Fundamentación del uso de rodaje por semiesteras en las cosechadoras cubanas de caña de azúcar para trabajar en suelos de mal drenaje con condiciones de alta humedad

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(1)Universidad Central de Las Villas Facultad de Ciencias Agropecuarias Departamento de Mecanización Agrícola. Tesis para optar por el grado científico de Doctor en Ciencias Técnicas. Fundamentación del uso de rodaje por semiesteras en las cosechadoras cubanas de caña de azúcar para trabajar en suelos de mal drenaje con condiciones de alta humedad.. Aspirante : Ing. Miguel Rodríguez Orozco Universidad Central de Las Villas Tutor : Dr. Ciro Iglesias Coronel Universidad Agraria de La Habana. Santa Clara, 20 de Octubre de 1999 “ Año del 40 Aniversario del Triunfo de la Revolución”.

(2) “ Conocer las causas posibles y usar los medios libres y correctos para investigar las no conocidas... pensar constantemente con elementos de ciencias, nacidos de la observación, en todo lo que cae bajo el dominio de la razón, y en su causa... no debemos afirmar lo que no podamos probar. La intuición es un auxilio, muchas veces poderosas, pero no es una vía científica e indudable para llegar al conocimiento... no se puede ver una cosa sin mirarla. No se puede entender una cosa sin examinarla. El examen es el ojo de la razón.”. José Martí.

(3) Mí esposa e hijos, por el tiempo y el amor que han merecido y no les dedicado para poder realizar este trabajo. Mí madre, hermanos, suegros, demás familiares por su apoyo incondicional. Los héroes y mártires de la patria. Y a todas aquellas personas que gustan de hacer cosas hermosas sin pensar recibir a cambio la gloria..

(4) Me gustaría dejar constancia de mis agradecimientos a:. .... Mi tutor Dr. Ciro Iglesias Coronel y demás consultantes por sus valiosos consejos y orientaciones. .... Compañeros de trabajo, muy especialmente, los del grupo de investigación: Garrido, Galban, Omar, Madruga, Ernesto y Miguel. .... Trabajadores y dirigentes de los CAI “ Batalla de Santa Clara “ y “Emilio Córdova”, del Dpto. de Maquinaria Agrícola de la delegación provincial del MINAZ de Villa Clara y del MINAZ nacional por el apoyo prestado en impulsar estos trabajos en sus respectivos niveles . .... Los compañeros del CEDEMA que han sabido ser muy buenos colaboradores y participes destacados en estos trabajos, resaltando a Orfita, Justo, Sergio y Ramón. .... Los trabajadores del Joven Club de Computación y La Empresa de Talleres de Desmonte del MINAZ de Caibarién por la ayuda en mecanografiar la tesis, también por la misma razón a Yudith y Fortún. .... A los compañeros Luis, Fidel, Ernesto y Rubio, de la Facultad de Ingeniería Eléctrica de la UCLV, por la ayuda brindada en el uso de autómatas para las mediciones tensométricas. .... A todos los diplomantes que durante años han trabajado apoyando esta investigación con gran dedicación y responsabilidad. Y a todos, han sido tantos que es imposible mencionarlos por su nombre, los que de una forma u otra han contribuido con la realización de este trabajo. Muchas Gracias…. El autor..

(5) SINTESIS El presente trabajo aborda un. conjunto. de investigaciones con diferentes. modelos y prototipos de cosechadoras cañeras, como la KTP-2, la KTP-23, la CLAAS 2000, la TOFT 6000 y la CCA-3 (KTP-4F), alternando neumáticos y semiesteras en su sistema de rodaje con vistas a cosechar sobre suelos arcillosos pesados con problemas de drenaje y alta humedad. Se aborda además el estudio y determinación del comportamiento de propiedades físicomecánicas relacionadas con la compactación y la traficabilidad en los suelos oscuros plásticos gleysosos o hidromórficos, típicos dentro de los suelos cubanos con mal drenaje. Se obtienen modelos matemáticos para predecir el cambio de estas propiedades con la humedad y estructura del suelo, los cuales permiten fundamentar parámetros de traficabilidad de los rodajes para estas condiciones. Partiendo de estos estudios se fundamenta la obtención de los principales parámetros de diseño que debe cumplimentar el sistema de rodaje por semiesteras para que la cosechadora cañera cubana pueda trabajar con éxito en condiciones de alta humedad causando daños mínimos al suelo. Lográndose en un prototipo de cosechadora cañera, la CCA-3, la capacidad de trabajar en estas condiciones, equiparándola en cuanto a su traficabilidad con el resto las máquinas existentes en el mundo concebidas para este tipo de operación. Demostrando que la introducción de la cosecha mecanizada de la caña de azúcar en los suelos pesados de mal drenaje con condiciones de alta humedad del norte de Villa Clara en alta humedad es viables técnica y económicamente para el país, y tiene un efecto positivo para el futuro desarrollo y competitividad de la cosechadora cañera cubana..

(6) Tabla de contenidos Acápite Contenido. Pág.. INTRODUCCION CAPITULO I: SITUACION ACTUAL DEL TEMA TRATADO, OBJETIVO Y TAREAS DE INVESTIGACIÓN. 1.1-. 1.21.31.41.5-. 2.12.22.32.42.52.62.7-. 2.7.12.7.22.7.32.7.4. 2.8-. Situación internacional de la cosecha mecanizada de la caña de azúcar en suelos con mal drenaje y sobrehumedecidos. Soluciones técnicas para el tránsito de vehículos por suelos blandos. Efectos de la compactación del suelo sobre la agricultura en general y la caña de azúcar. Consideraciones generales del capítulo. Precisión del objetivo y las tareas de investigación. CAPITULO II: FUNDAMENTACION TEÓRICA DE LOS PARÁMETROS QUE DETERMINAN EL DISEÑO DEL RODAJE POR SEMIESTERAS EN COSECHADORAS CAÑERAS PARA TRABAJAR EN CONDICIONES DE ALTA HUMEDAD. Acciones mutuas neumático - suelo. Acciones mutuas estera - suelo. Dinámica de movimiento de las cosechadoras cañeras integrales autopropulsadas. El vehículo y el suelo, interacciones mutuas. La traficabilidad de la cosechadora. Aspectos importantes relacionados con la teoría de la compactación. Otros aspectos que determinan la dinámica del movimiento del prototipo de cosechadora CCA-3 con neumáticos y semiesteras. Cálculo de la velocidad de avance de la cosechadora. Cálculo de los momentos torsionales y la potencia en la transmisión: Análisis del radio mínimo necesario para el viraje en las guardarrayas. Determinación, a partir de las dimensiones de los elementos del sistema de freno de los momentos de frenado en los ejes. METODOLOGÍA. DE. 19 20 23 24. 26 26 27 29 33 36 39. 41 41 42 44. 46. LAS. 3.13.2-. Programa general de investigaciones. Metodología para la determinación de propiedades físico mecánicas relacionadas con la traficabilidad y la compactación de los suelos oscuros plásticos.. 3.3-. Metódica para determinar la traficabilidad de los equipos que intervienen en la cosecha mecanizada de la caña de azúcar. Metódica para determinar los efectos que produce sobre el suelo la cosecha mecanizada de caña de azúcar en condiciones de alta humedad.. 3.4-. 13. 47. Consideraciones generales del capítulo. CAPITULO III: PROGRAMA Y INVESTIGACIONES A REALIZAR.. 8. 13. 49 49. 50. 53. 57.

(7) Tabla de contenidos (continuación) Acápite Contenido Pág. 3.5Metódica para realizar la evaluación tecnológica-explotativa y económica de la cosecha mecanizada en condiciones de 58 alta humedad en Cuba. CAPÍTULO IV: ANALISIS DE LOS RESULTADOS DE LAS INVESTIGACIONES EXPERIMENTALES. 4.14.2-. Características de las condiciones de experimentación. Comportamiento de algunas propiedades físico-mecánicas relacionadas con la traficabilidad y la compactación en los hidromórficos de la costa norte de Villa Clara.. 4.3-. Resultados de la investigación de la traficabilidad de las cosechadoras cañeras existentes en Cuba en los últimos años. Efectos de la cosecha mecanizada de caña de azúcar sobre los suelos hidromórficos con diferentes condiciones de humedad. Resultados de la evaluación tecnológico explotativa de las cosechadoras trabajando condiciones de alta humedad. Consideraciones generales del capítulo. CAPITULO V: REPERCUSIÓN ECONÓMICA Y TÉCNICA DE LA. 4.4-. 4.54.6-. INVESTIGACIÓN REALIZADA. 5.15.2-. 5.3-. Influencia de las lluvias sobre las zafras azucareras en los centrales de la costa norte de la provincia de Villa Clara. Estimación de la inversión y los costos de explotación y beneficio económico, resultante de la introducción del nuevo complejo de máquinas para la cosecha y el transporte cañero en zonas de mal drenaje del norte de Villa Clara. Aspectos generales relacionados con la modificación e introducción de la semiestera en máquinas para la cosecha cañera en Cuba, con vistas a trabajar en elevada humedad. CONCLUSIONES RECOMENDACIONES REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ANEXOS. 60 60. 61. 64. 70 74 75 77 77. 82. 85 89 91.

