ABSTRACT In family farming, mechanisation, when appropriate to the task and to the size of the property, can be one way of easing tiring and repetitive work, such as garlic harvesting. The present study is based on a model of harvester currently on the market, and proposes several improvements for mechanising the harvest on family farms, with an emphasis on sloping terrain, to reduce costs and increase productivity. Since the equipment currently on the market reduces the operational performance of these producers resulting in the high prices of commercial garlic, the aim of this study was to evaluate, using the Finite Element Method, the von Mises stresses and the displacement of a garlic harvester in different topographies. A structural analysis was carried out, and the vibration modules in the three main parts that make up the structure of the garlic harvester were checked: the structure supporting the scarifier point, the structure of the plant transport system, and the structure at the rear of the harvester. The structural modifications that were implemented corrected the initial high-stress conditions, showing improvements in stress concentration and areas of displacement. As such, the entire structure of the garlic harvester tends to withstand the proposed loads. From the results of the simulations, we conclude that the connecting support may undergo greater response from structural dynamics, and that frequencies greater than 45.7 Hz should be avoided since there are several natural frequencies above this range that might cause interference to the structure.

RESUMO À medida que a população mundial cresce, a agricultura enfrenta demandas cada vez maiores com relação à produtividade, eficiência e sustentabilidade para garantir segurança alimentar. A adoção de um sistema produtivo semelhante ao da Indústria 4.0 é considerada uma forma de enfrentar esse problema na agricultura. Esta estratégia pode ser observada na agricultura de precisão. Essa nova tendência tecnológica tem um impacto nas máquinas agrícolas e na maneira pela qual elas são projetadas. Assim, o objetivo deste artigo é fazer um apanhado dos sistemas digitais nas máquinas agrícolas e a maneira que eles afetam o processo de projeto desses equipamentos num cenário de agricultura digital em desenvolvimento. Dispositivos digitais já estão presentes em muitos equipamentos, desempenhando e dando suporte a tarefas como piloto automático e aplicações em taxas variáveis. Também uma grande quantidade de sensores monitoram a cultura, o ambiente, as perdas e parâmetros operacionais em tempo real. O avanço tecnológico, no entanto, é a adoção de alternativas emergentes como a IoT, veículos elétricos e pequenas máquinas autônomas, que já estão sendo empregadas em outras áreas. Consequentemente, o processo de desenvolvimento de máquinas agrícolas envolve agora diversos domínios do conhecimento além da mecânica comum, levando as empresas a empregarem engenharia simultânea transversal entre inúmeras especialidades ao mesmo tempo e para uma mesma situação de projeto.

ABSTRACT As the world’s population grows, agriculture is facing an increasing demand for productivity, efficiency, and sustainability to ensure food security. The adoption of a production system similar to that of Industry 4.0 is considered to be a way to address this problem in agriculture. This approach can be seen in precision agriculture. This new technological trend has an impact on agricultural machinery and the way it is designed. Therefore, the objective of this article is to provide an overview of digital systems in agricultural machinery and their impact on equipment design processes in a developing digital agriculture scenario. Digital devices are already present in several types of equipment, performing or supporting tasks such as automatic steering and variable-rate applications. In addition, a large number of sensors monitor the crops, environment, production losses, and operational parameters in real time. Technological breakthroughs, however, are the adoption of emerging alternatives such as IoT, electric power vehicles, and small autonomous machines, which are already being implemented in other areas. Consequently, the development process of agricultural machines now involves several specialty domains besides the usual mechanics, compelling companies to employ the transverse concurrent engineering of several specialties at the same design situation and moment.

RESUMO: Existem diversos equipamentos utilizados na aplicação de agrotóxicos em propriedades familiares, principalmente os pulverizadores costais manuais. Estes ganham destaque pela sua versatilidade de uso e, principalmente, o baixo custo para o produtor rural. Na bibliografia foi constatado poucos estudos relacionados ao operador, quando analisado o seu esforço ao acionar a alavanca do pulverizador costal. Os pulverizadores costais foram avaliados quanto aos esforços necessários ao deslocamento da alavanca: para atingir a pressão de 300 kPa, na manutenção desta e em seu retorno para a posição inicial. Este estudo teve como objetivo avaliar os esforços do operador ao acionar a alavanca utilizando como fluido o biofertilizante composto Super Magro. Conclui-se, no que tange ao esforço para acionamento da alavanca, que todos os pulverizadores estão dentro das normas da CLT (Consolidação das Leis Trabalhistas), porém existem restrições a alguns pulverizadores costais manuais em relação às normas internacionais.

