DESCRIPCIÓN
DISPOSITIVO DE VIBRACIÓN EN CONTINUO Y MÉTODO PARA LA RECOGIDA DE LOS FRUTOS DE ÁRBOLES Y ARBUSTOS
Sector de la técnica
El sector en el que se encuadra la invención es el de la agricultura, en la cosecha y recolección de frutos de los árboles o arbustos. Más concretamente en el de dispositivos para sacudir árboles o arbustos, o de capturar los frutos que se derriban con estos dispositivos.
La invención tiene por objeto un accesorio de recogida en continuo de frutos en árboles y arbustos a partir de una vibración de alta frecuencia en su tronco.
La invención se ha de instalar en una estructura o máquina capaz de moverse a horcajadas sobre los árboles, como por ejemplo la máquina polivalente para el cultivo de árboles descrita en el documento ES1265465U del mismo solicitante; de forma que mientras la máquina que porta este dispositivo avanza de forma continua, dejando los árboles debajo de ella, el dispositivo de vibración someterá al tronco de los árboles a una oscilación con una frecuencia y amplitud de onda determinadas que hará que los frutos maduros caigan a unas bandejas o cintas de recogida, todo ello en continuo, es decir sin detener el avance de la máquina.
Estado de la técnica
Habitualmente, la recolección del fruto de los árboles y arbustos se realiza de forma muy manual, empleando técnicas muy antiguas. En los cultivos intensivos de aceitunas, almendras, pistachos o cítricos, se extienden mantos por el suelo o se disponen una especie de paraguas invertido debajo de los árboles y se vibran con vareadores mecánicos o con dispositivos de vibración de tipo pinza. Los tractores agrícolas existentes que portan en un brazo desplegable la pinza vibradora están pensados para el trabajo de los cultivos en árbol de manera lateral, es decir, los tractores se mueven en paralelo a la línea que forman los árboles y en consecuencia la pinza vibradora agarra el árbol lateralmente.
El proceso de recolección de los frutos del árbol en la técnica actual conlleva desplegar bajo cada uno de los árboles el paraguas o el manto y posteriormente disponer la pinza vibradora
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frente al tronco, avanzando para ello el tractor o vehículo que la porta hasta su altura, abocar la pinza al árbol, fijarla en él y realizar la vibración para que los frutos vayan cayendo en las lonas o en el paraguas de recogida. Después se debe soltar el árbol de la pinza, retraerla, avanzar el tractor, retirar el manto o paraguas con los frutos caídos y volver a disponerlo en árbol siguiente, motivo por el cual estos métodos de recogida son poco eficientes y han motivado la existencia de algunos otros intentos para conseguir realizar la recolección en continuo, es decir, sin que la máquina vibradora se detenga mientras no se termine la fila de árboles a recolectar. Entre estos desarrollos destacamos los siguientes:
El documento US4208861 en el que se describe un agitador mecánico que actúa sobre una hilera para la cosecha continua de cultivos hortícolas que presenta dos barras estabilizadoras oscilantes que vibran los cultivos a medida que avanza.
El documento FR2281056A1 donde se describe una máquina articulada sobre un vehículo autopropulsado a horcajadas mediante soportes equidistantes del bastidor del vehículo. La parte de recolección de la máquina consta de un travesano horizontal y dos brazos verticales, cada uno de los cuales lleva en la parte inferior un conjunto de correas que juntos forman grandes mordazas. Las correas de contacto corren sobre rodillos y son accionadas por motores hidráulicos en sentido opuesto a aquel en el que se mueve la máquina y a una velocidad relacionada con la velocidad del tractor, de forma que a medida que la máquina avanza a caballo entre las hileras de árboles frutales, las correas transmiten la vibración a la planta, sacudiendo la fruta del árbol.
