Cutting Speed

According to Remus (1999)REMUS, J. S: Teoría y cálculo de máquinas agrícolas. Editorial Pueblo y Educación, 1999. , when the cutting speed is low, the tearing and breaking of the stem occurs; with the increase in speed, the cut is obtained without tearing and without breaking, thus reducing the forces of resistance to cutting.

In addition, according to Australia (2014)AUSTRALIA, S. R.: Harvesting Best Practice Manual. In Technical publication MN14001, 2014 . www.sugarresearch.com.au to maintain optimum quality of cut and new growth (the shoot of the new sugarcane plant), the revolutions per minute (rpm) of the base cutter must be variable to match the forward speed of the combine. Base cutters typically have a fixed rotational speed of between 580 and 650 rpm, depending on the year and model of the machine.

Therefore, for a given forward speed and high base-cutter rpm, the blades will repetitively cut the cane stems, thus causing a considerable increase in wear on the segments. Otherwise, when the base-cutter rpm are too low for the forward speed, they produce the reduction of the shoot when tearing the stem and the increase of the soil supply during the harvest (Australia, 2014AUSTRALIA, S. R.: Harvesting Best Practice Manual. In Technical publication MN14001, 2014 . www.sugarresearch.com.au ).

In addition, according to Ke et al. (2018)KE, W., MA, S., WANG, F., YANG, G., XING, H., PAN, Y., & GUO, B.: Experimental Research on Sugarcane Under-the-Ground Basecutting. 2018 ASABE Annual International Meeting, 2018. https://doi.org/10.13031/aim.201800481 , the orthogonal test carried out in their research showed that the optimal cutting depth was 40 mm, the rotation speed of the disc was 600 rpm and the forward speed of the combine was 0.6 m/s.

Angle of Inclination of the Base-Cutter Disc

Inadequate positions of the cutting angles cause poor quality in the action of cutting the cane and high values of soil added in the process, in addition to the damage that it causes to the crop, therefore, it is advisable to adapt the cutting angle to a position as suitable as possible, even if it implies additional work.

The cutting angles of the base cutter must correspond to the special conditions of the field, since no crop is totally uniform (Rizo, 2018RIZO, L. A. A.: Optimización de la cosecha mecanizada de caña de azúcar. Apuntes básicos de mejoramiento. Conferencia Red agrícola, Trujillo, Perú, 2018. https://www.redagricola.com/pe/assets/uploads/2018/08/1--luis-armando-abadia-optimizacion-de-cosecha-mecanica-de-cana-de-azucar.pdf ), (Figure 3). In addition, according to Australia (2014)AUSTRALIA, S. R.: Harvesting Best Practice Manual. In Technical publication MN14001, 2014 . www.sugarresearch.com.au , base cutters are angled forward from 11° to 17° for easy end-first feeding. This minimizes the drag of the discs on the cut stubble.

Cut Quality

The quality of the cut in stems and plants is of vital importance to reduce cane losses (juice) and to avoid the possibility of reducing shoots. Therefore, a good cane cut must produce a cut surface with a minimum of cracks, managing to reduce the cutting force and energy consumption. The researchers conducted a series of studies on how the dynamic and geometric parameters of the system affect cut quality. (Ma et al., 2014MA, S., KARKEE, M., SCHARF, P. A., & ZHANG, Q.: Sugarcane Harvester Technology: A Critical Overview. American Society of Agricultural and Biological Engineers, 30(5), 727-739, 2014. https://doi.org/DOI10.13031/aea.30.10696 ).

Gupta and Oduori (1992)GUPTA, C. P., & ODUORI, M. F.: Design of the Revolving Knife-type Sugarcane Basecutter. Transactions of the ASAE, 35(6), 1747-1752, 1992. https://doi.org/10.13031/2013.28793 studied the effect of the cutting speed of the blade on the quality of the cut through a series of laboratory tests, where they found that the base cutter would uproot the stem of the cane from the root instead of cutting it if the cutting speed is less than 13.8 m/s.

Later, Liu, Ou, Qing and Song (2007)LIU, Q., OU, Y., QING, S., & SONG, C.: Cutting force test of sugarcane stalk. Transactions of the CSAE, 23(7), 90-94, 2007. conducted similar cutting tests in the laboratory and also concluded that there is a minimum speed requirement for good cut quality. The estimated threshold value in this investigation was 22.0 m/s compared to 13.8 m/s from Gupta and Oduori (1992)GUPTA, C. P., & ODUORI, M. F.: Design of the Revolving Knife-type Sugarcane Basecutter. Transactions of the ASAE, 35(6), 1747-1752, 1992. https://doi.org/10.13031/2013.28793 . In the study by Gupta and Oduori (1992)GUPTA, C. P., & ODUORI, M. F.: Design of the Revolving Knife-type Sugarcane Basecutter. Transactions of the ASAE, 35(6), 1747-1752, 1992. https://doi.org/10.13031/2013.28793 , it should be noted that the oblique angle and the established angle of inclination were 35° and 27°, respectively, according to the results of the first stage tests, while, in the study From Liu, Ou, Qing and Song (2007)LIU, Q., OU, Y., QING, S., & SONG, C.: Cutting force test of sugarcane stalk. Transactions of the CSAE, 23(7), 90-94, 2007. , the oblique angle and tilt angle were 0° and 8°, respectively.

There are other parameters of the cutting system that affect the quality of the cut. Liu, Ou, Qing and Wang (2007)LIU, Q., OU, Y., QING, S., & WANG, W.: Stubble damage of sugarcane stalks in cutting test by smooth-edge blade. Transactions of the CSAE, 28(3), 103-107, 2007. carried out a series of tests to analyse the sensitivity of the quality of the stem cut. Sensitivity analysis showed that blade cutting speed has the most significant impact on stubble cut quality.

Liu, Ou, Qing and Shixing (2007)LIU, Q., OU, Y., QING, S., & SHIXING, H.: High-speed bphotography analysis on the damage process in cutting sugarcane stalk with smooth-edge blade. Transactions of the CSAE, 38(10), 31-35, 2007. compared the rates of stem damage caused by single-blade and double-blade cutting, concluding that the two-blade cutting process has a lower stubble damage rate than single-blade cutting. The reason is that the maximum cutting force required during single-blade cutting is higher than the maximum cutting force required during two-blade cutting, so single-blade cutting has a higher probability of failure during the stem cutting.

To improve the quality of the stem cut, the study suggested increasing the ratio between the speed of rotation of the cutting disc and the forward speed of the machine. Figure 4 shows the process of cutting the cane stalk using a rotating- cutting disc. Equation 1 $R=\frac{D}{\raisebox{1ex}{$v\alpha $}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$\omega $}\right.}=\frac{D_r}{\alpha }$ is used to determine the ratio (R) of the cane stem diameter (D) to the distance of two adjacent blade tips in the direction the machine is moving. When R<1, the cane stem is cut with only one blade. When R>1, the cane stalk is cut by two or more adjacent blades (Liu, Ou, Qing, & Shixing, 2007LIU, Q., OU, Y., QING, S., & SHIXING, H.: High-speed bphotography analysis on the damage process in cutting sugarcane stalk with smooth-edge blade. Transactions of the CSAE, 38(10), 31-35, 2007. ). Since the diameter of the cane stem (D) and the angle (α) are constant, the relationship (r) between the rotation speed of the cutting disc (ω) and the forward speed of the machine (v) determines whether it will be cut with one blade or multiple blades.