(8) INTRODUCCIÓN.

(9) INTRODUCCIÓN : Cuba dedica al cultivo de la caña de azúcar un área cercana a 1 750 000 ha, de las cuales un 37 % se encuentran en zonas con suelos clasificados como pesados con mal drenaje, donde el 72 % son: Gley Húmicos según la clasificación genética de Cuba (1975), Eutric Gleysol según la clasificación FAO-UNESCO (1988) o suelos hidromórficos según la clasificación de la INICA y el ISRIC en 1994 [37],[59], también son muy conocidos como gley oscuros plásticos. Se distribuyen por todo el país, sobre todo en las llanuras próximas a la costa norte y sur, destacándose las que comprenden el norte de las provincias de Villa Clara, Santi Spíritus, Ciego de Avila y Camagüey, el más grande macizo cañero del país, ver anexo 1 [36], [37],[159]. El problema de drenaje se manifiesta en el suelo al limitarse el movimiento del agua, tanto en profundidad como en la superficie. El mal drenaje interno se debe a la presencia de una gruesa capa arcillosa e impermeable por debajo de una capa vegetal que no profundiza más de 25 cm, y también, en ocasiones el manto freático se encuentra muy próximo a la superficie. El mal drenaje externo se debe su localización en llanuras con ausencia de pendiente y pocos drenajes naturales que eliminen con rapidez el agua producida por las lluvias; el terreno permanece sobrehumedecido por largos períodos dejando a la evaporación y la evapotranspiración un papel importante en la eliminación del exceso de agua, haciendo muy lenta la perdida de humedad del suelo, llegando en ocasiones a superar los 30 días [1...3],[5],[39],[45]. En la actualidad se ha trabajado mucho en el mejoramiento del drenaje externo, con la construcción de toda una red de canales de desagüe y la realización del drenaje parcelario a importantes áreas con estas características, lo que constituye un gran paso de avance pues elimina por gravedad con relativa facilidad el exceso de agua presente en la superficie, pero no sucede igual con la que se almacena en los micro y macro poros del suelo, así como en pequeñas irregularidades,. permaneciendo. el. sobrehumedecimiento hasta 15 ó 20 días [90],[128]. Cuando el suelo se humedece se pone blando o pierde parte de su resistencia mecánica o su capacidad de soportar los esfuerzos normales y tangenciales que produce el sistema de rodaje de los equipos que lo transitan. Esto significa que cuando existe un alto nivel de mecanización de las labores agrícolas habrá afectaciones por la incapacidad de trabajar en estas condiciones, tal es el caso de la cosecha cañera en estas zonas..

(10) La totalidad de las máquinas cosechadoras cañeras y medios de transporte utilizados en Cuba tienen neumáticos en su sistema de rodaje, pesan entre 10...18 t, sus presiones específicas medias sobre el suelo o relación peso área de apoyo, son mayores a los 100 kPa, muy grandes para trabajar en condiciones de alta humedad en suelos arcillosos pesados, lo que equivale a la paralización total o parcial de la zafra azucarera cuando ocurren lluvias abundantes . Este problema en estas zonas no es nuevo y aunque actualmente constituye un freno para la mecanización, ya a principios de siglo resultaba un dilema para los productores cañeros,. la cosecha y alza manual poco se afectaban con esta. situación, pero el transporte sí, de ahí que estuviera muy extendido el uso de las carretas "de zunchos", remolque de tracción animal con capacidad de carga de aproximadamente 2 t y rodaje constituido por dos ruedas de madera de gran diámetro y estrechas, con su banda de rodaje forrada por un anillo de hierro conocido por "zuncho", con estas ruedas se elevaba el despeje para facilitar el cruce de zanjas y lugares bajos, se disminuía la resistencia al tiro de la carreta, y reducía los daños a la plantación por la estrechez de la huella dejada [81],[83]. A finales de la década del 30 se. introducen. los. remolques. sobre orugas. CATERPILLAR, los cuales se tiraban con tractores de estera de la misma firma o con 3...4 yuntas de bueyes en dependencia de las condiciones de humedad del terreno. Estas carretas transportaban aproximadamente 4 t de caña hasta el central o la grúa de transbordo al ferrocarril, que por lo general estaban a distancias cortas del frente de corte; se reporta su uso general en estas zonas cañeras, se conocen de centrales en la costa norte de Villa Clara con más de 120 carretas de este tipo, ver anexo IX.a , una situación muy parecida se mantuvo en las décadas del 40 y 50; destacándose la progresiva introducción de camiones, carretas y tractores en el tiro, usando mayoritariamente neumáticos en su sistema de rodaje [27],[81...83]. A mediados de la década del. 60. comenzó. la. introducción. masiva de la. mecanización de la cosecha cañera en Cuba, estas zonas fueron priorizadas por varias razones: la escasez de fuerza de trabajo, condiciones favorables para la mecanización de la cosecha por la ausencia de pendiente y poca pedregosidad, alto potencial de producción cañera, incremento de la capacidad de molida de los ingenios, tipificación de los bloques cañeros, creación de grandes sistemas de riego, drenaje y caminos, etc. [39],[42]..

(11) En estos años surgieron los primeros intentos en Cuba de utilizar esteras en el sistema de rodaje de cosechadoras cañeras para trabajar en condiciones de alta humedad. Aunque el autor no encontró trabajos directamente relacionados con el tema ni la causa por las cuales se detuvieron los mismos, sí halló referencias y fotos que muestran parte de esos intentos en las cosechadoras LIBERTADORA 1400 [35] y HENDERSON y así como la alzadora PG-0.5 [27]. La mecanización de la cosecha cañera alcanzó el 74% de la masa procesada en los años antes del llamado período especial (1988), actualmente esta cifra está en un 64 % [170], sin embargo este indicador en estas zonas esta por encima del 90 % y muchos de los centrales manejan el 100 % de la caña con máquinas. La dirección del país ha dado máxima prioridad a esta actividad pues la cosecha manual resulta una alternativa poco viable en muchos sentidos [4]. Para la mecanización de la cosecha el país disponía de un parque cercano a 4200 cosechadoras [170], mayormente KTP-1 y KTP-2 de fabricación nacional, existe además un parque poco representativo de máquinas importadas TOFT 6000 y CLAAS2000. Esto hace que Cuba sea uno de los países que más alto nivel tiene en la mecanización de la cosecha cañera. Posee su propia fábrica de cosechadoras, que antes del período especial fabricaba más de 600 máquinas anuales y en 1994 reinició su producción con la reconversión de la KTP-2 en KTP-2M y algunas KTP-3S. Con un plan anual de reconstrucción de 250 cosechadoras que a su vez sustituían a dos máquinas antecesoras, cifra que continua siendo la mayor entre los productores de estas máquinas en el mundo. También es cierto que estos números fueran favorablemente menores para el país si la cosechadora cubana tuviera más rendimiento en el trabajo, cuestión dada entre otras cosas por su baja fiabilidad de explotación y que el actual esquema tecnológico de trabajo de la cosechadora KTP ha permanecido invariable por más de 25 años lo que limita su capacidad de procesamiento con respecto a las máquinas actuales existentes en el mundo [116]. La situación actual también indica que a pesar de contar con tan alto nivel de mecanización, no se ha trabajado en la adaptación de ese complejo de máquinas a las condiciones edafoclimáticas predominantes en las diferentes zonas cañeras y las consecuencias no se han hecho esperar, existen problemas en los terrenos con mucha pendiente, alta pedregosidad, y sobre todo con los lugares donde predominan suelos pesados con problemas de alta humedad [7],[127]. Cada vez que ocurren lluvias durante la zafra se produce una paralización de esta actividad,.