ABSTRACT: Various equipment, mainly manual knapsack sprayers, are used to apply agrochemicals by smallholder farmers. They are highlighted by their versatility of use and mainly by their low cost for farmers. Few operator-related studies were reported in the literature regarding the effort required to operate the knapsack sprayer lever. Knapsack sprayers were evaluated regarding the effort required to move their hand levers, reach and maintain the 300 kPa pressure, and return to the initial position. The objective of this study was to evaluate the operator’s effort to operate the hand lever using the “Super magro” biofertilizer as fluid. It was concluded that all knapsack sprayers are within the Consolidation of Labor Laws (CLT) standards regarding the effort required to operate the hand lever. However, restrictions have been reported in some manual knapsack sprayers regarding international standards.

RESUMO: A grande dificuldade dos agricultores familiares que produzem alimentos de forma orgânica é o controle de plantas daninhas sem a aplicação de produtos químicos. Uma possibilidade para o manejo é a utilização de calor, no sentido de coagular o protoplasma em células das folhas e do caule. O objetivo do presente trabalho foi projetar uma concepção de um sistema mecanizado para o controle das plantas daninhas por meio da utilização de calor, tendo como público alvo agricultores familiares que produzem de forma orgânica. Para a realização do trabalho foi empregada metodologia de desenvolvimento de produtos, a qual pode ser dividida em diferentes fases, que são compostas por diversas tarefas. Como resultado da aplicação da metodologia obteve-se seis concepções de máquinas aplicadoras de calor. Após aplicação de ferramentas de seleção foram escolhidas duas concepções para o processo de otimização, obtendo-se posteriormente aquela considerada ideal para atender as necessidades dos agricultores.

ABSTRACT: The great difficulty for family farmers who produce food organically is the control of weeds without using chemical products. One possibility for the management is the use of heat in the sense of coagulating the protoplasm in leaves and stem cells. The present research aimed toconceptual design a mechanized system for weeds control through the use of heat focusing on familiar farmers who produce food organically. In this study, we used a product development methodology which can be divided into different stages that are composed of several tasks. As a result of the use of such methodology, six concepts of heat transfer machines were developed. After the application of selection tools, two concepts were chosen for the optimization process, and then the one considered ideal to meet the needs of farmers was selected.

RESUMO: Uma das dificuldades dos agricultores familiares que produzem alimentos orgânicos é o manejo de plantas espontâneas sem a aplicação de produtos químicos. Sendo assim, objetivou-se estabelecer as especificações de projeto no desenvolvimento de um mecanismo aplicador de calor para o combate de plantas espontâneas, dirigido à agricultura familiar orgânica. A metodologia de projeto utilizada permite dividi-lo em fases, que são compostas por diferentes tarefas. O presente trabalho contempla a fase de projeto informacional, na qual são identificadas as necessidades dos clientes de acordo com o ciclo de vida do produto no sentido de estabelecer as especificações de projeto. Foram identificadas 40 declarações de necessidades de clientes, as quais foram transformadas em 24 requisitos de clientes, originando 26 requisitos de projeto hierarquizados, distribuídos ao longo de todo o ciclo de vida do produto, resultando nas especificações de projeto do produto. Os nove requisitos apontados como mais importantes foram: velocidade de trabalho; temperatura aplicada ao alvo; variação da altura de aplicação; eliminação das plantas espontâneas; custo de produção; custo de operação; consumo de energia; danificação da cultura implantada e peso.

ABSTRACT: One of the difficulties faced by organic food farming families is weed management without the application of chemical products. Thus, this study aimed to establish the design specifications for the development of a heat applicator device for small organic family farms. The implemented methodology allowed the division of the project to phases composed by different tasks. This paper addresses the informational phase, which identifies client needs, according to the lifecycle of the product, in order to establish the design specifications. The declared needs of 40 customers were identified and converted to the requirements of 24 clients. This resulted in 26 design specifications, displayed in order of importance, and distributed along the product’s entire life cycle. Nine requirements were considered to be the most important; namely working speed, target applied temperature, application height variables, weed elimination, production costs, operation costs, energy consumption, weight, and main crop damage.

RESUMO: Este trabalho objetivou estabelecer os requisitos de clientes e de projeto de uma semeadora à tração humana. Foram estabelecidos 13 requisitos de clientes e 13 requisitos de projeto, priorizando o desempenho da semeadora, proporcionando benefícios aos seus usuários.

ABSTRACT: This study aimed to establish client and design requirements of a human-powered planter. A total of 13 client requirements and 13 design requirements were established for prioritizing planter performance, thus providing benefits to users.

RESUMO: O presente trabalho, por meio de metodologia de projeto sistemática, objetivou hierarquizar os requisitos de projeto e estabelecer as especificações de projeto de uma semeadora puncionadora à tração humana para milho e feijão. Os requisitos de projeto mais importantes e respectivas especificações estão relacionados ao desempenho técnico e custo de produção.

ABSTRACT: This study aimed to establish the design specifications of a human-powered punch planter for maize and beans through the application of a systematic design methodology. The most important design requirements and their specifications are related to technical performance and production cost.