Like the cutting force, the shape of the segment is also an important factor affecting the quality of the cane cut. Mello and Harris (2000)MELLO, R. D. C., & HARRIS, H.: Cane damage and mass losses for conventional and serrated basecutter blades Proceedings of the 2000 Conference of the Australian Society of Sugar Cane Technologists held at Bundaberg, Queensland, Australia, 2000. compared the performance of jagged-edged and smooth-edged cut segments in terms of sugar loss and stem damage. Although the jagged segments had a better cut quality than the smooth ones, sugar losses were higher due to the roughness of the jagged segment surface. To minimize the negative effect on sugar loss, Mello and Harris (2000)MELLO, R. D. C., & HARRIS, H.: Cane damage and mass losses for conventional and serrated basecutter blades Proceedings of the 2000 Conference of the Australian Society of Sugar Cane Technologists held at Bundaberg, Queensland, Australia, 2000. suggested that serrated blades could be made curved to add some level of cut to the impact cutting process of straight jagged blades.

Influence of the Soil Preparation and Planting System

Soil preparation and planting system appears as one of the most important aspects in relation to the base cutting in sugarcane harvesters. As the unevenness, the holes, the presence of obstacles such as stones and stumps in the area increase, the difficulties of operating the harvesters also increase (Volpato, 2001VOLPATO, C. E. S.: Otimização de um Cortador de Base Flutuante para Seguimento do Perfil de Solo em Colhedoras de Cana-de-Açúcar [Tesis de doctorado, Universidade Estadual de Campinas]. Campinas, SP, 2001. ).

The sugarcane is planted in furrows, at an average depth of 30 cm, which normally makes it difficult to operate the cutting and feeding mechanism of the harvester, due to the irregularities of the soil (Magalhães & Braunbeck, 1998MAGALHÃES, P. S. G., & BRAUNBECK, O. A.: Ingeniería rural y mecanización agraria en el ámbito latinoaméricano, 1998. ). When the cane is inside the furrow, there is no chance of the machine cutting to the desired height near shoot level; it causes internode tearing instead of shearing, which would be expected. This situation generates an inhomogeneous cut, leaving a high and fragmented stump, increasing losses in the field and the probability of attack by insects and diseases on the shoot, in addition to incorporating soil into the harvested raw material (Cannavam & Ripoli, 2002CANNAVAM, R. T. C., & RIPOLI, M. L. C.: Biomassa da cana-de-açúcar: colheita, energia e ambiente. 2.ed. Piracicaba, 302, 2002. ).

Level planting can be a solution, since it leaves the soil surface practically uniform, without undulations. These conditions facilitate the use of the harvester, the machine can develop higher speed and the blades suffer less wear, generating uniformity in the cutting height of the stems and less waste of the base parts richer in sucrose (Furlani- Neto, 2000FURLANI NETO, V. L.: Sistematização e adequação de áreas e máquinas para colheita mecanizada, Reunião Agrícola Fermentec, Piracicaba, 2000. ). However, one of the main problems of level planting is related to the agronomic aspects involved with water retention in the furrow, which is why its use is not adopted in all producing regions (Salvi, 2006SALVI, J. V.: Qualidade do corte de base de colhedoras de cana-de-açúcar [Tesis de Maestría, Universidade de São Paulo], 2006. ).

Influence of Sugarcane Characteristics

The morphological and physiological characteristics of the varieties interfere in the mechanical cutting of sugarcane. In principle, combines work best with upright, vigorous canes with a deep root system. The vertical canes facilitate cutting, from the base and the upper part, which results in a gain in the work capacity of the machine, since the harvest is carried out without major interruptions (Cannavam & Ripoli, 2002CANNAVAM, R. T. C., & RIPOLI, M. L. C.: Biomassa da cana-de-açúcar: colheita, energia e ambiente. 2.ed. Piracicaba, 302, 2002. ). Canes must have a deep root system since mechanical cutting results in the action of rotating blades and requires some support resistance from the stems for adequate shearing to occur. If the cane has a shallow root system and is not vigorous, an imperfect cut or a torn cut can occur, destroying that internode (Salvi, 2006SALVI, J. V.: Qualidade do corte de base de colhedoras de cana-de-açúcar [Tesis de Maestría, Universidade de São Paulo], 2006. ).

Losses Due to the Base Cutting

The base cutter is one of the main systems of the sugarcane harvester. The quantity and quality of the cane that goes to the mill depends to a large extent on its efficiency. Anything that is contaminating material (mainly soil and parts of the plant) that enters the system reduces the grinding capacity and increases sucrose losses in the sugar production stages (Pérez-Reyes et al., 2022PÉREZ-REYES, R. A., DAQUINTA-GRADAILLE, L. A., BONILLA-ROCHA, J. D., RECAREY-MORFA, C. A., SÁNCHEZ-NUMA, A., & GÓMEZ-BRAVO, J. E.: Numerical Model for Sugarcane Base Cutting. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 31(2), 2022. https://www.redalyc.org/journal/932/93271464002/93271464002.pdf ).

According to COOPERSUCAR (1989)COOPERSUCAR: Colheita mecanizada de cana picada: avaliação de perdas invisíveis e estilhaços nos sistemas das colhedoras, 1989. , there are other ways to classify raw material losses, where they can be categorized as visible or invisible. The designation of visible losses is given by the ease of being detected in the field, represented by whole canes, stems, pieces of cane, stumps and crushed canes lost in the field or attached to the harvester. Invisible losses, on the other hand, are represented by shrapnel and stem fragments that break off during the cutting action of the mechanism and are thrown on the ground, so it is difficult to quantify this type of loss in the field.

The deficiency in the control of the cutting height of the harvesters (Figure 5), brings with it the losses in the stems with soil and vines during the cutting operation below the ideal surface and in the opposite case, losses of the raw material due to high cuts are presented (Cannavam & Ripoli, 2002CANNAVAM, R. T. C., & RIPOLI, M. L. C.: Biomassa da cana-de-açúcar: colheita, energia e ambiente. 2.ed. Piracicaba, 302, 2002. ).