El documento ES2630833, que describe una máquina recolectora de frutos constituida por dos pórticos en “U” invertida, que al plegarse forman una “M”, que interiormente disponen de sendos bastidores longitudinales, situados a ambos lados del árbol cuando la máquina discurre a horcajadas sobre el mismo. En uno de los laterales dispone de una pinza vibradora que después de agarrar el árbol se desplaza a lo largo de unas guías longitudinales, realizando un recorrido predeterminado en sentido contrario al movimiento de la maquina, de modo que este desplazamiento se produce en sincronía con la maquina, a fin de que el vibrador se mantenga en posición estática en relación con el árbol al que se aplica durante un periodo de tiempo establecido por un dispositivo temporizador asociado a dicho vibrador. Esta máquina consigue una productividad de unos 5 arbustos/minuto, por ejemplo cuando cosecha almendros, lo cual ya ha supuesto un avance significativo; no obstante, aún está aún muy lejos de alcanzar la productividad que demandan las grandes extensiones de terreno de almendros, pistachos, olivos, etc...
Otro de los problemas que se ha observado en las máquinas antes citadas es que la pinza vibradora está situada a una altura concreta y, en todos los casos, se trata de una pinza convencional, en cuanto a que sus mordazas se abren al unísono, separándose del eje central de forma uniforme, y el motor que propicia la vibración se sitúa fijado encima de la pinza. Esto plantea dos problemas: Por un lado cuando los arbustos están plantados en caballones, como la máquina discurre por las calles laterales a un nivel inferior, la pinza o no puede abocar el tronco del árbol o lo hace a un nivel tan bajo que no es conveniente vibrarlo a esta altura por la posible afectación a sus raíces. Sin embargo, cuando se trata de arbustos que tienen una ramificación muy baja, la pinza lo agarra por encima del nudo, lo cual tampoco es conveniente para el árbol, ni para lograr la caída efectiva de los frutos. El segundo problema es que el motor vibrador suele topar contra las ramas de los arbustos (almendros o pistachos), dada su posición por encima de la pinza vibradora, impidiendo en algunos casos agarrar el árbol o hacerlo de forma efectiva...
Por otro lado, a máquina descrita en el documento ES2630833 dispone por debajo de su única pinza vibradora, de unas bandas que conforman una bandeja o cinta recolectora de los frutos caídos del árbol por vibración. Por tanto, dichos frutos caen encima de la pinza de vibración y de todo su mecanismo, con lo cual una parte se rompen, mientras que otros contribuyen a atascar este mecanismo en cierta medida.
Explicación de la invención
Basándose en la técnica anterior, y con el fin de alcanzar los objetivos propuestos, mencionados en los apartados anteriores, la invención propone un dispositivo de vibración en continuo para la recogida de frutos de árboles y arbustos, que tiene las características de la reivindicación 1 .
El dispositivo de vibración en continuo para recogida de frutos objeto de la invención presenta la especial característica de que comprende dos bastidores que se montan en paralelo a ambos lados de la línea de árboles o arbustos a cosechar, en una máquina o apero capaz de moverse a horcajadas por encima de dicha línea de árboles o arbustos. Dichos bastidores se colocan enfrentados entre sí de forma que ambos pueden trabajar al unísono sobre la misma línea de cultivo y vibrando cada uno de ellos árboles alternativos, de forma que, cuando menos, se duplica la productividad de cualquier máquina anterior existente en el estado de la técnica.
Para poder realizar la vibración de los árboles cada uno de dichos bastidores comprenden: al menos una guía longitudinal por la que se desplazan unos patines de traslación de un carro que porta una pinza de vibración, que realiza sucesivas pasadas desde la zona situada más avanzada, en relación con la máquina o apero en el que se instala este dispositivo, donde espera el próximo árbol a vibrar, lo agarra cuando llega a su altura gracias al avance de la máquina, lo vibra y antes de que el árbol abandone el espacio entre las guías longitudinales de ambos bastidores, lo suelta y regresa a la posición más avanzada para vibrar el árbol siguiente, que no es el consecutivo del que acaba de vibrar, puesto que la pinza de vibración del bastidor colocado en frente ya se encargó de realizar esta tarea y por tanto ambas pinzas se van alternando en la vibración para lo cual sus movimientos no están acompasados.