(12) vital para la economía del país, cuya duración puede superar los 30 días en casos extremos, Fidel Castro [1..3], Várela [169], informes del MINAZ [39],[42], etc. En estos momentos existe una contradicción entre las posibilidades del complejo de máquinas usado y las exigencias de los productores. de. estas. zonas.. Especialistas de la Delegación Provincial del Ministerio de la Agroindustria Azucarera (MINAZ) y la Universidad Central de Las Villas (UCLV) en Villa Clara, en informes elaborados sobre esta problemática de la mecanización de la cosecha en el norte de la provincia [39],[42],[136],[140],[148] señalan que: . Se realizan zafras cortas que en muchos casos no logran procesar toda la caña disponible, incumpliéndose los planes de producción previstos.. . La caña que queda en los campos por cosechar (requedadas) es poco apropiada para esos fines, lo que repercute negativamente en la producción azucarera de la siguiente zafra.. . La tardía cosecha de los retoños y las primaveras obligan a cortar en la zafra siguiente cepas con menor edad, a las cuales también se le afectó la realización de todas las atenciones culturales que necesitaba, reduciendo el potencial de disponibilidad de caña.. . Se incumple el programa de cosecha en el período óptimo de rendimiento industrial de la caña en azúcar.. . La inestabilidad de las molidas crea serios problemas a la eficiencia del proceso industrial de obtención del azúcar.. . Se subutilizan las capacidades industriales y de medios de cosecha instalados, así como los recursos materiales y humanos disponibles para la zafra.. . Se encarece la zafra por el nivel de gastos con que se realiza la misma y una menor producción de azúcar.. . No existe correspondencia entre los resultados productivos y las inversiones realizadas para aumentar la producción azucarera en estas zonas.. Internacionalmente esta situación también existe y se reportan soluciones técnicas encaminadas a resolverla en: Australia, La Florida (EUA), Louisiana (EUA), Hawai (EUA), Colombia, etc. Todos estos países tienen. sus particularidades, pero lo. cierto es que han sabido resolver una problemática en la que Cuba no ha logrado ningún avance a pesar de tener la necesidad y capacidad de cambiar esta situación..

(13) La UCLV, el Centro de Desarrollo de la Maquinaria Agrícola (CEDEMA) en Holguín y el MINAZ de Villa Clara, desde 1988 vienen trabajando en esta dirección, a partir de las posibilidades económicas del país, desarrollar la tecnología de cosecha y transporte para las condiciones cubanas de alta humedad. Primero como una tarea de un Programa de Ciencia y Técnica (PCT) de la antigua Academia de Ciencias de Cuba (ACC) denominado “Sistema Cubano de Cosecha Cañera“. Después se ejecutó como parte de dos Proyectos de Investigación auspiciado por el Ministerio de Ciencia Tecnología y Medio Ambiente (CITMA) dentro del Programa de la Agroindustria Azucarera, uno de alcance. nacional (código 102089) y otro de. alcance territorial (código 080103), también forma parte del Programa Millón que ejecutan el MINAZ y el CITMA en Villa Clara y se constituye en una de las líneas priorizadas del Polo Científico de dicha provincia. Para la solución de esa problemática se estudia en esas zonas cañeras cosechar con máquinas con rodajes de alta flotación, y modificar el esquema tecnológico actual incluyendo un nuevo elemento, el llamado transporte intermedio, para acarrear la caña dentro del campo, ver en anexo II figuras a y b. Como existen dos aspectos por documentar muy importantes, para la tecnología de cosecha en condiciones de alta humedad: la cosechadora y el transporte intermedio, que requieren sus propios estudios y soluciones de diseño para explotarlos en este país, se selecciona el primer tema como centro del análisis de la presente tesis, dejando el segundo a posteriores trabajos de la misma índole..

(14) CAPÍTULO I SITUACIÓN ACTUAL DEL TEMA TRATADO, OBJETIVO Y TAREAS DE INVESTIGACIÓN.

(15) CAPÍTULO I SITUACION ACTUAL DEL TEMA TRATADO, OBJETIVO Y TAREAS DE INVESTIGACIÓN. 1.1- Situación internacional de la cosecha mecanizada de la caña de azúcar en suelos con mal drenaje y sobrehumedecidos. Los países de mayor nivel de mecanización en la cosecha, actividad principal y la que más trabajo demanda en esta industria, son: Australia, Estados Unidos de América (EUA), Cuba, Brasil [16...18], los cuales tienen sus propios sistemas de cosecha y transporte, desarrollan o construyen total o parcialmente la maquinaria que utilizan. En estos momentos países como: Argentina [8],[122...124],[143...144],[150], Colombia [29], [31...32], México [146], etc. dan grandes pasos en aras de elevar la mecanización de esta actividad e introducen maquinaria y tecnología del primer grupo. Véase entonces la situación de la cosecha mecanizada de la caña de azúcar en algunos de los países de mayor nivel y su relación con el trabajo en condiciones de alta humedad. Hawai (EUA): Destina al cultivo de la caña de azúcar alrededor de 94,000 ha, el 50 % de ellas se cosecha anualmente con edades entre 18 y 24 meses y rendimientos agrícolas promedios de 240 t/ha. Para la cosecha se queman los campos y con el uso de rastrillos empujadores ó “PUSH RAKE”, montados sobre tractores de oruga, se realiza el corte y apilamiento de la caña en franjas, una especie de buldoceo, seguidamente con grúas o cargadores frontales la alzaban hacia los medios de transporte en los cuales se traslada al central. Posteriormente se introdujeron las cortadoras. de tallo entero, como los modelos “DUNCAN” y. “V”, las. cuales. manipulaban diariamente hasta 1700 t de caña por máquinas, estas cortadoras y alzadoras se montaban sobre. neumáticos. u orugas, según las necesidades del. productor de trabajar en condiciones de alta humedad. En los años 70 los australianos desarrollaron cosechadoras integrales (cortan, trocean, limpian y alzan la caña) de alta capacidad de procesamiento para las condiciones de Hawai, las cuales también iban montadas sobre orugas para trabajar en terrenos sobrehumedecidos [149]. El método de transporte generalizado se basa en el uso de rastras con alta capacidad de carga, entre 20 y 40 t, las que se cargan dentro del campo con ayuda de grúas o.

(16) alzadoras.. La. HILO. TRAILER. LIMITED. y. la. HILO. EQUIPMENT. AND. MANOFACTURING desarrollaron remolques de este tipo pero con neumáticos de alta flotación, para trabajar en terrenos húmedos, las cuales se tiraban dentro del campo con ayuda de tractores con orugas y fuera de este con cuñas tractoras de carretera. También se ensayaron remolques sobre orugas, con presiones sobre el suelo de 40 kPa y capacidad de carga de 8 t, dichos remolques cumplían la función de sacar la caña. de terrenos húmedos hacia las orillas donde. podían. entrar. los equipos. tradicionales [60],[92...93],[103...106], [153],[163]. Louisiana (EUA): Dedican al cultivo de la caña de azúcar cerca de 115 000 ha, en zonas pantanosas del delta del río Missisipi drenadas artificialmente, las cuales se cosechan en otoño, período muy lluvioso por la entrada de los frentes fríos. Por esta razón, la cosecha en alta humedad se asume como un problema permanente y ha dado lugar a un sistema de cosecha mecanizado propio. Caracterizado por el uso de máquinas que realizan menos operaciones tecnológicas por ser sencillas y tienen un peso mucho menor, aunque haya que realizar más pasadas por el campo para completar el proceso de cosecha. El sistema de corte utilizado se basa en el uso de cortadoras de tallos enteros, realizando, además, el despunte e hileramiento de la caña. En estos momentos se utilizan cortadoras THOMSON, J & L, CAMECO y BROUSSARD, capaces de procesar entre 200 y 300 t de caña diaria y mucho más en el caso de los modelos más modernos; como la cortadora CAMECO S32 capaz de cortar dos surcos a la vez y unir cuatro hileras en una. Para cargar la caña se utilizan cargadores frontales autopropulsados, que pueden ser de dos tipos: los cargadores discontinuos y los continuos. Los cargadores discontinuos manipulan la caña con la. ayuda. de. una. grúa accionada. hidráulicamente y manipulan entre 90...100 t/h, en este caso están los BROUSSARD 2410, BROUSSARD 3500, CAMECO SP-2254 y SP-2400. Mientras que. los. cargadores. continuos levantan la caña hilerada con ayuda de. transportadores, la trocean y limpian en algunos casos, pueden manipular hasta 200 t/h, dentro de esta variante están entre otros el BROUSSARD 3000 [64...65]. Tanto las cortadoras, como los cargadores pueden estar montados sobre orugas u neumáticos extraanchos, como el 30.5-32” R2 y el 48x31-20” NHS113, logrando presiones sobre el suelo en el orden de los 77.5 kPa con neumáticos y mucho menores con orugas; asegurando el trabajo en condiciones de alta humedad. En.

