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.

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.

Um cortador de base representado por um mecanismo de quatro barras foi desenvolvido utilizando-se do programa Autocad. Suas partes constituintes foram pré-dimensionadas em função das características operacionais de uma colhedora de cana-de-açúcar em sistema de cana crua e inteira, colhendo uma linha de cana por passada. A força normal de reação do perfil no ponto de contato foi determinada por meio da análise dinâmica, sendo as equações de equilíbrio dinâmico baseadas nas leis de Newton-Euler. O processo de otimização teve como objetivo minimizar a força normal de reação do solo, submetida a restrições de posição, trajetória, comprimento das barras, constante da mola e da força normal. Implementou-se o Algoritmo de Programação Quadrática Seqüencial - SQP do módulo de otimização do programa computacional Matlab. Os resultados mostraram melhora significativa no desempenho de flutuação do mecanismo, representada pela força normal de reação do perfil, a qual foi reduzida de 4.250,33 para 237,13 N. Posteriormente, outras variáveis foram incorporadas ao mecanismo otimizado e um segundo processo de otimização foi implementado.

A base-cutter represented for a mechanism of four bars, was developed using the Autocad program. The normal force of reaction of the profile in the contact point was determined through the dynamic analysis. The equations of dynamic balance were based on the laws of Newton-Euler. The linkage was subject to an optimization technique that considered the peak value of soil reaction force as the objective function to be minimized while the link lengths and the spring constant varied through a specified range. The Algorithm of Sequential Quadratic Programming-SQP was implemented of the program computational Matlab. Results were very encouraging; the maximum value of the normal reaction force was reduced from 4,250.33 to 237.13 N, making the floating process much less disturbing to the soil and the sugarcane rate. Later, others variables had been incorporated the mechanism optimized and new otimization process was implemented .

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.

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 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.

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.

Um protótipo de cortador de base para o seguimento pantográfico do perfil em colhedoras de cana-de-açúcar, foi projetado e construído e seu desempenho de flutuação foi avaliado em função da força normal de reação do perfil (F N). O trabalho foi conduzido em uma caixa de solo, o protótipo montado sobre um carro porta-ferramentas e submetido a ensaios nos quais variaram três tipos de perfil: senoidal, rampa ascendente e rampa descendente, duas amplitudes do perfil, 0,025 e 0,05 m e cinco velocidades de deslocamento: 0,69, 1,12, 1,48, 1,82 e 2,12 m s-1. Os melhores resultados foram verificados para os perfis em rampa, tanto ascendente quanto descendente, independentemente da amplitude do perfil e da velocidade de deslocamento e, também, para perfil senoidal de ambas as amplitudes, com velocidade de deslocamento inferior a 1,48 m s-1. Os resultados demonstraram que o protótipo ainda é passível de ajustes, uma vez que o desempenho de flutuação sobre o perfil pode ser melhorado através da utilização de técnicas de otimização.

A prototype of base cutter for sugar-cane harvester was designed and built. The floating performance was evaluated as a function of the profile reaction force (F N). The prototype was tested in a soil box using a carrier car running on sinusoidal and ramp type profiles with amplitudes of 0.025 and 0.05 m. The travel speeds used were of five different levels: 0.69, 1.12, 1.48, 1.82 and 2.12 m s-1. The best results were obtained while running on ramp profiles, both ascending or descending, independent of the profile amplitude or the travel speed. The sinusoidal profile showed good results for the travel speed of 1.48 m s-1, for both the amplitudes tested. The results demonstrated that the prototype may still be adjusted, as the floating action on the profile can be improved through the use of optimization techniques.