ABSTRACT Harvesting fruits and vegetables has been a challenge. Mobile platforms for harvesting vegetables and fruits have been used, but with some limitations, such as their applicability for a certain time of the year and for a specific crop. A mobile platform was initially developed for harvesting fresh market tomatoes, mainly staked in Brazil. However, after field trials, many problems were identified, such as crop use limitation and machine structure problems. Therefore, the initial project was reformulated to assume different functions, with a retractable and smaller frame and the possibility of adding on other devices, expanding crop harvest and farm use. The concept of a hybrid vehicle with one electric power generator to drive all four wheels with electric motors was kept. The main goal of this article is to describe the development of the mobile platform machine structural details and integration of electrical, hydraulic, and mechanical project and field tests performed in a commercial orange orchard, comparing harvest types, evaluating yield and machine performance. Tests with the mobile laboratory prototype show its potential application to assist harvest and to other farm operations, especially due to its mobility. Harvest productivity through machine was higher, though not significantly different from manual harvest.

A biomassa da cana-de-açúcar é uma das fontes de energia renovável mais disponível no Brasil, em virtude dos seus resíduos de colheita, como palhiço (pontas e folhas); todavia, o aproveitamento do palhiço em larga escala é dificultado pelo alto custo de sua recuperação, sobretudo no que diz respeito ao recolhimento, adensamento e transporte. Com o presente trabalho, apresenta-se uma análise dos processos envolvidos na recuperação do palhiço, como densidade final do palhiço e princípios operacionais das máquinas envolvidas, juntamente com uma análise econômica, através de um modelo de cálculo de custo, por meio de simulação de rendimentos e capacidades operacionais que compõem cada sistema de recuperação do palhiço. Seis sistemas foram avaliados, técnica e economicamente. De acordo com os resultados, o sistema de colheita integral apresentou o menor custo de recuperação do palhiço para qualquer distância, seguido dos sistemas picado a granel, fardo cilíndrico, fardo algodoeiro, peletização e briquetagem.

Sugarcane biomass is one of the energy sources most readily available in Brazil, mainly due to residues such as trash (tops, dry and green leaves). Large scale use of these residues still faces high recovery costs related to gathering, baling, transportation, chopping and residue utilization technology. An analysis was done of the mechanical principles involved in the packing processes. A model was defined to estimate the cost of trash recovery, simulating the field capacity, oil consumption, depreciation, repair and maintenance as well as labor required for the field and transport operations. Six recovery systems were studied both from the technical and economical points of view. The results showed that handling billets and trash together, described as "Integral harvesting", has the lowest cost for trash recovery, both for short and long distances, followed by bulk handling of chopped trash, the round bale, the cotton bale and finally the pellet and briquette systems.

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.

O objetivo deste trabalho foi avaliar parâmetros que influenciam na colheita auxiliada e comparar a colheita tradicionalmente realizada para tomate de mesa em propriedades agrícolas, no Estado de São Paulo. Para tanto, foi desenvolvido um dispositivo de auxílio à colheita, de estrutura metálica, dotado de rodas e com assentos acoplados para um ou dois colhedores, avaliado em quatro modalidades de colheita: testemunha (colheita-padrão utilizada na Fazenda Santa Luzia, Brotas-SP), colhedor a pé com auxílio, colhedor sentado com auxílio e composição dos dois sistemas, com dois colhedores sentados e um a pé, em diferentes velocidades de deslocamento. Os resultados demonstraram que os tipos de colheita com auxílio mecânico se apresentaram mais eficientes do que a testemunha em relação à produtividade horária média por colhedor. O sistema de colheita auxiliada com três colhedores apresentou aumento de 290% na produtividade média horária por colhedor, para a faixa de 0,5 a 1,0 fruto por planta, seguido dos sistemas de colheita auxiliada com colhedor a pé, com aumento de aproximadamente 41%, e colheita auxiliada com colhedor sentado, com aumento de aproximadamente 35%. Esses resultados comprovam a importância do uso do dispositivo de auxílio mecânico.