(17) los últimos años ha existido una tendencia de introducir en estas zonas cosechadoras integrales autopropulsadas, tanto sobre neumáticos como sobre orugas, como las CAMECO CHT 2500 y CAMECO CHT 2000, y más recientemente se introduce la TIGER, sobre neumàticos de alta flotaciòn y capaz de procesar 200 t/h, desarrollada por la firma fabricante de cortadoras THOMSON [64...68],[75], ver figuras 1.1 y 1.2. El sistema de transporte, se basa en la utilización del remolque intermedio (INFIELD TRANSPORT), consistente en ser un equipo autobasculante con autovolteo, con capacidad de carga entre 5 y 12 t sobre dos o cuatro neumáticos de alta flotación. Tiene la función de entrar al campo y sacar la caña hasta distancias muy cortas donde las deposita en transportes de mayor capacidad de carga. Son muy utilizados los fabricados por la CAMECO con cuatro neumáticos traseros 23.1-26, poseen, además ancho de vías variable, realiza el volteo entre 60 y 120 segundos; posee una presión específica sobre el suelo de 68 kPa y son tirados por tractores 4x4 de 120-135 kW. La caña normalmente se tira al central en medios de transporte con mayor capacidad de carga (FULL TRAILERS), llegando hasta 40 t, pueden ser rastras o tractotrenes, también camiones de diferentes tipos [69...73],[118],[124...125],[129],[153],[163]. La Florida (EUA): Es otra zona productora de caña de azúcar, se parece a Louisiana, en cuanto al clima, aunque en su suelo no están tan acentuados los problemas de drenaje existen zonas cañeras muy pantanosas como Los Everglades. El comienzo de la mecanización de la cosecha fue semejante a ese estado, ver figuras 1.1 y 1.2, basado en el uso de cortadoras y cargadores, aunque por la abundancia de mano de obra barata estuvo muy extendida la cosecha manual; pero con el transcurso de los años se han preferidos las cosechadoras integrales, la CLAAS-LIBERTADORA 1400 fue la primera, le siguieron la CLAAS 2000. Actualmente se introducen CAMECO CHT 2000 y 2500, la CLAAS GLADIATOR I y la CLAAS GLADIATOR II (cosecha dos hileras a la vez), así como la CLAAS VENTOR. Parte de estas cosechadoras se fabrican en el propio estado por la firma VANGUARD con la patente de CLAAS y manipulan entre 35...120 t/h. Los primeros modelos de CLAAS podían utilizar semiorugas de acero mientras que los posteriores utilizan semiesteras y esteras con bandas de goma o metal y incluyendo los sistemas MTS desarrolladas por CATERPILLAR, con las que reducen los daños al suelo y aumentan aún más la capacidad de paso de la máquina. La CAMECO CHT 2500 utiliza solamente esteras con bandas de hierro o goma de la propia CATERPILLAR [69..70],[92],[118],[122],[124...125],[129],[132...133],[153]..

(18) El transporte también es semejante al de Louisiana, las diferencias básicas están en los fabricantes. Olea [125], señala a modo de ejemplo que tres cosechadoras integrales CAMECO CHT 2500, montadas sobre orugas, cinco carros autobasculantes y un número indeterminado de semirremolques de tiro de 35 t o tractotrenes (también tractomulas), trabajando 9 horas diarias manipulan sin dificultad 1 000 t de caña Australia : La caña se cultiva fundamentalmente en los estados de Quensland y New South Wales, dedican 507 000 ha al cultivo de las cuales se llevan a cosecha cerca del 75 % con edades de 12...13 meses y con rendimientos agrícolas promedios de 98 t/ha, las variedades son todas de crecimiento erecto y fácil despaje, antes de cosechar se realizaba la quema de los campos, pero en los últimos años se ha extendido hasta un 65 % la cosecha en verde por las ventajas ecológicas que esta proporciona y entregan la caña al central entre 12 ...16 horas después de cortada [30],[43],[54],[60],[135],[153], [163]. Australia es uno de los pioneros en la mecanización de las labores agrícolas del cultivo de la caña de azúcar, ver figura 1.3 y 1.4, el 100 % de la cosecha está mecanizada, para esto poseen 1 200 cosechadoras integrales que promedian 44...55 t/h en caña verde y más de 60 t/h en caña quemada, cosechan el 65 % de la caña en verde. Conocidas en todo el mundo son la MASSEY-FERGUNSON y sus modelos 205, 305 [115]; la TOFT [12], (posteriormente AUSTOFT [9..10],y en la actualidad CASE TOFT IH [62..63]) y sus modelos 3000, 4000, 6000, 7000 y la DON MIZZI con una de sus últimas variantes concebida para cosechar dos hileras a la vez al igual que la CLAAS GLADIATOR II. La MASSEY-FERGUNSON 205 y la TOFT 6000 se introdujeron en Cuba, demostrando muy buenos resultados en su momento. Los medios y sistemas de transporte para la cosecha de caña de azúcar son muy variados [13],[30],[41],[43],[55],[117],[134],[163], los cuales se pueden tratar de resumir de la siguiente forma: . El sistema con TRASBORDO o TRANSPORTE INTERMEDIO para sacar la caña del campo y depositarla en medios de transporte que llevan la caña al central. Como transporte intermedio utilizan gran variedad de remolques de 4...6 t tirados por tractores y autopropulsados sobre neumáticos de alta flotación y orugas con capacidad de carga entre 8... 12 t, los recorridos con este transporte son menores a los 5 km; sus tolvas o cajas son autobasculantes de descarga lateral a alturas entre 3.5...4.5 m. El 95 % de la caña va al central en los vagones de ferrocarril desde.

(19) líneas próximas al frente de corte y el resto en transporte automotor con capacidad de carga hasta de 40 t. . El sistema ROLL ON-ROLL OFF la caña se lleva. al central en vagones de. ferrocarril, en el campo cada vagón se puede montar o bajar en una especie de rastra o cuña con ayuda de cables, wincher y rampas auxiliares, una vez llenos se montan nuevamente en la línea y se forma el tren. . El sistema FREIGHTFER-LIFT, basado en el uso de contenedores que se cargan dentro del campo sobre plataformas autopropulsadas o remolcadas por tractores y en el borde del campo o zonas próximas a este se montan en planchas de ferrocarril o automotores que son los que llevan la caña al central, en este lugar se voltea el contenedor o se descarga por uno de sus lados, retornando al campo por la misma vía. En relación con la cosecha en alta humedad en Australia, se señala que es un problema latente, por ejemplo, en 1973 quedaron por moler 750 000 t de caña en los campos de Tully [11], por existir condiciones de alta humedad para el trabajo de las máquinas. Se comenzaron. entonces los trabajos para elevar la capacidad de paso en la. cosechadora TOFT-200 ROBOT [168], a la que se le montaron semiorugas y orugas, dichos trabajos se fueron perfeccionando para disminuir los daños a la plantación. Pronto aparecieron en el mercado cosechadoras integrales con posibilidad de usar estos rodajes para trabajar en condiciones de alta y extrema humedad, en 1983 existían en Tully 30 grupos de cosechadoras, 25 de estas máquinas modelo TOFT-6500 y TOFT 7500 usaban orugas, con un rendimiento anual promedio de 32 000 t, en estos momentos existen alrededor de 200 [43], el 16 % del parque. La presión específica sobre el suelo de estas máquinas con neumáticos son superiores a los 100 kPa, con semiorugas 44.9 kPa y con orugas 49.68 kPa [12],[63], aunque como es lógico estas últimas tienen una capacidad de paso mucho mayor. El desarrollo del transporte para trabajar en condiciones de alta humedad comenzó a la par que el de las cosechadoras. En 1971 se introducen los transportes autobasculantes intermedios con neumáticos convencionales, lo que causó graves daños en el campo [11]. Entre 1974...1976 se introdujeron. transportes intermedios con capacidad de. carga entre 4...12 t y cuatro neumáticos de alta flotación 23.1-26 o 30.5-32 tirados por tractores 4x4 de alta potencia, estos agregados los cuales demostraron excelentes resultados. Los de mayor capacidad de carga se construyeron con más de una caja de volteo..

(20) En los comienzos de los años 80 la TOFT desarrolló varios tipos de remolques intermedios, con mejoras en el sistema de volteo hidráulico y de rodaje, y diferentes capacidades de carga para agregarlo con diferentes tractores [11],[13],[55]. La propia firma trabajó con autopropulsados sobre orugas, los SPGFT, SPFTRT y SP8FT2B [13]; el primero tenía una tolva autobasculante de 6 t, y peso total de 18.29 t, una presión específica media sobre el suelo de 51 kPa, accionado por un motor diesel de 135 kW, el volteo lo realizaba en 2.3 minutos. Las otras unidades eran derivadas de la anterior, pero modificadas respectivamente para el sistema ROLL ON-ROLL OFF y FREIGHTFER-LIFT. En los últimos años se continuó perfeccionando la línea de remolques teniendo en cuenta: mejorar la traficabilidad, reducción del peso propio, transferencia de peso al tractor, incremento de la capacidad de carga, aumento de la maniobrabilidad, reducción del tiempo de volteo y reducción de la cantidad de caña derramada. También comenzó a usar como forma de transbordo en lugar del autovolteo, la autodescarga con ayuda de transportadores en el fondo y los laterales de las cajas. El tiempo de descarga es mayor hasta tres veces con respecto a los de volteo, pero las pérdidas por derramamiento son mínimas y su capacidad de carga no tiene ser múltiplo de la del equipo de tiro. La AUSTOFT mantiene la línea de equipos autopropulsados, abandonaron el uso de las orugas en su sistema de rodaje, también ha desarrollado recientemente equipos de transportes intermedio con dos puentes motores, dirección articulada, neumáticos de alta flotación 23,1-26, capacidad de carga de 9 t y descarga con ayuda de transportadores en 2.2 minutos [55],[62],[117],[134]. 1.2- Soluciones técnicas para el tránsito de vehículos por suelos blandos. Para transitar sobre suelos blandos sobrehumedecidos las soluciones técnicas dependen del tipo de trabajo a realizar, el vehículo a usar y las propiedades físicomecánicas del suelo en el momento de pasar. Existe un aspecto muy importante para trabajar en suelos pantanosos, este va a ser la relación peso-área de apoyo, la que se conoce como presión específica media sobre el suelo asociada muchas veces al término “flotabilidad”; en las máquinas para trabajar en condiciones extremas o ciénagas, esta relación esta entre 20...30 kPa, lo que se consigue con orugas extraanchas. Para trabajar. en. suelos. arcillosos. sobrehumedecidos, pero no pantanosos, con presiones específicas de 40...50 kPa se logran buenos resultados, las que se logran con orugas normales. El uso de puentes múltiples, semiesteras, neumáticos extraanchos y dispuestos por pareja se puede lograr.