About that, Furlani-Neto (1984)FURLANI NETO, V. L.: Incidência de Matéria Estranha e Perdas no Campo nos processos de corte manual e com Colhedoras Amontoadas em Cana-de Açúcar (Saccharum spp) [Tesis de Doctorado, Universidade de São Paulo], 1984. observed sugarcane losses in the stumps left by the height of the base cutter of 1.48 t/ha. Equally, Cruz (1976)CRUZ, E. Z.: Estudio sobre la Cosecha de la Cana de Azucar. Distribuidora Venezolana de Azucares, 173-181, 1976. found losses of 8 t/ha due to imperfections caused by the base cutter in the mechanized harvest. Also Ometto (1994)OMETTO, M. C.: Desempenho da Colhedora Engeagro. Revista STAB, 12(3), 21-24. 1994. presented losses in the form of stumps left by the base cutter when the cut is lifted, these losses reached 1.17% (1.26 t/ha) in burned cane and 1.44% (1.43 t/ha) in cane unburned, out of a total of approximately 5% of the total visible losses. Equally, González (2011)GONZÁLEZ, J. M.: Evaluación del Corte Basal de la Cosechadora C-4000 con cuchillas de tres filos [Tesis de Maestría, Universidad de Holguín], 2011. in his study, reflected total visible losses of 2%.

The use of mechanical cutting has some peculiarities related to the machine-plant interactions during the harvest, caused by the disc of the base cutter. The damages can reduce production in the next harvest, by increasing the exposure of the stump to the attack of pests and diseases (stumps that are too high and/or torn), in addition to the destruction or elimination of new shoots responsible for the following sprouting (Kroes & Harris, 1996KROES, S., & HARRIS, H. D.: Knockdown causes major damage to cane during harvesting. Proceedings of Australian Society of Sugar Cane Technologists,, 1, 1996. ).

Also, according to Ridgue (1980)RIDGUE, D. R.: Minimizing the problem of soil in chopper harvester cane. Proceedings of International Society of Sugar Cane Technologists, 2, 315-323, 1980. , the ways to minimize the problem of the presence of soil in the raw material, is nothing more than to make changes in the existing cultural practices in soil preparation, planting, the width between rows, or through changes in the design of the disc of base cutter.

Characteristics and Importance of the Base-Cutting Mechanism in Sugarcane Harvesting

The base-cutting mechanisms are designed based on two main systems: bar cutting system and rotating-cutting system (Patil & Patil, 2013PATIL, M., & PATIL, P. D.: Optimization of blade angle for cutting system of sugar cane harvester. International Indexed & Refereed Research Journal, 42(4), 49-52, 2013. ). The rotary-cutting mechanism with segments is used more frequently, the advantage of this mechanism is the great inertia and impact forces that are exerted while cutting when the discs have a diameter of up to 90 cm, especially when cutting high-tonnage stems (high density), the advantage of using inertia and impact force becomes more prominent. The bar-cutting mechanism is used more for thick stems that have more resistance to cutting (Pérez-Reyes et al., 2022PÉREZ-REYES, R. A., DAQUINTA-GRADAILLE, L. A., BONILLA-ROCHA, J. D., RECAREY-MORFA, C. A., SÁNCHEZ-NUMA, A., & GÓMEZ-BRAVO, J. E.: Numerical Model for Sugarcane Base Cutting. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 31(2), 2022. https://www.redalyc.org/journal/932/93271464002/93271464002.pdf ).

Therefore, the base cutter of sugarcane harvesters that is currently used generally consists of two counter-rotating rotating discs (A) that perform the cut with replaceable segments (B) (blades) on each of their discs (Figure 6 and Figure 7), which act with 60% of their contact area (Ma et al., 2014MA, S., KARKEE, M., SCHARF, P. A., & ZHANG, Q.: Sugarcane Harvester Technology: A Critical Overview. American Society of Agricultural and Biological Engineers, 30(5), 727-739, 2014. https://doi.org/DOI10.13031/aea.30.10696 ).

The cutting of the sugarcane stalks carried out by the base cutter takes place in highly difficult situations, since the segments, in addition to cutting the cane stalks, frequently come into contact with various obstacles found in the furrow ( stones, tree stumps, metal sections), which affects the proper performance of this operation (Volpato, 2001VOLPATO, C. E. S.: Otimização de um Cortador de Base Flutuante para Seguimento do Perfil de Solo em Colhedoras de Cana-de-Açúcar [Tesis de doctorado, Universidade Estadual de Campinas]. Campinas, SP, 2001. ).

Handling Base-Cutter Segments

Another aspect of great importance is the handling and assembly of the base-cutter segments (Figure 8). This, combined with the inadequate cutting height and an equally inappropriate angulation of the base cutter, is capable of generating foreign matter incorporations, such as dirt and vines, up to 0.5%, in addition to crushing losses of up to 0.6 tons of cane per hectare, which contributes to the accelerated wear of the segments (Pérez et al., 2022PÉREZ, R. A. R., DAQUINTA, L. A. G., BONILLA, J. D. R., RECAREY, C. A. M., RODRÍGUEZ, O. H. A., & ÁGUILA, J. G.: Fundamentos, problemática y repercusión del proceso de corte base en la cosecha mecanizada de la caña de azúcar. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias (Cuba), 31(1), 67-78, 2022. https://www.researchgate.net/publication/359722056 ).

The segments require regular adjustments and replacements due to the wear they are subjected to, these are available in 4, 5 and 6mm thickness. Soils with medium to high rock levels can bend and/or break segments, increasing operating costs and downtime during harvest season (Australia, 2014AUSTRALIA, S. R.: Harvesting Best Practice Manual. In Technical publication MN14001, 2014 . www.sugarresearch.com.au ).

Several studies have focused on external factors that affect cut quality. Momin et al. (2017)MOMIN, M. A., WEMPE, P. A., GRIFT, T. E., & HANSEN, A. C.: Effects of four base cutter blade designs on sugarcane stem cut quality. Transactions of the ASABE, 60(5), 1551-1560, 2017. https://doi.org/10.13031/trans.12345 found that the base-cutter blade design (Figure 9) influenced the quality of sugarcane cutting and provided guidelines for different blade configurations.

According to Australia (2014)AUSTRALIA, S. R.: Harvesting Best Practice Manual. In Technical publication MN14001, 2014 . www.sugarresearch.com.au in good harvest conditions with an upright crop in a row and dry soil, forward speeds should be limited to 9 km/h, where minimal damage per plant will occur, as long as the cut segments are brand new. To keep plant damage negligible, the combine's ground speed should be reduced to 6 km/h when 25 mm of the blade has been lost. As the segment wears, it not only loses length, but also loses much of its cutting ability and, at some point along the curve of the blade the shank prefers to slip off the edge and tear, instead of being cut (Figure 10).

Performance of the Segments in the Cut

Pérez-Reyes et al. (2022)PÉREZ-REYES, R. A., DAQUINTA-GRADAILLE, L. A., BONILLA-ROCHA, J. D., RECAREY-MORFA, C. A., SÁNCHEZ-NUMA, A., & GÓMEZ-BRAVO, J. E.: Numerical Model for Sugarcane Base Cutting. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 31(2), 2022. https://www.redalyc.org/journal/932/93271464002/93271464002.pdf , in their research, carried out a simulation with a numerical model for the base cutting of sugarcane from experimental data obtained in five typical cane varieties from Ciego de Ávila Province. They obtained the performance of the BONEM and BUSSOLA base-cutter segments. The validation of the study is carried out from a test of resistance to sugarcane cutting with two types of segments.