Para conseguir el movimiento longitudinal de cada pinza se ha previsto un carro, que se desplaza por una guía longitudinal alternativamente desde una posición avanzada en relación al movimiento de la máquina o apero en el que se monta este dispositivo, a otra más retrasada. Por su parte cada pinza de vibración fijada en el correspondiente carro comprende un motor de accionamiento en vibración y unos medios de apertura y cierre de dos mordazas de forma totalmente independiente entre sí, de forma que es posible por ejemplo que la mordaza más retrasada con respecto al sentido de avance de la máquina se cierre primero esperando a que el árbol a vibrar choque con ella, antes de cerrarse la segunda mordaza más avanzada, o de abrirse ambas mientras el carro regresa a la posición avanzada de la guía lineal sobre la que se desplaza.
Otra de las características de la invención es que cada uno de los carros dispone de su propio motor de accionamiento para su desplazamiento a lo largo de la guía longitudinal; de forma que el motor solo opera para hacer avanzar el carro a la posición más avanzada hasta que la pinza agarre el árbol que ha de vibrar, siendo este, conjuntamente con el movimiento de la máquina el que haga retroceder el carro de forma totalmente libre para evitar cualquier tensión en el dispositivo o en el árbol.
Para que se haya hecho posible el funcionamiento simultáneo de dos pinzas de vibración, agarrando o incluso vibrando en un momento dado dos árboles consecutivos, ha sido necesario desarrollar pinzas sustancialmente diferentes a las convencionales que se abren por su eje de forma simultánea hasta formar un ángulo aproximado de 90°. Las pinzas de la invención presentan dos mordazas que están accionadas por sendos cilindros y articuladas
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en la estructura de la pinza de forma que ambas mordazas se cierran y se abren de forma totalmente independiente, situándose cualquiera de ellas alineada y en paralelo a la línea de árboles a cosechar cuando está abierta, y en posición perpendicular a la línea de cultivo, cuando está cerrada. Esto permite que mientras una pinza esté cerrada agarrando un árbol, la otra, por ejemplo, esté abierta totalmente y avanzando hasta la parte mas adelantada para ir a coger el siguiente árbol de la línea de cultivo.
Según otra importante característica de la presente invención no existe ningún palpador y para detectar que la máquina ha llegado a la altura del siguiente árbol a vibrar se ha previsto, en primer lugar situar la mordaza que está más retrasada con respecto al sentido de avance de la máquina en posición cerrada, para que un sensor detecte cuando el árbol impacta contra ella. Este sensor puede estar situado en la propia pinza, o en la guía por la que se del carro y detectar cuando este se ha movido, momento en el que un dispositivo de control ordena el cierre de la otra mordaza más avanzada para aprisionar el árbol entre ambas mordazas de la pinza, que está situada por delante en ese momento.
Este dispositivo permite vibrar árboles y arbustos de manera continua y sin paradas. La velocidad que lleve dependerá de la velocidad de movimiento de la máquina o apero en el que se instale; en principio podría ser el doble que la de una máquina convencional, pero como existe la seguridad de que todos los árboles han de impactar en la pinza para realizar el ciclo, esta velocidad puede ser incluso superior y además no tiene porqué ser constante y puede variar según las inclemencias del terreno. En un primer prototipo que se está probando este dispositivo ha alcanzado una productividad de unos 12 arbustos/minuto, cosechando almendros, pero estamos seguros de poder alcanzar a corto plazo la cifra de 18 o más por minuto.
Otra característica de la invención radica en el hecho de que, como las pinzas vibratorias no tienen más altura que la de la propia pinza, puesto que su motor se monta horizontalmente y no sobresale hacia arriba, las bandas sobre las que se recogen los frutos cosechados se colocan por encima del dispositivo, con lo cual los frutos no interfieren en su funcionamiento, ni se rompen o aplastan contra los componentes móviles de este dispositivo y en la práctica la totalidad de los frutos derribados del árbol son recogidos y están en perfecto estado, lo que contribuye también al aumento de la productividad del cultivo.