(21) en tractores y automóviles presiones sobre el suelo entre 70...90 kPa, suficientes para trabajar en suelos húmedos de cierta consistencia. Estos mismos equipos sin las mejoras expuestas tienen presiones en el orden de 100...600 kPa o superiores que son inadecuadas para el trabajo en suelos con alta humedad. En la misma medida que se busca una presión específica más baja, el diseño del sistema de rodaje se complica pues el peso pocas veces se puede reducir en la cuantía necesaria y el incremento del área de apoyo aumenta la masa total del rodaje, masa que generalmente está en movimiento por lo que afecta su dinámica de movimiento, se dificulta el viraje, la suavidad de la marcha, etc. Por lo que hay que estudiar cuales son las condiciones de trabajo de ese rodaje y a partir de ahí proponer el diseño más acertado. Otro aspecto importante es el despeje o luz sobre el suelo del vehículo, el cual para los equipos que van. a. trabajar en condiciones extremas de humedad debe ser lo. suficientemente alto como para permitir el enterramiento del rodaje en el suelo para buscar los lugares más firmes y evitar el roce del chasis o los puentes con el suelo. Al nivel del mundo se encuentran otras muchas soluciones para mejorar la capacidad de paso del vehículo o traficabilidad. Del análisis de la literatura sobre el tema se puede hacer un resumen, resaltando que los equipos que se trasladan en condiciones adversas no escogen una sola vía para mejorarla, sino que combinan varias de las soluciones técnicas expresadas, ver figura 1.5 y 1.6 [28],[51], [72], [74], [75], [108...109], [111], [113], [121],[145], [173]. En los últimos 25 años se han reportado 89 patentes en los EUA, relacionada con los rodajes de estera, semiesteras y puentes con doble ruedas donde se pueden montar esteras,. el. 31. %. pertenece. al. consorcio. europeo. “FRANZ. PLASSER. BAHNBAUMASCHINENINDUSTRIE-GESEILLSCHAT M.B.H” y el 29 % pertenece a la CATERPILLAR, y el resto a firmas como la JOHN DEERE, RICHARD, CLAAS, etc., con muy pocos inventores independientes. Los aspectos más novedosos en el desarrollo de estos sistemas de rodaje radican en el uso de accionamiento hidráulico motor y direccional, sistemas de amortiguación más suaves, el uso de cadenas con zapatas o tejas de caucho, reducción de los niveles de ruido, autolimpieza, etc. Ver en bibliografía anexo con patentes consultadas. 1.3- Efectos de la compactación del suelo sobre la agricultura en general y la caña de azúcar. El uso intensivo de la maquinaria agrícola en la agricultura moderna ha tenido consecuencias negativas para el suelo y por tanto a los cultivos en general según.

(22) diversos autores [19...21],[101],[129..130],[172] es reconocido como. uno. de. los. factores que degradan el suelo ya que es la causa directa de los siguientes fenómenos: . Reducción del espacio poroso entre las partículas del suelo limita el movimiento del aire y agua dentro de este, afecta también el drenaje, la respiración, el desarrollo. del. sistema. radicular, la. captación. de nutrientes y la actividad. microbiana del suelo. . Caída de los rendimientos agrícolas de los cultivos entre 15...25 %, así como la reducción de la cantidad de cosechas permisibles en cultivos no estacionarios.. . Incremento de la resistencia específica al laboreo del suelo, necesitándose entre 1.5 y 1.8 veces más energía.. . Destrucción de la estructura del suelo y reducción de su fertilidad.. Lo perjudicial de este fenómeno ya fue señalado desde el siglo pasado por el ilustre sabio cubano Don Alvaro Reynoso [131], cuando atribuyó al paso de las pesadas carretas y el pisoteo de los animales las mermas de los rendimientos de la caña de azúcar. Humbert [93], para las condiciones de Hawai le atribuye un 20%, Reeser [129...130] de forma general le atribuye caídas del rendimiento agrícola entre un 10...20 %. El uso de máquinas agrícolas complejas, con grandes esfuerzos de tracción y alta velocidad de trabajo han obligado a incrementar su peso, la relación entre la fuerza traccional y la masa del equipo actualmente es de 1:2, lo que se traduce en el uso de gran cantidad de equipos que pesan entre 6...30 t, que son capaces de compactar el suelo a más de 60 cm de profundidad. No obstante existen otros menos pesados, con masas entre 2...5 t, que provocan también la compactación, pero a profundidades menores de 25 cm [11],[15],[23],[ 55],[77],[93],[112]. En los rodajes por neumáticos, además del peso por eje, juega un papel fundamental su tipo, su presión de inflado, su rigidez, la cantidad y disposición de estos en el puente. Esta es una de las causas de la actual preferencia de los neumáticos de baja presión y el uso de puentes múltiples en muchas máquinas agropecuarias. Para los tractores con orugas, el uso de estas en terrenos flojos, con tejas con de superficie muy irregular (como las de barras para el arroz) y una distribución de cargas no equilibrada sobre la oruga, puede traer como consecuencias una compactación mayor o semejante a la ocasionada por equipos con neumáticos DEERE [73], Tzukorov [165]..

(23) Un aspecto muy importante es la presión específica media sobre el suelo, conocido es que la primera acción del rodaje sobre el suelo es comprimir las capas que se encuentran inmediatamente debajo Chudakov [51], Maksapetián [111], Zombori [173]. Se plantea que presiones específicas menores a 60 kPa producen daños menores al suelo, Humbert [93]; Reeser [130], González y Tzukurov [88], pero esto solo es posible alcanzarlo con equipos con orugas; con neumáticos las presiones mínimas están entre 80...110 kPa, es común encontrar equipos en nuestros campos cañeros entre 200...400 kPa, los que constituyen verdaderos compactadores mecánicos del suelo Domínguez [56...58], González y Rodríguez [87], Fonseca [78...79]. El lugar por donde transita el sistema de rodaje sobre el cultivo (en lo adelante pasamiento) y la cantidad de veces que lo hace, son aspectos muy importantes para cualquier estudio de la compactación del suelo en la agricultura. Por esta vía se determina el área compactada y hacia donde dirigir las labores de descompactación. Estudios realizados por Braunack [19...21], BSES[11], Buckingham [23], Villegas y Torres [161],[172], Jones [98] demuestran la importancia de controlar el tráfico dentro de las plantaciones cañeras, pues con un tránsito inadecuado se puede compactar más del 80 % de la superficie plantada. Estos trabajos han demostrado la necesidad de introducir en las nuevas cosechadoras cañeras modificaciones como: el uso de rodajes de alta flotación ya sea esteras o neumáticos, el incremento del ancho de trabajo de forma tal que en cada pase se laboren la mayor cantidad de hileras posibles y queden algunas de estas sin recibir el peso de la máquina, el uso de anchos de vías ajustables a los marcos de plantación establecidos o viceversa, alejando el efecto de compactación del sistema radicular de la planta y el uso de anchos de vías semejantes en los puentes para unificar la rodada y descompactar con mayor facilidad [118],[125], [129], [172]. También se señala una estrecha relación entre la compactación y la humedad que tiene el suelo en el momento del tráfico, lo cual es cierto en parte Braunack [19...21], Fonseca [78], Humbert [93], Torres y Villegas [160...162]. Sucede que la gran mayoría de los trabajos mecanizados en la agricultura se realizan cuando el suelo tiene la humedad cercana a la más factible para compactarlo. Es común. asociar la. compactación en alta humedad a las profundas huellas dejadas en el terreno húmedo, cuando en realidad lo que ocurrió fue una falla, enterrándose en ocasiones la capa vegetal que esta bajo el rodaje y levantando las capas superiores del subsuelo, destruyendo el perfil de la superficie del cantero establecido para el cultivo y causando.