The comparison of the power magnitudes obtained at the time of cutting each variety with the results of Pupo et al. (2019)PUPO, J. R. P., ALONSO, J. R. S., GUERRERO, J. N. P., & MARIÑO, C. J. S.: Valoración de las Cargas en la Cosechadora de Caña de Azúcar en las Condiciones de Cuba. European Scientific Journal, 15(21), 2019. https://doi.org/10.19044/esj.2019.v15n21p294 , who carried out an evaluation of the loads in the sugarcane harvester under Cuban conditions, determined that the organs with the highest energy consumption are the base-cutter discs with 20.4 kW. The power is determined by the expression (2) $Mt=\frac{N}{\omega }$ :

Where: Mt is the torque transmitted by the base-cutter shaft or shear moment (Nm); N is the power transmitted by the shaft (W); ω is the angular velocity of the shaft (rad/s).

Therefore:

Being the angular velocity of cut (ω) according to Pupo et al. (2019)PUPO, J. R. P., ALONSO, J. R. S., GUERRERO, J. N. P., & MARIÑO, C. J. S.: Valoración de las Cargas en la Cosechadora de Caña de Azúcar en las Condiciones de Cuba. European Scientific Journal, 15(21), 2019. https://doi.org/10.19044/esj.2019.v15n21p294 65 rad/s for calculation.

Pérez-Reyes et al. (2022)PÉREZ-REYES, R. A., DAQUINTA-GRADAILLE, L. A., BONILLA-ROCHA, J. D., RECAREY-MORFA, C. A., SÁNCHEZ-NUMA, A., & GÓMEZ-BRAVO, J. E.: Numerical Model for Sugarcane Base Cutting. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 31(2), 2022. https://www.redalyc.org/journal/932/93271464002/93271464002.pdf , in their research, obtained different power magnitudes that are described in Table 1.There, the behaviour of the BONEM and BUSSOLA segments against the five varieties of sugarcane studied is reflected. It shows that C90-469 variety is the one that presents the greatest magnitudes of effort and reaction force in the stem, which makes that this variety has the greatest influence on the performance of these tools, while varieties C120-78 and C1050-73 present the lowest magnitudes of these parameters and favour the behaviour of the segments.

Automation of the Base-Cutting Control

For Garson (1992)GARSON, C. A.: Control of harvester base cutter height. Proceedings of Australian Society of Sugar CaneTechnologists, 1, 156-162, 1992. , an automation of the base-cutting mechanism of sugarcane harvesters may be a more effective way of reducing the amount of soil present in the supply of cane to the industry. The other advantages of an automated height-control system are lower fuel consumption, greater ease of harvester operation, reduced damage to the base of the cane, as well as lower sucrose losses.

Volpato (2001)VOLPATO, C. E. S.: Otimização de um Cortador de Base Flutuante para Seguimento do Perfil de Solo em Colhedoras de Cana-de-Açúcar [Tesis de doctorado, Universidade Estadual de Campinas]. Campinas, SP, 2001. developed a linkage support-bar mechanism for a set of base cutters, called the floating base cutter. The mechanism follows the surface of the soil profile based on the interaction force developed at the disc-soil contact point, in order to avoid collecting soil during the harvesting operation.

Ripoli et al. (2003)RIPOLI, M. L. C., RIPOLI, T. C. C., & OLIVEIRA, M. A: Evalution of two different base cutters in green cane mechanical harvest. ASAE ANNUAL INTERNATIONAL MEETING, Las Vegas, 2003. studied the floating base-cutting mechanism of Volpato (2001)VOLPATO, C. E. S.: Otimização de um Cortador de Base Flutuante para Seguimento do Perfil de Solo em Colhedoras de Cana-de-Açúcar [Tesis de doctorado, Universidade Estadual de Campinas]. Campinas, SP, 2001. , comparing it to a regular base cutter, manually controlled at different speeds. According to the results obtained the mechanism, under the conditions carried out by the study, did not present advantages in reducing the presence of soil in the harvested cane.

Also Salvi et al. (2005)SALVI, J. V., MILAN, M., SARRIES, G. A., SOUZA, A. B. M., NAGUMO, G. K., & MATOS, M. A.: Avaliação dos sistemas de corte basal de uma colhedora de cana de açúcar Congresso Brasileiro de Engenharia Agrícola, Canoas, . analysed the use of a semiautomatic base cutter device under the use of operators with different degrees of freedom. The results showed that the skill-experience of the operator influences the cutting height of the cane and the use of the device helped the less experienced operator to obtain an average cutting height within the limit specified by the industry. However, the height of the cut cannot be considered under statistical control and the use of the device did not interfere with the mineral impurity indices, in comparison with the regular, manually controlled base-cutting system.

In addition, at present, there is the presence of different automatic height control systems, such as the so-called AutoTracker used by the CASE Company in all its combine harvester models and the CABI used by John Deere, where they help to reduce losses and damages during harvest.

Velocidad del corte

Según Remus (1999)REMUS, J. S: Teoría y cálculo de máquinas agrícolas. Editorial Pueblo y Educación, 1999. , cuando la velocidad de corte es pequeña se produce el desgarramiento y rotura del tallo, con el aumento de la velocidad, el corte se obtiene sin desgarramiento y sin roturas, disminuyendo así las fuerzas de resistencia al corte.

Además, según Australia (2014)AUSTRALIA, S. R.: Harvesting Best Practice Manual. In Technical publication MN14001, 2014 . www.sugarresearch.com.au para mantener una calidad óptima de corte y retoños (el brote de la nueva planta de caña de azúcar), las revoluciones por minutos (rpm) del cortador base deben ser variables para que coincidan con la velocidad de avance de la cosechadora. Los cortadores base suelen tener una velocidad de rotación fija de entre 580 y 650 rpm según el año y el modelo de la máquina.

Por lo tanto, para una velocidad de avance determinada y unas rpm elevadas del cortador base, las cuchillas cortaran repetitivamente los tallos de la caña, provocando así un aumento considerable en el desgaste de los segmentos; de otra manera, cuando las rpm del cortador base son demasiado bajas para la velocidad de avance influye en la reducción del retoño al desgarrar el tallo y en el aumento del suministro de tierra durante la cosecha (Australia, 2014AUSTRALIA, S. R.: Harvesting Best Practice Manual. In Technical publication MN14001, 2014 . www.sugarresearch.com.au ).

Asimismo los resultados obtenidos por Ke et al. (2018)KE, W., MA, S., WANG, F., YANG, G., XING, H., PAN, Y., & GUO, B.: Experimental Research on Sugarcane Under-the-Ground Basecutting. 2018 ASABE Annual International Meeting, 2018. https://doi.org/10.13031/aim.201800481 de acuerdo con la prueba ortogonal realizada en su investigación, la profundidad optima de corte fue de 40 mm, la velocidad de rotación del disco de 600 rpm y la velocidad de avance de la cosechadora fue de 0,6 m/s.

Ángulo de inclinación del disco de corte base

Las posiciones inadecuadas de los ángulos de corte originan mala calidad en la acción del corte de la caña, altos valores de tierra añadida en el proceso y además del daño que le provoca al cultivo, por lo tanto, es recomendable adaptar el ángulo de corte a una posición lo más adecuada posible, aunque implique un trabajo adicional.

