la composición de giro de dos
contrapesos se hacia mediante cadenas y Ortiz-Cañavate en su libro
Técnica de la Mecanización Agraria describe un principio desarrollado por
él para generar una vibración multidireccional. Recientemente han
aparecido en el mercado vibradores con una sola masa de inercia cuyo giro
genera una fuerza centrífuga capaz de derribar la fruta de los árboles, si
bien, como se expuso anteriormente, este principio, aunque simple
mecánicamente, adolece por su principio de funcionamiento de capacidad
para conseguir, con la misma potencia motriz, la misma eficacia de derribo
que puede ofrecer el modelo desarrollado por Brandt.
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