O milho e o feijão são semeados em praticamente todas as pequenas unidades familiares de produção, normalmente, em sistema convencional de cultivo. Há interesse no sistema de semeadura direta, porém não estão disponíveis semeadoras adequadas às suas necessidades. As semeadoras manuais, utilizadas por esses agricultores, inclusive para semeadura direta, possuem restrições de capacidade e de desempenho operacional, além de problemas ergonômicos. É necessário o desenvolvimento de máquinas desse porte, que garantam maior qualidade na operação de semeadura dessas culturas. O objetivo do presente trabalho foi estabelecer a estrutura funcional de uma semeadora puncionadora de tração humana para semeadura direta de milho e feijão. Foi aplicada uma metodologia sistemática, contemplando análise de especificações, identificação de restrições e estabelecimento das estruturas funcionais em diagrama de blocos. Foi eleita a estrutura funcional de empurrar com um dosador e múltiplos abridores de solo.

Maize and beans are grown on small farms usually tillage system. There is interest in migrating to no tillage, but are not available to small planters suitable for this purpose. The portable hand seeder (saraquá), massively used by these farmers, including no tillage, have capacity and operating performance constraints, besides ergonomic problems. It is necessary to develop machines of this size, ensuring higher quality at sowing these crops and reduce the painfulness of work these farmers. The aim of this research was to establish the functional structure of a human-powered drill for direct seeding of corn and beans. A systematic design methodology was applied, covering analysis of specifications, identifying constraints and establishment of functional structures as block diagram. Functional structure with a push seed meter and multiple soil openers was chosen.

O objetivo deste trabalho foi comparar os efeitos da utilização de dosador de sementes do tipo disco horizontal com orifícios circulares, operando com uma ou duas saídas de sementes sobre a precisão de distribuição longitudinal de sementes de milho. Para tanto, avaliou-se o dosador, em laboratório, com uma e duas saídas de sementes, em relação a 10 velocidades periféricas (0,03 a 0,30m s-1). O delineamento foi o inteiramente casualizado, com quatro repetições, totalizando 80 ensaios. O fator quantitativo referente à velocidade periférica do disco dosador foi estimado por meio de regressão polinomial de 2ª ordem. O comportamento do disco dosador operando com uma ou duas saídas foi semelhante, e a porcentagem de espaçamentos aceitáveis apresentou diferença significativa somente nas velocidades periféricas de 0,06 e 0,09m s-1.

This study had the objective of comparing the effect of using the disk plate seed meter with circular holes operating with one or two seed ejection points in relation to the longitudinal precision of the maize seeds distribution. For the evaluation of this effect, the meter was tested in laboratory with one and two seed exits in ten peripheral disk plate speeds (0.03 to 0.30m s-1). It was employed a complete randomized design with four replications, summing up 80 experimental plots. The peripheral speed quantitative factor was estimated through a 2nd order polynomial regression. The behavior of the seed meter operating with one or two ejection points was similar, with significant difference only in peripherical speeds of 0.06 and 0.09m s-1.

As principais funções de uma semeadora são: abrir o sulco de semeadura, dosar sementes, depositá-las no sulco, cobri-las e compactar o solo em torno delas. Todas influem, de alguma forma, na precisão de semeadura. A análise funcional é uma ferramenta de projeto utilizada na fase de projeto conceitual dos produtos, que tem como característica permitir uma formulação abstrata da função do sistema técnico, independente de qualquer solução particular, o que a torna de grande utilidade no projeto de produtos e na análise de produtos já existentes. Sendo assim, com a técnica da análise funcional é possível identificar nas várias concepções de semeadoras existentes no mercado brasileiro, quais as funções inadequadamente implementadas tendo em vista a semeadura de precisão de grãos miúdos, que é o objetivo deste trabalho. O estudo que foi conduzido permitiu concluir, entre outras coisas, que em todas as concepções consideradas as funções parciais de dosar sementes e de depositar sementes no solo não se apresentam satisfatórias quando se considera a semeadura de precisão de sementes miúdas, o que aponta para a necessidade de se buscar outras concepções de semeadora ou adotar outros princípios de solução para essas funções.

The essential functions of a planter are to open the planting furrow, meter the seeds, deposit them in the furrow, cover them and compact the soil around them. The planter precision is affected, in some way, by each of those functions. Function analysis is a tool used in the conceptual phase of product design which allows an abstract formulation for the function of the technical system, thus making it very useful in product design and in the analysis of existing products. Therefore, the technique of function analysis makes it possible to identify, in the various concepts of planters sold in the Brazilian market, which function is not well implemented when considering precision planting of small grains, being this the main objective of this study. This study has made it possible to conclude, among other things, that in all concepts of planters analyzed, the sub-functions of metering seeds and that of depositing seeds in the soil were not satisfactorily implemented for the precision planting of small grains. This points out the need of searching for other concepts of planters or the adoption of different solution principles for these functions.