Los ángulos de corte del cortador base deben corresponder a las condiciones especiales del campo, pues ningún cultivo es totalmente uniforme (Figura 3). (Rizo, 2018RIZO, L. A. A.: Optimización de la cosecha mecanizada de caña de azúcar. Apuntes básicos de mejoramiento. Conferencia Red agrícola, Trujillo, Perú, 2018. https://www.redagricola.com/pe/assets/uploads/2018/08/1--luis-armando-abadia-optimizacion-de-cosecha-mecanica-de-cana-de-azucar.pdf ). Además, según Australia (2014)AUSTRALIA, S. R.: Harvesting Best Practice Manual. In Technical publication MN14001, 2014 . www.sugarresearch.com.au los cortadores de base tienen un ángulo hacia adelante de 11° a 17° para facilitar la alimentación con el extremo primero. Esto minimiza el arrastre de los discos sobre el rastrojo cortado.

Calidad del corte

La calidad del corte en tallos y plantas es de vital importancia para reducir las pérdidas de caña (jugo) y evitar la posibilidad de reducción de los retoños. Por lo tanto, un buen corte de caña debe producir una superficie de corte con un mínimo de fisuras, logrando disminuir la fuerza de corte y el consumo de energía. Los investigadores realizaron una serie de estudios de cómo los parámetros dinámicos y geométricos del sistema afectan la calidad del corte (Ma et al., 2014MA, S., KARKEE, M., SCHARF, P. A., & ZHANG, Q.: Sugarcane Harvester Technology: A Critical Overview. American Society of Agricultural and Biological Engineers, 30(5), 727-739, 2014. https://doi.org/DOI10.13031/aea.30.10696 ).

Gupta & Oduori (1992)GUPTA, C. P., & ODUORI, M. F.: Design of the Revolving Knife-type Sugarcane Basecutter. Transactions of the ASAE, 35(6), 1747-1752, 1992. https://doi.org/10.13031/2013.28793 estudiaron el efecto de la velocidad de corte de la hoja sobre la calidad del corte a través de una serie de pruebas en laboratorio, donde encontraron que el cortador base arrancaría el tallo de la caña desde la raíz en lugar de cortarlo si la velocidad de corte es inferior a 13,8 m/s.

Más tarde, Liu, Ou, Qing & Song (2007)LIU, Q., OU, Y., QING, S., & SONG, C.: Cutting force test of sugarcane stalk. Transactions of the CSAE, 23(7), 90-94, 2007. realizaron pruebas de corte similares en laboratorio y también concluyeron que existe un requisito mínimo de velocidad para una buena calidad de corte. El valor umbral estimado en esta investigación fue de 22,0 m/s en comparación con los 13,8 m/s de Gupta & Oduori (1992)GUPTA, C. P., & ODUORI, M. F.: Design of the Revolving Knife-type Sugarcane Basecutter. Transactions of the ASAE, 35(6), 1747-1752, 1992. https://doi.org/10.13031/2013.28793 . En el estudio de Gupta & Oduori (1992)GUPTA, C. P., & ODUORI, M. F.: Design of the Revolving Knife-type Sugarcane Basecutter. Transactions of the ASAE, 35(6), 1747-1752, 1992. https://doi.org/10.13031/2013.28793 , cabe aclarar que el ángulo oblicuo y el ángulo de inclinación establecido fue de 35° y 27°, respectivamente, según los resultados de las pruebas de la primera etapa, mientras que, en el estudio de Liu et al. 2007LIU, Q., OU, Y., QING, S., & SONG, C.: Cutting force test of sugarcane stalk. Transactions of the CSAE, 23(7), 90-94, 2007. ), el ángulo oblicuo y el ángulo de inclinación fueron 0° y 8°, respectivamente.

Hay otros parámetros del sistema de corte que afectan la calidad del corte. Liu et al. (2007)LIU, Q., OU, Y., QING, S., & WANG, W.: Stubble damage of sugarcane stalks in cutting test by smooth-edge blade. Transactions of the CSAE, 28(3), 103-107, 2007. llevaron a cabo una serie de pruebas para analizar la sensibilidad de la calidad del corte en el tallo. El análisis de sensibilidad mostró que la velocidad de corte de la cuchilla tiene el impacto más significativo en la calidad del corte del rastrojo.

Liu, et al. (2007)LIU, Q., OU, Y., QING, S., & SHIXING, H.: High-speed bphotography analysis on the damage process in cutting sugarcane stalk with smooth-edge blade. Transactions of the CSAE, 38(10), 31-35, 2007. compararon las tasas de daño del tallo causadas por el corte con una y dos cuchillas, concluyendo que el proceso de corte con dos cuchillas tiene una tasa de daño de rastrojo más baja que el corte con una cuchilla. La razón es que la fuerza de corte máxima requerida durante el corte con una cuchilla es mayor que la fuerza de corte máxima requerida durante el corte con dos cuchillas, por lo que el corte con una cuchilla tiene una mayor probabilidad de falla en el corte del tallo.

Para mejorar la calidad del corte del tallo, el estudio sugirió aumentar la relación entre la velocidad de rotación del disco de corte y la velocidad de avance de la máquina. La Figura 4 muestra el proceso de corte del tallo de la caña mediante un disco de corte giratorio. La ecuación 1 $R=\frac{D}{\raisebox{1ex}{$v\alpha $}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$\omega $}\right.}=\frac{D_r}{\alpha }$ se usa para determinar la relación (R) del diámetro del tallo de la caña (D) a la distancia de dos puntas de cuchillas adyacentes en la dirección en que se mueve la máquina. Cuando R<1, el tallo de la caña se corta solo con una hoja. Cuando R>1, el tallo de la caña es cortado por dos o más cuchillas adyacentes (Liu et al., 2007LIU, Q., OU, Y., QING, S., & SHIXING, H.: High-speed bphotography analysis on the damage process in cutting sugarcane stalk with smooth-edge blade. Transactions of the CSAE, 38(10), 31-35, 2007. ). Dado que el diámetro del tallo de la caña (D) y el ángulo (α) son constantes, la relación (r) entre la velocidad de rotación del disco de corte (ω) y la velocidad de avance de la máquina (v) determina si se cortará con una hoja o con varias hojas.

Al igual que la fuerza de corte, la forma del segmento también es un factor importante que afecta la calidad del corte de la caña. Mello & Harris (2000)MELLO, R. D. C., & HARRIS, H.: Cane damage and mass losses for conventional and serrated basecutter blades Proceedings of the 2000 Conference of the Australian Society of Sugar Cane Technologists held at Bundaberg, Queensland, Australia, 2000. compararon el rendimiento de segmentos de corte con bordes dentados y bordes lisos en términos de pérdida de azúcar y daño en el tallo. Aunque los segmentos dentados tenían una mejor calidad de corte que los lisos, las pérdidas de azúcar era mayor por la aspereza de la superficie del segmento dentado. Para minimizar el efecto negativo sobre la pérdida de azúcar, Mello & Harris (2000)MELLO, R. D. C., & HARRIS, H.: Cane damage and mass losses for conventional and serrated basecutter blades Proceedings of the 2000 Conference of the Australian Society of Sugar Cane Technologists held at Bundaberg, Queensland, Australia, 2000. sugirieron que las hojas dentadas podrían fabricarse en forma curva para agregar cierto nivel de corte en el proceso de corte por impacto de las hojas dentadas rectas.