Fresh tomato harvest is traditionally made without harvesting aids. The main goal of this research was to evaluate performance parameters of fresh tomato harvesting aid equipment and compare it to traditional harvest, in the state of São Paulo. Therefore, an equipment was developed and the harvest process was evaluated in four different ways: traditional system (harvest system used in Santa Luzia farm, Brotas, SP, Brazil), picker walking with a harvesting aid equipment, picker seated in a harvesting aid equipment and a composition of both systems: two pickers seated and one picker walking in two different velocities ranges. The different systems using harvesting aid showed an average yield by picker more efficient than reference. Harvest system using three pickers showed an increase of 290% on yield average by picker, on the range of 0.5-1.0 fruit per plant, followed by the systems with a walking picker, that increased productivity in 41%, and picker seated harvester, that showed an increase of 35%. These results demonstrate the importance of using a harvesting aid equipment.

As demandas legais da sociedade civil e dos produtores de cana-de-açúcar em áreas inclinadas colocam em evidência deficiências tecnológicas dos processos de colheita que ameaçam a produção de cana-de-açúcar em extensas regiões canavieiras. O estudo analisa o sistema de colheita mecânica atual, comparativamente a uma proposta de colheita semimecanizada, com base em 11 características consideradas determinantes para a disseminação rápida da colheita da cana sem queima prévia, em áreas declivosas, com menor impacto sobre a demanda de mão-de-obra agrícola e sobre a capacidade de investimento dos produtores.

Civil society and sugarcane farmer demands indicate that harvesting technology has enough limitations to jeopardize production in large sugar cane producing areas. This work analyses the current mechanical harvesting compared to a semi-mechanical harvesting proposal, on the bases of eleven characteristics considered determinant for a quick spreading of green cane harvesting on hilly areas, with lower impact on agricultural labor and farmers investment capacity.

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.

A cultura de cana-de-açúcar ocupa um papel importante na economia brasileira, sendo sua colheita ainda em grande parte realizada manualmente, pelo método tradicional de colheita de cana-de-açúcar inteira. As colhedoras existentes no mercado adotaram uma tecnologia de picar a cana-de-açúcar em rebolos de 200 a 300 mm, para permitir sua transferência para o veículo de transporte que acompanha a colhedora, contradizendo o método tradicional de colheita. Para viabilizar a colheita mecânica de cana-de-açúcar inteira, uma das barreiras tecnológicas a ser vencida é a remoção da palha mecanicamente. Projetar um mecanismo que realize essa operação depende diretamente do conhecimento de propriedades mecânicas da cana-de-açúcar. Este trabalho teve por objetivo avaliar a resistência do colmo de cana-de-açúcar à compressão e determinar as forças necessárias para separar a folha do colmo. Ensaios de compressão foram realizados utilizando-se da máquina universal de ensaios. Para o ensaio de remoção de palha por atrito, um dispositivo especial foi projetado e construído de modo a permitir a determinação de esforços de tração e força normal. Os resultados mostram que a cana resiste a uma força de compressão na faixa de 4,9 MPa e que com uma pressão normal média de 0,8 MPa, que corresponde a uma força de fricção de 315 N, a folha é removida, independentemente de sua posição no internódio.

Sugarcane holds an important place in the Brazilian economy. Grate part of the sugarcane harvested still accomplished largely manually. Sugarcane harvesters available in Brazil use the technology to chop the cane into 200 to 300 mm billets to allow on the go cane transferring to transport, contradicting the traditional method of whole stalk sugarcane harvesting system. In order to make whole stalk mechanical harvesting system possible, one of the barriers to be expired is the mechanical removal of the straw. The design of a mechanism that accomplishes this operation depends directly on the knowledge of the mechanical properties of the sugarcane related to its resistance to compression and the forces necessary to remove the leaves from the stalk. Compression tests were conducted using the universal testing machine. For leaves removal test by friction, a special apparatus was designed to allow the registration of the normal and traction force. The sugarcane stalk can resist up to 4.9 MPa. With a normal pressure of 0.8 MPa, which correspond to a friction force of 315 N, it is possible to remove the leaves, independent of its location in the sugarcane stalk.

