Avances y nuevas aplicaciones de la tecnología de vibradores de troncos para la recolección mecanizada

Abstract

Esta tesis doctoral aborda 4 estudios para avanzar en la mejora de la tecnología de vibradores de tronco. 1) Se ha implementado una metodología para desarrollar un modelo computacional de un vibrador de troncos operando en un banco de ensayos, analizando respuestas dinámicas frente a las registradas en el mismo modelo replicado experimentalmente. De esta manera se evitan costos de fabricación de prototipos. En ambos casos, se observó una respuesta lineal a la variación de masa en el banco de ensayos y frecuencia del vibrador en la aceleración. Hubo una alta correlación en las aceleraciones efectivas (error < 4%) entre los estudios experimentales y computacionales medidos en el vibrador de tronco. Sin embargo, hubo errores más elevados cuando se analizó la respuesta dinámica en puntos del banco de ensayos. 2) Se ha desarrollado un prototipo de vibrador configurable en amplitud y frecuencia que permite generar un amplio abanico vibraciones dado que cada árbol frutal requiere un patrón de vibración diferente para derribar el fruto. Se caracterizó su funcionamiento en un banco de ensayos donde se colocaron ramas de almendro, olivo y naranjo. Se aplicaron diferentes configuraciones de vibración y la respuesta dinámica de las ramas fue analizada. La transmisión de la vibración en cada una de las ramas osciló entre el 82 % (almendro), 104% (olivar) y 136 % (naranjo). 3) Se estudió el efecto de la inclinación de ramas del olivo cuando se aplica vibración con un vibrador de troncos. Dado que las propiedades biomecánicas del olivo influyen en el proceso de desprendimiento, siendo la geometría y la morfología del árbol factores clave. El mayor valor de aceleración se produjo en las ramas con inclinación de 30 a 60 grados, rango en el que también se produjo la mayor transmisibilidad de aceleración y ratio de energía cinética. Los resultados sugieren tipos de poda para optimizar la recolección mediante vibradores de tronco 4) Se ha desarrollado un prototipo de vibrador de tronco compacto para colocarlo en una nueva cosechadora cabalgante que además incorpora dos sistemas de sacudidores de copa que trabajan de forma simultánea. Se estudiaron diferentes combinaciones de vibración en ambos sistemas. La configuración del vibrador de tronco a 21,4 Hz y de los sacudidores de copa a 3,6 Hz reportó eficiencias de derribo superiores al 85%, presentándose como una nueva alternativa en la recolección de olivar de intensivo.

This doctoral thesis covers 4 studies to advance the improvement of trunk shaker techno-logy. 1) A methodology has been implemented to develop a computational model of a trunk shaker operating on a test bench, analysing dynamic responses against those re-corded in the same model replicated experimentally. In this way, prototype manufacturing costs are avoided. In both cas s, a linear response to the variation of mass on the test bench and shaker frequency in acceleration was observed. There was a high correlation in the effective accelerations (error < 4%) between the experimental and computational studies measured on the trunk shaker. However, there were higher errors when analysing the dynamic response at points on the test rig. 2) a prototype shaker has been developed that can be configured in amplitude and frequency to generate a wide range of vibrations, given that each fruit tree requires a different vibration pattern to knock down the fruit. Its operation was characterised on a test bench where branches of almond, olive and Orange trees were placed. Different vibration settings were applied, and the dynamic response of the branches was analysed. The vibration transmission in each of the branches ranged between 82% (almond tree), 104% (olive tree) and 136% (orange tree). 3) The effect of olive tree branch inclination when vibration is applied with a trunk shaker was studied. Since the biomechanical properties of the olive tree influence the detachment process, the geometry and morphology of the tree being key factors in these biomechanics. The highest acceleration value occurred in branches with an inclination of 30 to 60 degrees, a range in which the highest acceleration transmissibility and kinetic energy ratio also occurred. The results suggest types of pruning to optimise harvesting using trunk shakers 4) a proto-type of a compact trunk shaker has been developed for fitting to a new riding harvester which also incorporates two simultaneously operating canopy shaker systems. Different combinations of vibration on both systems were studied. The configuration of the trunk shaker at 21.4 Hz and the canopy shakers at 3.6 Hz reported top removal efficiencies of over 85%, presenting itself as a new alternative in intensive olive harvesting.