Factores a considerar en la evaluación del corte base.

Los principales factores que se deben considerar para la evaluación en el corte base son: la preparación del suelo, las tipologías de la caña, los daños e impurezas ocurridos durante el corte, la velocidad de trabajo, la automatización y control de corte base.

Influencia del sistema de preparación del suelo y plantación

El sistema de preparación del suelo y siembra aparece como uno de los aspectos más importantes en relación al corte base en cosechadoras de caña de azúcar. A medida que aumentan los desniveles, los agujeros, la presencia de obstáculos como piedras y tocones en la zona, aumentan también las dificultades de operación de las cosechadoras (Volpato, 2001VOLPATO, C. E. S.: Otimização de um Cortador de Base Flutuante para Seguimento do Perfil de Solo em Colhedoras de Cana-de-Açúcar [Tesis de doctorado, Universidade Estadual de Campinas]. Campinas, SP, 2001. ).

La caña de azúcar se siembra en surcos, a una profundidad promedio de 30 cm, lo que normalmente dificulta la operación del mecanismo de corte y alimentación de la cosechadora, debido a la irregularidades del suelo (Magalhães & Braunbeck, 1998MAGALHÃES, P. S. G., & BRAUNBECK, O. A.: Ingeniería rural y mecanización agraria en el ámbito latinoaméricano, 1998. ). Cuando la caña está dentro del surco, no hay posibilidad de que la máquina corte a la altura deseada cerca del nivel del retoño, provoca un desgarro del entrenudo en lugar de una cizalla, que sería lo esperado. Esta situación genera un corte no homogéneo, dejando un tocón alto y fragmentado, aumentando las pérdidas en el campo y la probabilidad de ataque de insectos y enfermedades al retoño, además de incorporar tierra a la materia prima cosechada (Cannavam & Ripoli, 2002CANNAVAM, R. T. C., & RIPOLI, M. L. C.: Biomassa da cana-de-açúcar: colheita, energia e ambiente. 2.ed. Piracicaba, 302, 2002. ).

La plantación a nivel puede ser una solución, ya que deja la superficie del suelo prácticamente uniforme, sin ondulaciones. Estas condiciones facilitan el uso de la cosechadora, la máquina puede desarrollar mayor velocidad y las cuchillas sufren menos desgaste, generando uniformidad en la altura de corte de los tallos y menos desperdicio de las partes bases más ricas en sacarosa (Furlani-Neto, 2000FURLANI NETO, V. L.: Sistematização e adequação de áreas e máquinas para colheita mecanizada, Reunião Agrícola Fermentec, Piracicaba, 2000. ). Sin embargo, uno de los principales problemas de la siembra a nivel está relacionado con los aspectos agronómicos involucrados con la retención de agua en el surco, razón por la cual su uso no es adoptado en todas las regiones productoras (Salvi, 2006SALVI, J. V.: Qualidade do corte de base de colhedoras de cana-de-açúcar [Tesis de Maestría, Universidade de São Paulo], 2006. ).

Influencia de las características de la caña de azúcar

Las características morfológicas y fisiológicas de las variedades interfieren en el corte mecánico de la caña de azúcar. En principio, las cosechadoras funcionan mejor con cañas erguidas y vigorosas con un sistema de raíces profundas. Las cañas verticales facilitan el corte, desde la base y la parte superior, lo que resulta en una ganancia en la capacidad de trabajo de la máquina, ya que la cosecha se realiza sin mayores interrupciones (Cannavam & Ripoli, 2002CANNAVAM, R. T. C., & RIPOLI, M. L. C.: Biomassa da cana-de-açúcar: colheita, energia e ambiente. 2.ed. Piracicaba, 302, 2002. ). Las cañas deben tener un sistema radicular profundo ya que el corte mecánico resulta en la acción de cuchillas giratorias y requiere cierta resistencia de apoyo de los tallos, para que ocurra una adecuada cizalladura. Si la caña tiene un sistema de raíces superficial y no es vigorosa, puede ocurrir un corte imperfecto o un corte desgarrado, destruyendo ese entrenudo (Salvi, 2006SALVI, J. V.: Qualidade do corte de base de colhedoras de cana-de-açúcar [Tesis de Maestría, Universidade de São Paulo], 2006. ).

Pérdidas debido al corte de base

El corte base es una de los principales sistemas de la cosechadora de caña de azúcar. De su eficiencia depende en gran medida la cantidad y calidad de la caña que va al ingenio. Todo aquello que sea material contaminante (principalmente suelo y partes de la planta) que ingrese al sistema, reduce la capacidad de molienda y aumenta las pérdidas de sacarosa en las etapas de producción de azúcar (Pérez-Reyes et al., 2022PÉREZ-REYES, R. A., DAQUINTA-GRADAILLE, L. A., BONILLA-ROCHA, J. D., RECAREY-MORFA, C. A., SÁNCHEZ-NUMA, A., & GÓMEZ-BRAVO, J. E.: Numerical Model for Sugarcane Base Cutting. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 31(2), 2022. https://www.redalyc.org/journal/932/93271464002/93271464002.pdf ).

Según COOPERSUCAR (1989)COOPERSUCAR: Colheita mecanizada de cana picada: avaliação de perdas invisíveis e estilhaços nos sistemas das colhedoras, 1989. existen otras formas de clasificar las pérdidas de materia prima, donde podemos enunciarlas como visibles e invisibles. La denominación de pérdidas visibles viene dada por la facilidad de ser detectadas en el campo, representada por cañas enteras, tallos, pedazos de caña, tocones y cañas trituradas perdidas en el campo o adheridas en la cosechadora. Las pérdidas invisibles, por otro lado, están representadas por metralla y fragmentos de tallos que se desprenden durante por la acción del corte del mecanismo que son arrojados en el suelo, por lo que es difícil cuantificar este tipo de pérdidas en el campo.

La deficiencia en el control de la altura de corte de las cosechadoras (Figura 5), trae consigo las pérdidas en los tallos con tierra y cepas durante la operación de corte por debajo de la superficie ideal y en el caso opuesto estamos en presencia de pérdidas de la materia prima a causa de cortes altos. (Cannavam & Ripoli, 2002CANNAVAM, R. T. C., & RIPOLI, M. L. C.: Biomassa da cana-de-açúcar: colheita, energia e ambiente. 2.ed. Piracicaba, 302, 2002. ).