(24) daños mecánicos al sistema radicular, lo cual puede resultar tan o más perjudicial como la propia compactación, pero son fenómenos diferentes. En esas condiciones la capacidad de comprimir el suelo por estar la totalidad de los poros ocupados por agua es baja, aspecto que se demostrará más adelante. Ver figuras 1.7 y 1.8. La densidad aparente óptima para el cultivo de la caña de azúcar, Cairo [24], señala que para los suelos oscuros plásticos del norte de Villa Clara está entre 0.9...1.0 g/cm3, cuando se alcanza 1.15 g/cm3 o densidades superiores se. afectan. significativamente las condiciones del suelo y por tanto se limita el desarrollo del sistema radicular, el ahijamiento y el crecimiento general de la planta. Braunack [20] señala que para la caña son perjudiciales densidades de 1.5...1.7 g/cm3 en suelos arenosos y 1.08 g/cm3 en suelos volcánicos. Jenn-Jiang Shine [96], señala que el punto crítico de la densidad aparente de suelo, sin precisar tipo, respecto al alcance del sistema radicular se encuentra entre 1.5...1.7 g/cm3. Es obvio que este valor cambia para los diferentes tipos de suelos y que el tránsito de las máquinas agrícolas debe ser controlado, tomando medidas para no alcanzar la densidad crítica para cada tipo de suelo y poder reducirla posteriormente mediante labores de descompactación o cultivo, especialmente en la caña de azúcar por ser un cultivo permanente. 1.4- Consideraciones generales del capítulo. Del análisis de los epígrafes anteriores se desprenden las siguientes consideraciones parciales: 1. El problema de cosechar mecanizadamente la caña de azúcar en condiciones de alta humedad, no es exclusivo de Cuba, existe en muchas partes del mundo y lo poseen las zonas con mayor nivel. de mecanización cañera como:. Australia, La Florida, Louisiana y Hawai. Incluso los sistemas de cosecha y transporte utilizados en dichos lugares pueden estar particularizados por asumir de forma permanente la necesidad de trabajar en sobre terrenos húmedos, tal es el caso de Hawai y Louisiana. 2. El tránsito de los vehículos agrícolas u otros sobre terrenos húmedos es un tema que se ha estudiado, existen muchas soluciones para lograr este objetivo, “know how” que a su vez es propiedad de grandes transnacionales de la maquinaria en general tanto civil como militar. Las cuales hacen un buen uso de reservarse el derecho de publicar solo lo que les interesa promover por alguna razón muy específica, lo cual es realmente poco..

(25) 3. Los problemas que puede provocar la cosecha mecanizada de la caña de. azúcar en condiciones de elevada humedad sobre el suelo y la cepa, están relacionados con: la compactación, la deformación del perfil del cantero y los daños mecánicos a la cepa. Estos problemas se pueden atenuar si se manejan correctamente, se exige de una disciplina tecnológica especial y la utilización de equipos adecuados. Ya en estos momentos se puede abordar, teniendo en cuenta las particularidades de Cuba, las cosas que no se conocen para modificar las máquinas que intervienen en la cosecha de la caña de azúcar y poder trabajar en suelos cubanos de mal drenaje con alta humedad, tareas estas que se precisaran a continuación. 1.5- Precisión del objetivo y las tareas de investigación. Del análisis del epígrafe 1.1 se pone de manifiesto que existen dos elementos esenciales en cualquier tecnología para cosechar caña de azúcar en condiciones de alta humedad, la cosechadora y el transporte. Ambos aspectos están íntimamente ligados como elementos de un mismo complejo de máquinas que trabajará en igualdad de condiciones, muchas de los aspectos teóricos y prácticos en la solución del problema son comunes para ambos y de hecho en las investigaciones en Cuba se llevan a la par. Pero también ocurre que cada uno de ellos tiene sus particularidades, grado de complejidad y terminación en las investigaciones, requiriendo sus propias soluciones teóricas y experimentales, mereciendo ser tratadas por separados en informes de tesis doctoral, como se mencionó anteriormente. Este trabajo tiene como objetivo, investigar los aspectos que determinan la utilización del sistema de rodaje por semiesteras en cosechadoras cañeras cubanas con vistas a poder trabajar en condiciones de alta humedad en suelos de mal drenaje, situación típica del 37 % del área cañera del país. Teniendo en cuenta el objetivo propuesto y los resultados a esperar, se cumplimentarán las siguientes tareas de investigación: 1. Determinación de propiedades físico-mecánicas de los suelos oscuros plásticos gleysosos o hidromórficos del norte de Villa Clara, relacionadas con la traficabilidad y la compactación, en las condiciones de trabajo en alta humedad. 2. Investigación de la traficabilidad y la explotación de cosechadoras con semiesteras trabajando en las condiciones de alta humedad del norte de Villa Clara..

(26) 3. Fundamentación de los principales parámetros de diseño del sistema de rodaje por semiesteras u esteras y sus incidencias sobre el resto de las partes de la cosechadora cubana. 4. Determinar los efectos que sobre estos suelos produce la cosecha mecanizada en alta humedad. 5. Estudiar la viabilidad económica de introducir un nuevo complejo de máquinas para las condiciones de alta humedad.. En la figura 1.9 se observa el algoritmo de ejecución de las tareas que el autor se plantea desarrollar en la presente tesis..

(27) a)-. e)-. f)b)-. c)-. g)-. h)-. d)Figura 1.1, Vistas de equipos para la cosecha cañera en los EUA y el trabajo en alta humedad: a,b- Cargadores continuos, c,d- Alzadoras, e,fCosechadoras integrales CAMECO CHT-2000 y CHT-2500, g-.

(28) Cosechadora integral TIGER, h- Cosechadora integral CLAASGLADIATOR II.. a)f)-. b)-. c)-. d)-. Figura 1.2, Vistas del transporte cañero en los EUA.: a, b, c, d- Carga de diferentes tipos de transportes intermedios, f- Descarga de los transportes intermedios en rastras de alta capacidad de carga..

(29) a)-. b)-. c)-.

(30) Figura 1.3, Vistas de las máquinas que realizan la cosecha cañera en Australia, las cosechadoras autopropulsadas AUSTOFT 7000, AUSTOFT 7500 y AUSTOFT 7700..

(31) FigurFigura 1.5, Soluciones técnicas utilizadas para mejorar la traficabilidad de los vehículos para trabajar en terrenos blandos. Figura 1.4, Equipamiento desarrollado por la AUSTOFT para la mecanización de la cosecha y el transporte cañero para condiciones normales y de alta humedad.. VIAS PARA MEJORAR LA TRAFICABILIDAD DEL VEHICULO. Mejora de la flotabilidad o reducción de presión sobre el suelo. Con el uso de: orugas, semiorugas, neumáticos anchos y extraanchos, neumáticos de baja presión, neumáticos por parejas puentes múltiples, reducción y redistribución del peso sobre el rodaje.. Reducción de la resistencia al movimiento o rodamiento Con el uso de: mayores radios de rodadura, reducción de peso sobre todo en puentes no motrices, menor ancho del área de contacto con el suelo, puentes con el mismo ancho de vías, incremento de la flotabilidad, neumáticos y orugas autolimpiables, regulación desde la marcha de la presión de inflado, orugas más largas que anchas para buscar una misma área de apoyo, distribución uniforme de las cargas sobre la oruga.. Aumento de la adherencia Con el uso de: neumáticos anchos y extraanchos, garras o tacones altos, mayor número de puentes motores, neumáticos motores por pareja, incremento del peso sobre ejes motores, ruedas de hierro suplementarias, cadenas antideslizantes, esteras y semiesteras.. Mejora de las cualidades dinámicas de tracción y maniobra. Con el uso de: motores más potentes, transmisiones hidromecánicas, cambios de marcha sin interrupción, mayor y más cantidad de relaciones de transmisión, bloqueo automático y forzado del diferencial, alta dirigibilidad..

(32) Mejora de los parámetros geométricos Con el uso de: despeje o luz sobre el suelo altos, iguales anchos de vías en todos los puentes, ancho de vías y despeje ajustables.. a) -. b) --. c)-.

(33) d) --. Figura 1.6, Ejemplo de soluciones técnicas utilizadas para mejorar la traficabilidad de los equipos agrícolas: a- Propulsión flotación, garras altas.. total, doble neumáticos de alta. b- Esteras de goma. c- Esteras de acero. d-. Semiesteras de acero.. Figura 1.7, Muestra de resultados de la cosecha en alta humedad en Australia con máquinas no apropiadas para ello..

