Tipos de cosechadoras de manzanas y sus requisitos de tracción
La cosecha mecánica de manzanas ha evolucionado desde simples sacudidores de tronco hasta sofisticadas máquinas que pasan por encima de la hilera. Cada tipo de cosechadora impone diferentes exigencias a la caja de cambios planetaria de tracción a las ruedaspero todos comparten el requisito fundamental: desplazamiento terrestre ultrarrápido y de extrema precisión a través de estrechas hileras de frutales en terrenos variables.
El tipo dominante para manzanas de grado de procesamiento. Un vibrador de tronco o rama hace vibrar el árbol a 5 a 20 Hz, desprendiendo la fruta sobre un marco de recolección o cinta transportadora que rodea el tronco. La máquina avanza de árbol en árbol a 0,5 a 2,0 km/h, deteniéndose de 3 a 8 segundos por árbol para el ciclo de vibración. El accionamiento de las ruedas debe proporcionar un posicionamiento preciso de arranque y parada para alinear el cabezal vibrador con cada tronco, generalmente dentro de ±50 mm de la posición objetivo. Cualquier sobrepaso o subpaso requiere que el operador retroceda y vuelva a acercarse, perdiendo de 5 a 10 segundos por árbol y reduciendo el rendimiento diario en 10 a 15%.
Máquinas de tipo horquilla que se desplazan sobre toda la hilera de árboles, cosechando continuamente mientras se mueven. Varillas vibratorias internas, sopladores de aire o dedos giratorios desprenden la fruta y la depositan en cintas transportadoras integradas. La máquina debe mantener una velocidad constante de 1,5 a 3,0 km/h, ya que el mecanismo de cosecha está calibrado para una velocidad de desplazamiento específica. Si la velocidad de las ruedas varía en más de ±51 TP3T, la eficiencia de la cosecha disminuye: si va demasiado rápido, el mecanismo no recoge la fruta; si va demasiado lento, daña las ramas por la sobreexposición a la energía de la vibración.
Plataformas autopropulsadas que transportan de 8 a 16 trabajadores para la recolección manual de manzanas frescas. La máquina se desplaza continuamente a una velocidad de 0,3 a 1,0 km/h, ajustada al ritmo de recolección de los trabajadores. El sistema de tracción debe proporcionar una velocidad infinitamente variable, sin tirones ni pulsaciones perceptibles, ya que los trabajadores se encuentran sobre una plataforma elevada (de 1,5 a 3 metros de altura) y cualquier movimiento brusco supone un riesgo de caída. Las normas de seguridad laboral en las principales regiones productoras de manzanas exigen que el movimiento de la plataforma sea lo suficientemente suave como para que un trabajador de pie no necesite sujetarse a la estructura para mantener el equilibrio.
Los tres tipos comparten un desafío común en la ingeniería de la tracción: el rango de velocidad de avance requerido (de 0,3 a 3,0 km/h durante la cosecha, más de 10 a 20 km/h durante el transporte por carretera/campo) abarca una relación de velocidad de 7:1 a 67:1. Las velocidades de cosecha se encuentran en el rango donde la eficiencia del motor hidráulico disminuye drásticamente (por debajo de 5% de velocidad máxima, la mayoría de los motores hidráulicos presentan pulsaciones de par), lo que hace que la relación de reducción de la caja de engranajes planetarios y la calidad de los engranajes sean fundamentales para lograr un funcionamiento suave y sin pulsaciones a baja velocidad.
Terreno de huerto: por qué las ruedas de las cosechadoras de manzanas se enfrentan a condiciones que las máquinas para cultivos extensivos nunca encuentran.
Una cosechadora opera en campos de cereales abiertos y relativamente llanos. Una cosechadora de manzanas opera en hileras estrechas de huertos —de 3 a 5 metros de ancho entre los troncos de los árboles— en terrenos frecuentemente inclinados, siempre irregulares y a menudo húmedos por el riego. La tracción debe soportar estas condiciones a velocidades de cosecha ultrabajas, donde el control de la tracción es más difícil.
| Factor de terreno | Campo de cereales | Huerto de manzanos | Generar impacto |
|---|---|---|---|
| Ancho de fila | Campo abierto | 3–5 m | Se requiere un giro cerrado |
| Pendiente | 0–5% | 5–30% | Freno de retención en pendiente |
| Humedad del suelo | Estacional | Riego = húmedo | Tracción a baja velocidad |
| Zona radicular | Sin restricciones | Bajo la bóveda de los árboles | Se necesita baja presión sobre el suelo |
Los huertos en laderas presentan el entorno más exigente para la tracción a las ruedas. Muchas regiones productoras de manzanas de alta calidad (estado de Washington, Tirol del Sur, Otago Central, Shimano) aprovechan el terreno de laderas por su excelente drenaje, ventilación y exposición al sol, factores clave para obtener fruta de alta calidad. Son comunes las pendientes de 10 a 30° (de 6 a 17°), lo suficientemente pronunciadas como para que la máquina deba subir con carga manteniendo una velocidad de cosecha precisa.