Al respecto, Furlani-Neto (1984)FURLANI NETO, V. L.: Incidência de Matéria Estranha e Perdas no Campo nos processos de corte manual e com Colhedoras Amontoadas em Cana-de Açúcar (Saccharum spp) [Tesis de Doctorado, Universidade de São Paulo], 1984. observó pérdidas de caña de azúcar en los tocones dejados por la altura del corte base de 1,48 t/ha. Igualmente, Cruz (1976)CRUZ, E. Z.: Estudio sobre la Cosecha de la Cana de Azucar. Distribuidora Venezolana de Azucares, 173-181, 1976. encontró pérdidas de 8 t/ha por imperfecciones provocadas por el corte base en la cosecha mecanizada. Asimismo Ometto (1994)OMETTO, M. C.: Desempenho da Colhedora Engeagro. Revista STAB, 12(3), 21-24. 1994. presentó pérdidas en forma de tocones dejados por el cortador base cuando se levanta el corte, estas pérdidas alcanzaron 1,17% (1,26 t/ha) en caña quemada y 1,44% (1,43 t/ha) en caña sin quemar, de un total aproximado de 5% del total de pérdidas visibles. Igualmente (González, 2011GONZÁLEZ, J. M.: Evaluación del Corte Basal de la Cosechadora C-4000 con cuchillas de tres filos [Tesis de Maestría, Universidad de Holguín], 2011. ) en su estudio reflejó unas pérdidas de visibles totales de un 2%.

El uso del corte mecánico tiene algunas peculiaridades relacionadas con las interacciones máquina-planta durante la cosecha, provocadas por el disco del cortador base. Los daños pueden reducir la producción en la próxima cosecha, al aumentar la exposición del tocón al ataque de plagas y enfermedades (tocones demasiado altos y/o desgarrados), además de la destrucción o eliminación de nuevos retoños responsables de la brotación siguiente (Kroes & Harris, 1996KROES, S., & HARRIS, H. D.: Knockdown causes major damage to cane during harvesting. Proceedings of Australian Society of Sugar Cane Technologists,, 1, 1996. ).

También, según Ridgue (1980)RIDGUE, D. R.: Minimizing the problem of soil in chopper harvester cane. Proceedings of International Society of Sugar Cane Technologists, 2, 315-323, 1980. , las formas de minimizar el problema de la presencia de suelo en la materia prima, no es más que realizar cambios en las prácticas culturales existentes en la preparación del suelo, la siembra, el ancho entre hileras, o mediante cambios en el diseño del disco de corte base.

Características e importancia del mecanismo de corte base en la cosecha de caña.

Los mecanismos de corte base están diseñados en función de dos sistemas principales: sistema de corte con barra y sistema de corte giratorio (Patil & Patil, 2013PATIL, M., & PATIL, P. D.: Optimization of blade angle for cutting system of sugar cane harvester. International Indexed & Refereed Research Journal, 42(4), 49-52, 2013. ). El mecanismo de corte giratorio con segmentos es usado con más frecuencia, la ventaja de este mecanismo es la gran inercia y fuerzas de impacto que se ejerce al cortar cuando los discos tienen un diámetro de hasta 90 cm, especialmente cuando se cortan tallos de alto tonelaje (alta densidad), la ventaja de usar la inercia y la fuerza de impacto se vuelve más prominente. El mecanismo de corte con barra, se usan más para tallos gruesos que tienen más resistencia al corte. (Pérez-Reyes et al., 2022PÉREZ-REYES, R. A., DAQUINTA-GRADAILLE, L. A., BONILLA-ROCHA, J. D., RECAREY-MORFA, C. A., SÁNCHEZ-NUMA, A., & GÓMEZ-BRAVO, J. E.: Numerical Model for Sugarcane Base Cutting. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 31(2), 2022. https://www.redalyc.org/journal/932/93271464002/93271464002.pdf ).

Por lo tanto, el cortador base de las cosechadoras de caña de azúcar que se usa en la actualidad, generalmente consta de dos discos (A) giratorios con rotación contraria que realizan el corte con segmentos (B) (cuchillas) remplazables en cada uno de sus discos (Figura 6 y Figura 7), que actúan con un 60 % de su área de contacto (Ma et al., 2014MA, S., KARKEE, M., SCHARF, P. A., & ZHANG, Q.: Sugarcane Harvester Technology: A Critical Overview. American Society of Agricultural and Biological Engineers, 30(5), 727-739, 2014. https://doi.org/DOI10.13031/aea.30.10696 ).

El corte de los tallos de la caña de azúcar llevado a cabo por el corte base tiene lugar en situaciones altamente difíciles, pues los segmentos, además de cortar los tallos de caña, frecuentemente entran en contacto con diversos obstáculos que se encuentran en el surco (piedras, tocones de árboles, secciones de metal), lo que incide en la buena realización de esta operación (Volpato, 2001VOLPATO, C. E. S.: Otimização de um Cortador de Base Flutuante para Seguimento do Perfil de Solo em Colhedoras de Cana-de-Açúcar [Tesis de doctorado, Universidade Estadual de Campinas]. Campinas, SP, 2001. ).

Manejo de los segmentos de corte base

Otro aspecto de gran importancia es el manejo y montaje de los segmentos de corte base (Figura 8), que combinado con la altura de corte inadecuada y una angulación igualmente impropia del cortador base, es capaz de generar incorporaciones de materia extraña, dígase tierra y cepas, de hasta 0,5 %, además de pérdidas por machucamiento de hasta 0,6 toneladas de caña por hectárea, lo que contribuye al acelerado desgaste de los segmentos (Pérez et al., 2022PÉREZ, R. A. R., DAQUINTA, L. A. G., BONILLA, J. D. R., RECAREY, C. A. M., RODRÍGUEZ, O. H. A., & ÁGUILA, J. G.: Fundamentos, problemática y repercusión del proceso de corte base en la cosecha mecanizada de la caña de azúcar. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias (Cuba), 31(1), 67-78, 2022. https://www.researchgate.net/publication/359722056 ).

Los segmentos requieren ajustes y reemplazos regulares debido al desgaste que son sometidos, estos están disponibles en 4, 5 y 6 mm de espesor. Los suelos con niveles medios o altos de roca pueden doblar y/o romper los segmentos, lo que aumenta los costos operativos y el tiempo de inactividad durante la época de cosecha (Australia, 2014AUSTRALIA, S. R.: Harvesting Best Practice Manual. In Technical publication MN14001, 2014 . www.sugarresearch.com.au ).

Varios estudios se han centrado en los factores externos que afectan la calidad del corte. Momin et al. (2017)MOMIN, M. A., WEMPE, P. A., GRIFT, T. E., & HANSEN, A. C.: Effects of four base cutter blade designs on sugarcane stem cut quality. Transactions of the ASABE, 60(5), 1551-1560, 2017. https://doi.org/10.13031/trans.12345 encontraron que el diseño de la hoja del cortador base (Figura 9) influía en la calidad del corte de la caña de azúcar y proporcionaron pautas para distintas configuraciones de la hoja.

Según Australia (2014)AUSTRALIA, S. R.: Harvesting Best Practice Manual. In Technical publication MN14001, 2014 . www.sugarresearch.com.au en buenas condiciones de cosecha con un cultivo erecto en una hilera y suelo seco, las velocidades de avance deben limitarse hasta los 9 km/h, donde se producirán un daño mínimo por planta, siempre y cuando los segmentos del corte sean completamente nuevos. Para mantener un daño insignificante en las plantas, la velocidad de avance de la cosechadora debe reducirse a 6 km/h cuando se hayan perdido 25 mm de la hoja. A medida que él segmento se desgasta, no solo pierde longitud, sino que también pierde gran parte de su capacidad de corte, donde en algún punto a lo largo de la curva de la hoja, la caña prefiere deslizarse por el borde y rasgarse, en lugar de ser cortada (Figura 10).

Desempeño de los segmentos en el corte

Pérez-Reyes et al. (2022)PÉREZ-REYES, R. A., DAQUINTA-GRADAILLE, L. A., BONILLA-ROCHA, J. D., RECAREY-MORFA, C. A., SÁNCHEZ-NUMA, A., & GÓMEZ-BRAVO, J. E.: Numerical Model for Sugarcane Base Cutting. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 31(2), 2022. https://www.redalyc.org/journal/932/93271464002/93271464002.pdf en su investigación, realizaron una simulación con un modelo numérico para el corte base de caña de azúcar a partir de datos experimentales obtenidos en cinco variedades de caña típicas de la provincia de Ciego de Ávila, donde obtuvieron el desempeño de los segmentos de corte base BONEM y BUSSOLA. La validación del estudio se realiza a partir de un ensayo de resistencia al corte de la caña de azúcar con dos tipos de segmentos.

La comparación de las magnitudes de potencia obtenidas al momento del corte de cada variedad con los resultados de Pupo et al. (2019)PUPO, J. R. P., ALONSO, J. R. S., GUERRERO, J. N. P., & MARIÑO, C. J. S.: Valoración de las Cargas en la Cosechadora de Caña de Azúcar en las Condiciones de Cuba. European Scientific Journal, 15(21), 2019. https://doi.org/10.19044/esj.2019.v15n21p294 , quienes realizaron una evaluación de las cargas en la cosechadora de caña de azúcar en condiciones cubanas, determinaron que los órganos de mayor consumo de energía son los discos de corte base con 20,4 kW. La potencia viene determinada por la expresión (2) $Mt=\frac{N}{\omega }$ :

donde: Mt es el momento de torsión transmitido por el eje del cortador de base o momento de corte (Nm); N es la potencia transmitida por el eje (W); ω es la velocidad angular del eje (rad/s).

Por lo tanto:

Siendo la velocidad angular de corte (ω) según (Pupo et al., 2019PUPO, J. R. P., ALONSO, J. R. S., GUERRERO, J. N. P., & MARIÑO, C. J. S.: Valoración de las Cargas en la Cosechadora de Caña de Azúcar en las Condiciones de Cuba. European Scientific Journal, 15(21), 2019. https://doi.org/10.19044/esj.2019.v15n21p294 ) para el cálculo 65 rad/s.

(Pérez-Reyes et al., 2022PÉREZ-REYES, R. A., DAQUINTA-GRADAILLE, L. A., BONILLA-ROCHA, J. D., RECAREY-MORFA, C. A., SÁNCHEZ-NUMA, A., & GÓMEZ-BRAVO, J. E.: Numerical Model for Sugarcane Base Cutting. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 31(2), 2022. https://www.redalyc.org/journal/932/93271464002/93271464002.pdf ) en su investigación obtuvieron diferentes magnitudes de potencia que se describen en la Tabla 1, donde se reflejan el comportamiento de los segmentos BONEM y BUSSOLA contra las cinco variedades de caña de azúcar estudiadas; reflejando que la variedad C90-469 es la que presenta las mayores magnitudes de esfuerzo y fuerza de reacción en el tallo, lo que hace que sea la variedad que mayor influencia tiene en el desempeño de estas herramientas, mientras que las variedades C120-78 y C1050-73 presentan las magnitudes más bajas de estos parámetros y favorecen el comportamiento de los segmentos.

Automatización del control de corte base

Para Garson (1992)GARSON, C. A.: Control of harvester base cutter height. Proceedings of Australian Society of Sugar CaneTechnologists, 1, 156-162, 1992. , una automatización del mecanismo de corte base de las cosechadoras de caña de azúcar puede ser una forma más efectiva de reducir la cantidad de suelo presente en el suministro de caña a la industria. Las otras ventajas de un sistema automatizado de control de altura son: menor consumo de combustible, mayor facilidad de operación de la cosechadora, reducción del daño a la base de la caña, así como menores pérdidas de sacarosa.

Volpato (2001)VOLPATO, C. E. S.: Otimização de um Cortador de Base Flutuante para Seguimento do Perfil de Solo em Colhedoras de Cana-de-Açúcar [Tesis de doctorado, Universidade Estadual de Campinas]. Campinas, SP, 2001. desarrolló un mecanismo articulado de barras de apoyo para un conjunto de cortadores base, denominado cortador de base flotante. El mecanismo sigue la superficie del perfil del suelo en base a la fuerza de interacción desarrollada en el punto de contacto disco-suelo, para así evitar recolectar suelo durante la operación de cosecha.

Ripoli et al. (2003)RIPOLI, M. L. C., RIPOLI, T. C. C., & OLIVEIRA, M. A: Evalution of two different base cutters in green cane mechanical harvest. ASAE ANNUAL INTERNATIONAL MEETING, Las Vegas, 2003. estudiaron el mecanismo de corte de base flotante de (Volpato, 2001VOLPATO, C. E. S.: Otimização de um Cortador de Base Flutuante para Seguimento do Perfil de Solo em Colhedoras de Cana-de-Açúcar [Tesis de doctorado, Universidade Estadual de Campinas]. Campinas, SP, 2001. ), comparándolo con un cortador de base regular, controlado manualmente a diferentes velocidades. De acuerdo con los resultados obtenidos, el mecanismo, en las condiciones realizadas por el estudio, no presentó ventajas en la reducción de la presencia de suelo en la caña cosechada.

Además Salvi et al. (2005)SALVI, J. V., MILAN, M., SARRIES, G. A., SOUZA, A. B. M., NAGUMO, G. K., & MATOS, M. A.: Avaliação dos sistemas de corte basal de uma colhedora de cana de açúcar Congresso Brasileiro de Engenharia Agrícola, Canoas, . analizó el uso de un dispositivo de corte base semiautomático bajo el uso de operadores con diferentes grados de libertad. Los resultados mostraron que la habilidad-experiencia del operador influye en la altura de corte de la caña y el uso del dispositivo ayudó al operador menos experimentado a obtener una altura de corte promedio dentro del límite especificado por la industria, Sin embargo, la altura de corte no puede ser considerada bajo control estadístico y el uso del dispositivo no interfirió con los índices de impurezas minerales, en comparación con el sistema de corte base regular, controlado manualmente.

Además, en la actualidad está la presencia de diferentes sistemas de control automático de altura, como el llamado AutoTracker utilizado por la compañía CASE en todos sus modelos de cosechadoras, e igualmente el CABI utilizado por John Deere, donde los mismo ayudan en la reducción de pérdidas y daños durante la cosecha.