Como ya hemos indicado, este dispositivo se puede emplear en cualquier máquina o apero que sea capaz de moverse a horcajadas por encima de la línea de árboles o arbustos a
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cosechar; no obstante la máquina descrita en el documento ES1265465U del mismo solicitante es idónea para acoplar en ella este dispositivo, ya que en la parte inferior se pueden acoplar por ambos laterales unas bandejas recolectoras de los frutos caídos del árbol o unas cintas que los transporten a un remolque auxiliar independiente.
Tal y como se describe en la presente invención, de ella también subyace un método para cosechar los frutos de árboles y arbustos mediante un dispositivo de vibración que trabaja de forma continua, y que dicho método de cosecha también es nuevo y no obvio para los expertos, o al menos no se ha empleado hasta ahora. Esto método, lógicamente recurre a efectuar la vibración de los árboles mediante pinzas vibradoras y también a que dichas pinzas vibradoras trabajen en continuo; pero es el primer referente que se conoce de dos pinzas vibradoras, trabajando o no al unísono, que operan por ambos lados de la línea de árboles a cosechar y que vibran árboles alternativos de dicha línea de cultivo. Este método aumenta la productividad de la cosecha en al menos un 100% con respecto a los equipos o máquinas que operan solo por uno de los laterales de la línea de cultivo.
Como ya hemos indicado, la vibración de los árboles por ambas pinzas, en algún momento, se puede efectuar a la vez por ambas pinzas vibradoras, o se efectúa alternativamente por una u otra pinza vibradora; esto dependerá de la longitud en la que se pueden mover dichas pinzas vibradoras y de la velocidad de avance de la máquina que porta el dispositivo de la invención.
Descripción de los dibujos
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de facilitar la comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva un juego de dibujos en los que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La Fig. 1 representa en una vista general en perspectiva el dispositivo de la presente invención.
La Fig. 2 es una vista de una de las guías (3) de este dispositivo.
Las Fig. 3-4 se corresponden con sendas vistas, superior e inferior, de uno de los carros (4) de este dispositivo.
Las Fig. 5-7 son vistas en distintas posiciones de una de las pinzas (5) de este dispositivo.
La Fig. 8 es una vista en detalle de uno de los bastidores (1 , 2) que conforman el dispositivo de la invención.
Las Fig. 9.1 a 9.8 representan en una vista en planta una secuencia completa del funcionamiento de este dispositivo.
La Fig. 10 muestra una máquina polivalente para el cultivo de árboles (21) en la que se ha montado el dispositivo de la invención.
Realización de la invención
Como se puede observar en la figura 1 , el dispositivo de vibración en continuo para la recogida de frutos está formado por dos bastidores (1 , 2) sobre cada uno de los cuales se ha montado un sistema de guiado lineal (3) de sendas pinzas de vibración (5) que se desplazan de manera longitudinal en estos bastidores; de tal manera que estas pinzas (5) puedan abrir o cerrar sus mordazas (16) en una secuencia determinada y transmitir la vibración a los árboles o arbustos situados en línea para recolectar sus frutos maduros.
En la figura 2 se muestra el sistema de guiado lineal de cada bastidor (1, 2) compuesto por una estructura rígidamente soldada que define unas guías longitudinales (3) que se sitúan paralelas al movimiento del dispositivo a medida que avanza por ambos lados de una fila de árboles. En dichas guías (3) discurren unos patines (6) que amarran el carro móvil (4) en el que van sujetas las pinzas de vibración (5), en el cual se dispone un piñón (10) que engrana en una cremallera (7) para por medio de un motor (9) dispuesto en el propio carro (4) lograr el desplazamiento del mismo a lo largo de la guía (3) en la que está montado. Unos topes de caucho (8) situados en los extremos de dicha guía que amortiguan los posibles impactos del carro móvil (4) al final del recorrido.