En una pendiente de 15% con una cosechadora de manzanas de 12 toneladas, el componente gravitacional requiere aproximadamente 17,6 kN de fuerza de tracción continua, antes de añadir la resistencia a la rodadura. Si la tracción de las ruedas no puede proporcionar esta fuerza a 0,5 km/h sin pulsaciones de velocidad, la máquina da tirones y titubea en la pendiente, desalineando el cabezal vibrador con los troncos de los árboles y dañando la fruta debido a vibraciones erráticas. caja de cambios planetaria de tracción a las ruedas Debe proporcionar un par motor suave y continuo a la velocidad de funcionamiento más baja en la pendiente más pronunciada del huerto, la combinación más exigente de cualquier aplicación de tracción a las ruedas en la agricultura.
Uso y almacenamiento estacional: el desafío de ingeniería oculto
Una cosechadora de manzanas funciona entre 10 y 42 días al año, el periodo de cosecha de las variedades de manzana que se cultivan en la finca. Durante los 323 a 355 días restantes, la máquina permanece almacenada. Este patrón de uso estacional tan marcado plantea desafíos de ingeniería que ninguna máquina diseñada para funcionar todo el año puede enfrentar.
Durante el período de almacenamiento, la transmisión de la rueda experimenta: (1) ciclos de condensación: las variaciones de temperatura entre el día y la noche hacen que la humedad se condense dentro de la carcasa de la caja de cambios, acumulándose en las superficies de los engranajes y los cojinetes; (2) relajación del sello: los sellos labiales que evitan las fugas de aceite y la entrada de contaminantes se comprimen contra el eje en la misma posición durante 8 a 10 meses, desarrollando una deformación permanente que reduce la eficacia del sellado al comienzo de la siguiente temporada; y (3) corrosión estática: la humedad de la condensación se combina con los productos de degradación del aceite para formar un ambiente ligeramente ácido que corroe las pistas de rodadura de los cojinetes y las superficies de los dientes de los engranajes en las posiciones de contacto donde estaban estacionados.
La corrosión más dañina es la corrosión por inactividad de los rodamientos (también conocida como falsa brinellización). Las bolas o rodillos de los rodamientos permanecen en una posición fija durante meses, y la humedad de condensación ataca la superficie de la pista de rodadura en la zona de contacto de carga. Cuando la máquina inicia la siguiente temporada de cosecha, las zonas de contacto corroídas actúan como puntos de concentración de tensiones que provocan el desprendimiento de material durante las primeras horas de funcionamiento. Un sistema de transmisión que funcionó a la perfección durante toda la temporada de cosecha anterior puede fallar en la primera semana de la nueva temporada, no por daños durante el funcionamiento, sino por haber permanecido inactivo durante 10 meses.
Protocolos de prealmacenamiento y pretemporada: Antes de almacenarlas, las ruedas motrices deben funcionar de 15 a 20 minutos a temperatura de funcionamiento para evaporar la humedad interna, y luego rellenarse con aceite nuevo que contenga aditivos inhibidores de corrosión. Antes de la siguiente temporada de cosecha, gire cada rueda manualmente al menos 3 vueltas completas para redistribuir la película de aceite en las pistas de rodadura de los cojinetes y romper cualquier enlace de corrosión estática. Compruebe si el aceite está contaminado con agua (aspecto lechoso) y reemplácelo si lo está. Estos dos procedimientos, que toman menos de 30 minutos por máquina, pueden extender la vida útil efectiva de la transmisión de las ruedas entre 30 y 50% en comparación con las máquinas que simplemente se estacionan y se olvidan entre temporadas.
Suavidad del par motor a baja velocidad: por qué la calidad de los engranajes determina la calidad de la fruta.
A velocidades de cosecha de 0,5 a 3,0 km/h, el eje de salida de la transmisión gira aproximadamente de 2 a 12 rpm (dependiendo del diámetro del neumático y la relación de transmisión). A estas velocidades, cada engranaje se percibe como un pulso de par discreto, y la suma de estos pulsos produce una variación periódica de la velocidad denominada efecto de engranaje. En una transmisión con engranajes DIN Clase 8 (calidad industrial estándar), la amplitud del efecto de engranaje a 5 rpm puede alcanzar de 3 a 5% de la velocidad media, produciendo un patrón rítmico de aceleración y desaceleración que se observa en la huella del terreno como una variación de velocidad sinusoidal.
En las cosechadoras de sacudida y recogida, esta variación de velocidad desplaza la alineación de la posición de cada árbol entre 30 y 80 mm, lo suficiente como para desalinear el cabezal de la sacudida y requerir la corrección del operario. En las cosechadoras continuas sobre la hilera, la variación de velocidad provoca que el mecanismo de cosecha sacuda demasiado algunos árboles (demasiado lento, dañando las ramas) y que sacuda insuficientemente otros (demasiado rápido, dejando fruta sin recoger). En las cosechadoras de plataforma, la variación de velocidad produce un movimiento brusco y rítmico que fatiga a los trabajadores e incumple los requisitos de suavidad de movimiento de la plataforma.
Los engranajes de clase DIN 6 reducen la amplitud de la vibración a entre 0,5 y 1,51 TP3T, por debajo del umbral en el que la variación de velocidad es perceptible para el operario o medible en la calidad de la fruta. Por lo tanto, la especificación de calidad de los engranajes para los sistemas de transmisión de las ruedas de las cosechadoras de manzanas se establece en función de los requisitos de calidad de la fruta y seguridad del trabajador, no de los requisitos de resistencia mecánica o durabilidad; una situación inusual en la que el acabado superficial del engranaje es el parámetro de especificación principal y la resistencia del engranaje es secundaria.
La relación de la caja de engranajes planetarios también afecta la suavidad a baja velocidad. Una relación más alta significa que el motor gira más rápido para la misma velocidad de la rueda, lo que aleja el punto de operación del motor de su zona de ondulación a baja velocidad. Una relación de 100:1 con un motor a 300 rpm produce una salida de rueda más suave que una relación de 50:1 con un motor a 150 rpm, aunque la velocidad de avance sea idéntica, porque la ondulación del par del motor se divide por la mayor relación de engranajes y la inercia de los componentes del motor que giran más rápido actúa como un volante mecánico que amortigua la pulsación por revolución.
Tres modos de fallo específicos de los sistemas de transmisión de las ruedas de las cosechadoras de manzanas
Durante 8 a 10 meses de almacenamiento, la humedad por condensación se acumula en las pistas de rodadura de los rodamientos en las zonas de contacto estático. Esta humedad se combina con los productos de degradación del aceite para formar un entorno ligeramente corrosivo que provoca picaduras en la superficie endurecida de la pista de rodadura. Cuando la máquina se reinicia para la siguiente temporada, estas picaduras de corrosión actúan como concentraciones de tensión por fatiga, lo que inicia el desprendimiento de material en las primeras 20 a 100 horas de funcionamiento. La falla se manifiesta como un ruido y vibración repentinos en los rodamientos al comienzo de la temporada de cosecha, a menudo atribuidos a la "mala suerte" más que a las condiciones de almacenamiento que la causaron.
Durante la cosecha, las manzanas caídas se aplastan bajo las ruedas de la máquina, liberando jugo de manzana con ácido málico (pH de 3,0 a 3,5). Este jugo ácido salpica la carcasa de la transmisión, los sellos del eje y el respiradero, y puede penetrar a través de sellos desgastados o tapones de drenaje mal apretados. Dentro de la caja de engranajes, el ácido ataca los aditivos del aceite y acelera la corrosión de las superficies de acero de los engranajes y cojinetes. El daño no es inmediato, sino que se desarrolla durante el período de almacenamiento, ya que el ácido continúa reaccionando con las superficies de acero en ausencia de la circulación de aceite protectora que proporcionarían las condiciones de funcionamiento. Las máquinas que cosechan manzanas caídas (manzanas que ya están en el suelo) están particularmente expuestas porque las ruedas pasan directamente a través de capas de residuos de fruta ácida en fermentación.
La velocidad de cosecha ultrabaja (de 0,5 a 3,0 km/h) se logra mediante una combinación del desplazamiento del motor hidráulico y la relación de reducción de la caja de engranajes planetarios. A medida que el motor hidráulico se desgasta (aumentando las holguras internas), la eficiencia volumétrica disminuye y la pulsación de velocidad (ondulación) aumenta a baja velocidad de salida. Un motor nuevo puede ofrecer una salida suave a 2 rpm; después de 3000 a 5000 horas de funcionamiento acumulado, el mismo motor produce un efecto de engranaje perceptible a la misma velocidad debido a que la fuga interna varía con la posición angular. El operador lo percibe como "la máquina empezó a dar tirones" y la respuesta habitual es aumentar el flujo hidráulico (compensando con una mayor velocidad), lo que reduce la calidad de la cosecha.
Caja de cambios planetaria de tracción a las ruedas para cosechadoras de manzanas: preguntas frecuentes
La empresa coreana Ever-Power ofrece reductores planetarios para la transmisión de las ruedas de las cosechadoras de manzanas, con pares de torsión de 3.000 a 25.000 Nm, que ofrecen una suavidad de funcionamiento a velocidad ultrabaja, frenado en pendientes y durabilidad para el almacenamiento estacional.
Editor: Cxm