(34) Figura 1.8, Muestra de huellas menos profundas durante la cosecha en alta humedad en Australia con máquinas apropiadas para ello.. Fundamentación del uso de rodajes por semiesteras en las cosechadoras cubanas de caña de azúcar para trabajar en suelos cubanos de mal drenaje 4 con condiciones de alta humedad.. Análisis del estado actual de los conocimientos sobre el tema. De la cosecha. Del transito de los vehículos sobre suelos blandos. De los efectos sobre el suelo del paso de las máquinas agrícolas. Precisión del objetivo y las tareas de la investigación. cañera en alta. Elaboración de modelos teóricos para la obtención de criterios de diseño. humedad. Determinación experimental de propiedades físicomecánicas de suelos oscuros plásticos. Investigación experimental de las cualidades de traficabilidad pasamiento y daños al suelo de las cosechadoras cañeras existentes en Cuba. Figura 1.9, Esquema lógico estructural de la investigación..

(35) CAPÍTULO II.

(36) FUNDAMENTACIÓN PARÁMETROS. QUE. TEÓRICA. DE. DETERMINAN. LOS EL. DISEÑO DEL RODAJE POR SEMIESTERAS EN COSECHADORAS CAÑERAS PARA TRABAJAR EN CONDICIONES DE ALTA HUMEDAD.. CAPÍTULO II FUNDAMENTACION TEÓRICA DE LOS PARÁMETROS QUE DETERMINAN EL DISEÑO DEL RODAJE POR SEMIESTERAS EN COSECHADORAS CAÑERAS PARA TRABAJAR EN CONDICIONES DE ALTA HUMEDAD.. 2.1- Acciones mutuas neumático - suelo. El paso de cualquier vehículo sobre el suelo supone acciones y reacciones en los planos normales y tangenciales con respecto a su superficie de apoyo, tal es el caso de las. cosechadoras cañeras usando neumáticos y semiesteras u esteras en su. sistema de rodajes. Para comprender lo que ocurre con las cosechadoras cañeras utilizando neumáticos, primeramente se debe analizar la dinámica de movimiento de estos rodajes, lo que se entiende mejor observando la figura 2.1, también en el anexo V la tabla V.a y la tabla V.b, lo que permite realizar las siguientes consideraciones:.

(37) . El uso de rodajes de mayor radio de rodadura ro conlleva a la reducción de la resistencia al movimiento.. . La carga Gr o Gd que existe sobre el eje, provoca en la superficie de contacto de la rueda con el terreno, una tensión normal  que es la causa del hundimiento Ph del neumático en el suelo blando. En la medida que ese hundimiento sea. mayor,. también lo será la capa se suelo a deformar durante la rodada y la resistencia a la rodadura Pfr o Pfd. . En la misma medida que el neumático sea menos rígido, para una misma carga sobre el eje, lo cual ocurre cuando son fabricados con menos capas en su constitución o reduciendo su presión de inflado, este se deformará más incrementando su área de apoyo Ap; pero a su vez reduciendo su radio de rodadura rr y aumentando los brazos ar o ad., por lo que esta vía para reducir las tensiones normales sobre el suelo  tiene resultados favorables solo hasta ciertos límites, más allá de ellos que el rodaje se hundirá menos, pero su resistencia al movimiento se incrementará hasta valores que pudieran ser indeseables.. . El ancho del neumático Br esta relación resulta favorable solo bajo ciertas condiciones donde un bajo hundimiento permite obtener también valores bajos de resistencia a la rodadura, comparando con neumáticos en las mismas condiciones pero más estrechos.. Observando en anexo V la tabla V.a y las figuras 2.2 y 2.3, se aprecia como todos los neumáticos que se explotan en estas zonas actualmente en cosechadoras y transportes cañeros de fabricación nacional, no garantizan para sus condiciones de explotación, los requerimientos para el trabajo en alta humedad, por tener insuficiente área de apoyo o recibir exceso de peso. Basta señalar que en ocasiones las cargas que reciben obligan a trabajar con presiones de inflado mucho mayores a las recomendadas [166] reduciendo aún más su superficie de apoyo y no permitiendo operar con presiones menores a 80 kPa, tal es el caso del neumático 21.3-24 del actual puente motor KTP. 2.2- Acciones mutuas estera - suelo. En la estera motriz, como en los neumáticos, se producen esfuerzos normales y tangenciales a la superficie del terreno; la diferencia va a estar en que el movimiento en este caso no se produce por efecto de la rodadura directa, sino que va tendiendo una.

(38) cadena en el camino con suficiente área de sustentación y se rueda sobre ella. Esto hace que en la práctica los rodajes por estera tengan una mejor capacidad de paso, pero resultan más pesados y. complejos en su construcción y explotación por lo que su uso se. fundamenta solo para condiciones especiales de trabajo. Analizando la dinámica de movimiento de una estera, ver la figura 2.4 y la tabla 2.2, cuando se avanza, además de vencer la resistencia externa Xdr provocada por deformar el suelo, hay que incluir las que surgen en los sectores internos de la cadena Xo, como consecuencia de la fricción en uniones articuladas, rodamientos, rodillos, etc. Existe otro aspecto importante, la distribución de las cargas sobre los sectores de apoyo de la estera. Las reacción normal Yr, resultante de la acción del peso Gr que se distribuye sobre los diferentes sectores de la estera en contacto con el suelo y la componente normal de la resistencia frontal de su deformación; Yr se encuentra un punto conocido como centro de presión, el cual se encuentra a la distancia Xp del centro del sector que apoya la estera, a su vez el centro de la estera se encuentra a la distancia ao del punto donde se hace la transferencia del peso de la máquina o punto de pivote. La relación. Xp Lap. se conoce como coeficiente de desplazamiento del centro de. presión, Cpd, según Chudakóv [51] debe ser menor a 1/6 ( 0.166), para que toda la superficie participe en la transmisión de presión al suelo, porque estas tensiones se transmiten al terreno por medio. de. sectores independientes que se agrupan. alrededor de cada rodillo de apoyo. El incremento de los sectores activos de apoyo en las esteras se consigue utilizando el mayor número de rodillos, el propio autor plantea que se consiguen resultados favorables cuando la relación entre la distancia entre rodillos trod y el paso del eslabón de la cadena lesc , es menor a los límites entre. t rod l esl. < 1.5...1.7, esto permite, entre otras cosas, reducir la resistencia al movimiento y la compactación del suelo. Este análisis demuestra que: . La dinámica de movimiento de las esteras y semiesteras es mucho más compleja que la de los neumáticos por la cantidad de elementos adicionales que se incluyen en su dinámica. Y su ventaja fundamental radica en tener un área de apoyo mucho.

(39) mayor que la del neumático que impide el hundimiento del rodaje en el terreno blando al provocar sobre este bajos valores de tensiones normales y tangenciales. . La resistencia al movimiento depende del hundimiento del rodaje en el suelo, el radio de rodadura de las ruedas tensoras y la resistencia de los sectores internos de la cadena. Por lo que en la práctica estos valores son mucho más altos que los neumáticos, salvo en casos particulares donde el neumático se hunde y la estera no.. . Una carga no uniformemente distribuida sobre los sectores de apoyo de la estera puede crear centros con alta concentración de tensiones que pueden modificar negativamente la resistencia al movimiento, la compactación del terreno y las cualidades de tracción o adherencia de la estera.. . Para lograr los mejores resultados en el movimiento de la estera se debe garantizar que su centro de presión esté lo más cerca posible del. centro. geométrico del sector de apoyo. 2.3-. Dinámica. de. movimiento. de. las. cosechadoras. cañeras. integrales. autopropulsadas. Para particularizar aún más en la dinámica de movimiento de una cosechadora cañera integral autopropulsada como las KTP, CLAAS, TOFT y CAMECO, etc., se debe hacer un balance de las fuerzas que intervienen en su movimiento. Analizando el caso general posible cuando se esta trabajando en un campo con una pendiente  y utilizan indistintamente rodajes por neumáticos, semiesteras y esteras, ver figura 2.5 a, b, c, sobre el plano longitudinal actúan las siguientes acciones y reacciones: 1)- El peso G: aplicado en el centro de gravedad de la cosechadora, la posición de este está fijada a la distancia a del puente motor y la altura Hg desde la superficie de apoyo de la rueda. Cuando la cosechadora trabaja en un lugar inclinado la resultante del peso tiene dos componentes, la vertical G cos  y la horizontal G sen . En las condiciones de trabajo de una de las particularidades del relieve es lo llano, por lo que estas se pueden despreciar. 2)- El momento motor, Mmot: es el par motor que la fuente energética transmite a los propulsores a través de la transmisión, para producir el avance del equipo..