En la figura 3 se representa la estructura del carro móvil que se utiliza para desplazar las pinzas de vibración (5). Este carro está formado por un conjunto de piezas soldadas en las que se atornillan los patines (6) y se fija la pinza de vibración (5) mediante unos cilindros de caucho (14), cuyo vástago-eje se rosca en la estructura del carro (4) y por medio de un enganche (11) para una cadena delantera (18), de tal manera que no queda la pinza (4) rígidamente unida, pero no transmite la vibración al bastidor ni a la máquina donde la invención esté instalada.
La pinza (5) también tiene la peculiaridad de que las mordazas (16) tienen movimientos independientes; para que cada mordaza (16) se pueda abrir o cerrar por separado con el fin
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de esperar al árbol y poder comenzar la vibración, están accionadas por un sistema de bielas movido por un cilindro hidráulico (12, 13), de tal manera que la situada posterior pueden realizar un giro cerrándose a 90e, perpendicularmente a la línea de los árboles a cosechar, de forma que pueda atrapar al árbol cuando avanza la máquina que porta este dispositivo, para a continuación cerrarse la mordaza más avanzada para agarrar el árbol y comenzar la vibración. Ambas mordazas (16) se abren y se colocan alineadas, formando un ángulo aproximado de 180e para permitir el avance de la pinza más retrasada hasta sobrepasar la otra pinza que está vibrando un árbol para colocarse en posición de espera del siguiente árbol de la línea de cultivo.
Para efectuar la vibración una de las mordazas incorpora un motor (15) que acciona unas masas excéntricas también ubicadas en la parte interior de una de las mordazas (16). La frecuencia de esta vibración puede ser regulada en velocidad, peso e inversión de giro, dependiendo del fruto a recolectar. Como se aprecia en las figuras 4-6 el motor (15) es un motor hidráulico que está integrado en el interior de una de las mordazas de forma tal que el conjunto de la pinza (5), en altura, solo tiene la altura propia de las mordazas de agarre.
En las figuras 5-7 se han representado vistas ¡sométricas de la pinza de vibración (5) en sus tres posiciones principales: completamente abierta, en posición de espera del árbol a vibrar y cerrada. Cabe destacar que cada una de estas mordazas está compuesta por unos tacos de goma rectangulares que abrazan al árbol cuando es aprisionado y evitan el daño en la corteza.
En la figura 6 la pinza (5) dispone una de sus mordazas (16) perpendicularmente a la dirección del movimiento del dispositivo, a fin de que cuando el árbol impacta sobre esta, un sensor (no representado), o bien instalado en la propia mordaza, o bien instalado en el guía (3) en la que se mueve el carro (4), detecta que el árbol ha impactado en la mordaza, o que el carro (4) se ha movido, y da la orden de cierre de la otra mordaza más avanzada y de comenzar la secuencia de vibración. Esta agitación se transfiere al árbol amarrado y de esta manera cae el fruto. La vibración es completamente regulable, dependiendo de las pesas que se incorporen en la excéntrica, la velocidad de movimiento y la inversión de giro.
En la figura 8 se expone una vista isométrica en la que se incluye uno de los bastidores (1 , 2) completo, con su guía (3), su carro móvil (4) y su pinza de vibración (5). En esta imagen se indica la tijera de cables y latiguillos (19) que se ha desarrollado para conectar los elementos hidráulicos y eléctricos con la máquina o apero en el que se monta este
dispositivo. Esta tijera está formada por dos piezas unidas por una bisagra que le permite un giro conforme va desplazándose el carro. En la figura se indica también unos raíles en los que se incorporan unos sensores (20), que indican en todo momento la posición longitudinal en la que se encuentra cada uno de los carros móviles (4) para que no haya colisión entre ambos, o entre las pinzas (5) que portan cada uno de ellos.