Durante a colheita ou o carregamento de produtos rasteiros como feijão, cana-de-açúcar e alguns produtos hortícolas, torna-se necessário seguir com precisão o perfil do solo sem que os garfos levantadores se afastem nem penetrem no solo, para evitar perdas no primeiro caso ou contaminação do produto com sílica e bactérias, no segundo caso. O seguimento do perfil poderá ser feito por mecanismos ativos ou passivos, cujos cortadores ou levantadores possam ser sustentados por barras articuladas com centros instantâneos de rotação virtual ou real, de cuja localização depende o desempenho de flutuação o qual, por sua vez, depende também da localização do ponto de referência utilizado para o controle de altura, que deve estar próximo do ponto de levantamento ou corte do produto. Os casos particulares de uma ponteira articulada utilizada na barra de corte das colhedoras combinadas e do cortador de disco duplo das colhedoras Australianas de cana-de-açúcar, são analisados. Formas alternativas de se melhorar o desempenho de seguimento do perfil do solo são apresentadas, incluindo resultados para mecanismos passivos de pequena e grande massa, assim como um mecanismo ativo que utiliza modelos dinâmicos da plataforma para efetuar o controle retroalimentado de posição.

Harvesting and loading of products, such as beans, sugarcane and some horticultural ones require a precise ground contouring process. Lifting forks should neither get away from the ground surface nor penetrate into it in order to avoid losses in the first case or product contamination with silt or soil bacteria in the second case. Active or passive mechanisms can be used to follow the ground profile. Lifting or cutting devices can be mounted on linkages having instant rotation centers adequately located for optimum flotation performance. The reference point of the ground following process should be close enough to the lifting or cutting point to avoid position errors resulting from ground surface unevenness. The main limitations of the articulated fork of the combine sickle bar and the double disk base cutter of the Australian sugarcane harvesters are discussed and alternative solutions are proposed to improve ground following performance. Research results of passive mechanisms having low and high mass are discussed together with an active control system for a combine header.

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.

No Brasil, o complexo sucroalcooleiro ocupa lugar de destaque, com 5,4 milhões de hectares de cana colhida para a indústria em 2000, dos quais 2,5 milhões no Estado de São Paulo. O setor agrícola representa cerca de 65% dos custos na produção de álcool e açúcar e aproximadamente 45% desse custo são destinados à etapa de plantio. O baixo rendimento das operações de plantio onde um trabalhador planta, em média, 0,27 ha d-1, justifica o desenvolvimento de um mecanismo dosador de rebolos de cana-de-açúcar, tendo como objetivo a distribuição uniforme de mudas. Utilizando-se recursos computacionais de engenharia como WM3D e MatLab, procurou-se aprimorar um dispositivo de dosagem de rebolos existente. O modelo otimizado, quando simulado com apenas um dos diâmetros de rebolo em análise, apresentou resultados satisfatórios e características compatíveis às dos modelos que apresentaram condição ideal de operação. As simulações do modelo otimizado para variações do diâmetro do rebolo, da ordem de 10 mm apresentaram, como resposta, incidência de células com excesso de rebolo, resposta esta também verificada nos resultados experimentais.

Brazilian production of alcohol and sugar holds an important position among producing countries, with 5.4 million hectares of sugarcane harvested by the industry during 2000. The State of São Paulo contributes with 2.5 million hectares of this total. The agricultural operations represent approximately 65% of the total sugar and alcohol production costs. Nearly 45% of the agricultural operational cost is due to planting. The low yield for conventional planting operations where an operator plants about 0.27 ha d-1 justifies the development of a mechanism, designed for uniform plant distribution. The objective of this work was to improve the performance of an existing sugarcane planter, using computational engineering aids such us WM3D and MatLab. The optimized model simulated with only one of the analyzed sugarcane diameters, showed satisfactory results, with characteristics compatible with the models presenting ideal operational conditions. Optimized model simulations for cane diameter varying by 10 mm showed cells filled with excess of billets, which is in agreement with the experimental results.