(40) 3)- La fuerza de inercia, Pj: se encuentra aplicada en el centro de gravedad de la cosechadora, paralela a la superficie del camino y dirigida en sentido contrario a la dirección de la aceleración. Surge como consecuencia de la inercia de las masas en movimiento de avance a. velocidad irregular. Cuando la máquina avanza en. movimiento rectilíneo uniforme, la acción de esta fuerza se anula. 4)- La resistencia del aire, Pw: surge como consecuencia de la acción del aire sobre el vehículo en movimiento. En los equipos agrícolas esta fuerza es despreciable por su baja velocidad de desplazamiento. 5)- Reacción normal a la superficie del camino: Yr en las ruedas motrices y semiesteras y esteras, Yd en las ruedas conducidas. Surgen bajo la acción del peso de la cosechadora, de gran importancia para identificar la distribución de peso por puentes de la cosechadora. 6)- Reacciones perpendiculares a la superficie del camino: para las todas las cosechadoras, en el rodaje motor se encuentra la fuerza de impulsión Xr o Ptan que actúa en dirección de la marcha; en el caso de usar semiestera y estera en la superficie de apoyo con el suelo actúan: contraria a dirección del movimiento la reacción Xdr resultante de la interacción de la estera con el suelo y la resistencia propia de los sectores internos de la estera Xo. Cuando existen rodajes direccionales la reacción Xd actúa en sentido contrario al movimiento, aplicada a una distancia ad del centro del eje geométrico de las ruedas conducidas. En el caso de las cosechadoras cañeras, como la KTP y la LIBERTADORA-CLAAS, en las que la sección receptora se apoya mediante las ruedas copiadoras o patines sobre el suelo, la transferencia de peso es pequeña pues el sistema de amortiguación presente en el mecanismo hidráulico de elevación está regulado para que la carga sobre las ruedas o patines de apoyo este entre 1.0...1.2 kN [34],[155], [167] el resto del peso se mantiene sobre el puente motor, por lo que el efecto de estas ruedas en la dinámica de movimiento de la cosechadora puede ser despreciable en análisis menos precisos. Para el caso particular de las cosechadoras con neumáticos y semiesteras que se desplazan con velocidad uniforme la reacción normal Yd, se determina haciendo la ecuación de momento respecto al punto O2 y se obtiene:.  MO2 =0 Yd.(L-ad) -Yr.ar + G.sen .Hg +Pj.Hg- G.cos .a = 0. (2.20).

(41) Como: Yr.ar + Yd.ad = Mfr + Mfd = Mf. (2.21). Despejando sustituyendo 2.21 en 2.20 y despejando: Yd=. G. cos  (G. sen   Pj ). Hg  Mf L. (2.22). Para la marcha estable en terreno horizontal: Yd =. G. a  Mf L. (2.23). Y en condiciones estáticas: Ydest=. G. a L. (2.24). En rodajes por esteras Yd=0. La reacción Yr puede ser determinada mediante la ecuación de fuerzas que actúan en el plano longitudinal, perpendicular a la superficie del camino:.  Fy =0 Yd + Yr - G.cos  = 0. (2.25). Sustituyendo 2.22 en 2.25 se obtiene: Yr=. G.cos  ( L  a)  (G.sen   Pj ). Hg  Mf L. (2.26). Para la marcha en terreno horizontal y velocidad uniforme la ecuación 2.26 quedará: Yr =. G.( L  a )  Mf L. (2.27). En condiciones estáticas: Yrest =. G.( L  a ) L. (2.28). Para el caso particular de la cosechadora con esteras al ser Yd=0, y partiendo de la ecuación 2.25, la reacción se calcula como: Yr= G.cos  .. (2.29).

(42) La reacción Xr es resultante de las reacciones tangenciales que aparecen en el suelo bajo la acción del momento motor de la rueda. La cual se determina mediante la ecuación de fuerzas en el plano paralelo a la superficie del camino..  Fx =0 Xr - G.sen  - Xd = 0. (2.30). Xr = G.sen  + Xd. (2.31). Recordando que 2.7 establece, Xd =. Yd . a d = Pfd rd. Y la ecuación 2.9,: Xr = Ptan - Pfr Sustituyendo 2.31 y 2.7 en 2.9 se obtiene. la. fuerza tangencial real que deben. desarrollar los propulsores para vencer las que se oponen al movimiento. de la. cosechadora, Ptanr = G.sen  + Pfr + Pfd. (2.32). En el caso particular de la cosechadoras sobre esteras: Ptanr = G.sen  + Pfr. (2.33). Demostrando que si bien es cierto que desde el punto de vista técnico es más compleja la adaptación del sistema de rodajes por esteras a la cosechadora cañera, su dinámica general comparada con la semiestera es más sencilla, pues incluye un solo elemento sobre el que caen todas las cargas y no dos rodajes que difieren en cuanto a su capacidad portante y dinámica de movimiento, uno es motor y el otro de arrastre, creando una sobrecarga adicional al primero en la dirección del movimiento. Considerando Pf = Pfd + Pfr, la misma ecuación 2.32 quedaría entonces como: Ptanr = G.sen  + Pf La fuerza tangencial de tracción máxima Ptanmáx. (2.34) depende. en el. caso. de. las. cosechadoras autopropulsadas y de los vehículos en general, de la potencia del motor, la transmisión y el sistema de rodaje; la cual se calcula por la siguiente expresión:.

(43) Ptanmax=. Mmot Nimp. Iot. tr = nnom . rr rr. (2.35). Donde : Nimp, potencia transmitida a los propulsores; Iot, relación de transmisión total;. tr , eficiencia de la transmisión; nnom, frecuencia de rotación del motor; rr ó rm , radio de rodadura del neumático o radio primitivo de la rueda dentada motriz en el caso de que el rodaje sea por esteras. La ecuación que rige el balance de fuerzas que intervienen en el movimiento de la cosechadora seria entonces: Ptanmáx  Ptanr En realidad en esos casos es imposible transmitir al suelo todo el esfuerzo tangencial; por lo que el esfuerzo real depende de las condiciones de adherencia, lo cual ha sido expresado con anterioridad. La ecuación general de movimiento de la cosechadora quedará entonces: Ptanr  .Gd  Pf + G.sen . (2.36). 2.4- El vehículo y el suelo interacciones mutuas. Los equipos automotores que se desplazan sobre el suelo mediante esteras o ruedas tienen como principio de funcionamiento avanzar venciendo las fuerzas que se oponen a su movimiento, en estas son: la resistencia al rodamiento, la pendiente del terreno, las fuerzas de inercia de las masas en movimiento, la resistencia del aire y la resistencia del implemento o remolque para su tracción. En el caso de las cosechadoras cañeras autopropulsadas de todas las resistencias mencionadas la relacionada con la rodadura define su movilidad especialmente en condiciones de alta humedad y merece una análisis por separado. La resistencia. a la. rodadura, surge. como. resultado. del trabajo de vencer las. deformaciones surgidas de la acciones mutuas del neumático y el suelo o solo este último en el caso de las esteras o ruedas metálicas. En el caso de las esteras se le adiciona la resistencias que surgen en los sectores internos de la cadena y los rodillos de apoyo. Depende de múltiples factores, Zombori [173], Maksapetián [111] y Chudakóv [51] señalan.

(44) como los principales: la composición, tipo de suelo y su contenido de humedad; el cultivo y su estado; las dimensiones del rodaje: ancho, radio, longitud de apoyo; la carga sobre el rodaje, las características constructivas del neumático u estera y la presión de inflado del neumático. Existen varios modelos matemáticos para determinar. la resistencia a la rodadura, la. inmensa mayoría parten de la siguiente ecuación: Pf = ƒ.G.cos . (2.37). Donde: ƒ, es el coeficiente de resistencia al movimiento por rodadura;. , pendiente del terreno. El problema es precisar ƒ, valor que se determina preferiblemente de forma experimental para las condiciones concretas de la investigación, también existen modelos matemáticos para determinarlo con el inconveniente de que se ajustan solo a condiciones muy concretas y en ocasiones se precisa de sofisticados equipos de medición; para rodajes por neumáticos, por ejemplo, son citados varios de ellos por Pilar Linares [108],[109], Castillo [28] y Srivastava [158]. Para rodajes por estera Maksapetian 111 y Zombori 173 demuestran por distintas vías que dicho coeficiente se puede determinar como:. ƒ. Gr 2.Cv.Br.Lap². (2.38). Donde: Cv, Coeficiente volumétrico de resistencia a la compresión del suelo, que se determina experimentalmente, ver figura 3.1; Lap, longitud del sector que apoya la estera en el suelo. En la figura 2.6, aparece graficado el comportamiento de f , según la ecuación 2.38 para una semiestera que apoya 1.2 m de cadena en el suelo, se puede observar como crece: linealmente con la tensión normal en la huella, y de forma no lineal con la resistencia del suelo, alcanzando valores tan altos cuando esta sobrehumedecido que compromete el tránsito sobre los mismos por el enorme esfuerzo tangencial que tiene que ejercer el rodaje sobre un suelo que no siempre es capaz de resistirlo como se vera más adelante. En este caso para considerar la resistencia a de los sectores internos de la cadena, el coeficiente f se debe incrementar entre 25...30 %, según Maksapetían [111]..