El punto del recorrido de la pinza (5) en el que ha de dejar de vibrar el árbol y abrir sus mordazas (16) se puede establecer por medio de un final de carrera colocado en la guía (3) correspondiente o por medio programación en base al tiempo transcurrido en el desplazamiento.
Por último, la figura 10 muestra el dispositivo de vibración en continuo para la recogida de frutos, montado en la máquina polivalente descrita en el documento ES1265465U, que ha sido especialmente diseñada para trabajar a horcajadas sobre una línea de árboles o arbustos.
La secuencia de vibración se observa en las figuras 9, en las que se aprecia cómo la línea de árboles queda situada entre los dos bastidores (1 , 2) que conforman el dispositivo de la invención. En un primer momento, la pinza (P1) situada en posición más avanzada con respecto al sentido de avance (indicado con una flecha en las figuras 9) tiene cerrada la mordaza más retrasada (M 1 ) hasta que impacta con el primer árbol a vibrar (A1). Una vez este ha impactado, un sensor lo detecta y cierra la mordaza más avanzada (M2) y comienza la vibración de este árbol (A1). Mientras tanto la pinza (P2) situada en posición más retrasada presenta sus dos mordazas (M1 , M2) abiertas y comienza su desplazamiento hacia la posición más adelantada al moverse su carro (4) por la correspondiente guía (3). (Ver Fig. 9.1 y 9.2).
Como el avance del dispositivo es continuo, la pinza (P1) permanece agarrada al árbol (A1) y vibrándolo hasta que este abandona el espacio del dispositivo, mientras que la pinza (P2) que ya alcanzó la posición más avanzada, primero cierra su mordaza más retrasada (M1) y una vez que el segundo árbol (A2) impacta en ella cierra la mordaza más avanzada (M2) sobre él y comienza a vibrarlo. (Ver Fig. 9.3 y 9.4). En este caso, dada la proximidad entre los árboles en un instante dado se está produciendo la vibración de dos árboles a la vez; no obstante, si estuvieran más separados solo se vibraría uno en un momento dado.
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Cuando la primera pinza (P1) alcanza el final de su recorrido se abre y libera el árbol (A1) que la había traído hasta ahí mientras ella lo vibraba. Por su parte la segunda pinza (P2) continúa acompañando y vibrando al segundo árbol (A2). ( Fig. 9.5).
A continuación la primera pinza (P1), con sus mordazas (M1 , M2) abiertas se desplaza hasta la parte avanzada del dispositivo, mientras que la segunda pinza (P2) continua vibrando el árbol (A2) (Ver Fig. 9.6).
La Fig. 9.7 muestra la pinza más avanzada (P1) en la misma posición que al inicio, dispuesta a recibir un tercer árbol (A3), mientras la pinza (P2) continua vibrando el árbol (A2) o está a punto de soltarlo y abrir sus mordazas (M1 , M2) para poder regresar a la posición avanzada sin tropezar con la pinza (P1 ) que es arrastrada en sentido contrario por el árbol (A3). (Ver Fig. 9.8).
Este ciclo se repite indefinidamente, sin que quede un solo árbol de vibrar en la línea en cultivo. Dependiendo del cuadro de la plantación, será necesario ajustar la velocidad de retorno de ambas pinzas (P1 , P2) para que no colisionen entre ellas, puesto que la velocidad de avance mientras vibran el árbol correspondiente es igual a la velocidad de avance del dispositivo o de la máquina que lo sustenta. En todo momento los sensores (20) miden la posición de las dos pinzas y si entran en la zona de impacto, el dispositivo abriría ambas pinzas y, en su caso, se detendría.
Una vez descrita la naturaleza de la invención, así como un ejemplo de realización preferente, resulta de manera evidente que la invención es susceptible de aplicación industrial, en el sector indicado.
Asimismo se hace constar a los efectos oportunos que los materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos descritos podrán ser modificados, siempre y cuando ello no suponga una alteración de las características esenciales de la invención que se reivindican a continuación: