DISPOSITIVO PARA EQUILIBRAR O MULTIPLICAR FUERZAS, APLICABLE A UN APARATO VAREADOR RECOLECTOR MECÁNICO PORTÁTIL
Ámbito de la invención La presente invención concierne a un dispositivo para equilibrar o multiplicar fuerzas en un aparato provisto de una vara terminada en un miembro de actuación accionada y guiada para efectuar un movimiento vibratorio lineal de vaivén. El dispositivo de la invención es aplicable particularmente, aunque no exclusivamente, a un aparato vareador recolector mecánico portátil destinado a tareas de recolección de frutos arbóreos, tales como aceitunas y almendras.
Antecedentes técnicos
De una manera genérica, este tipo de aparatos comprende una estructura de soporte, tal como un chasis, carcasa o cárter, al que está fijado un motor o toma de fuerza conectado por medio de un embrague centrífugo a un mecanismo generador de vibración, el cual está adaptado para convertir el movimiento giratorio en un movimiento vibratorio lineal alternativo. Una vara provista de al menos una porción guiada linealmente respecto a dicha estructura de soporte está conectada a la salida de dicho mecanismo generador de vibración, y un miembro de actuación está fijado a un extremo distal libre de dicha vara.
En el caso específico de los aparatos vareadores de uso agrícola, el citado miembro de actuación está constituido por un gancho adaptado para ser sujetado a una rama o tronco secundario de un árbol o arbusto con el fin de transmitirle el movimiento vibratorio generado por el aparato y con ello forzar el desprendimiento de frutos de dicha rama o tronco secundario. En la técnica del sector se conocen varios aparatos vareadores recolectores mecánicos portátiles del tipo arriba descrito, como por ejemplo los descritos en los documentos FR-A- 2305927, US-A-3924390, y ES-A-1000253. En este tipo de máquinas en general, el motor es de combustión interna, de dos tiempos, y a continuación del embrague está acoplado un dispositivo reductor, ya sea por engranajes, correas o una combinación de los mismos. El mecanismo generador comprende usualmente un mecanismo de biela y manivela o cigüeñal. En un extremo del
chasis o cárter, distal del motor, se encuentra un dispositivo de guía lineal para la citada porción guiada de la vara, y ésta presenta un largo tramo en voladizo hasta el gancho. La vara puede estar formada por dos o más porciones unidas por accesorios de empalme de seguridad. En los aparatos del tipo descrito, existe una estrecha relación entre el peso, o más específicamente, la masa, de la máquina y la fuerza transmitida por la vara a la rama en cada sacudida del movimiento vibratorio, para un mismo par de giro o potencia del motor. Esto es así debido a que tanto la fuerza de activación generada por el motor como el desplazamiento de la carrera del mecanismo generador se reparten, en virtud de las fuerzas de reacción y de inercia, entre el conjunto de la máquina unida al chasis y el conjunto de la vara agarrada a la rama en función de sus masas respectivas. Es decir, cuanto mayor es la masa de la máquina en relación con la masa del conjunto de vara y rama, una mayor parte de la fuerza total y de la carrera total se transmiten a la vara y por consiguiente a la rama. Sin embargo, dado que un aparato con una gran masa resulta fatigoso de manejar por el operario, a menudo se busca un máximo aligeramiento del aparato a pesar de obtenerse con ello un menor rendimiento y una mayor transmisión de vibraciones al operario.
La solicitud de patente internacional WO 03/005810, del actual solicitante, expone un aparato vareador que incluye dispositivo equilibrador y multiplicador de fuerzas aplicable a un aparato vareador recolector mecánico portátil del tipo arriba descrito encaminado a disminuir las vibraciones experimentadas por la máquina y eventualmente a aumentar el rendimiento del trabajo efectuado por la vara. Tal aparato comprende, como es convencional, un mecanismo generador de vibración conectado a una vara guiada linealmente para convertir un movimiento giratorio del motor en un movimiento a lineal de vaivén de la vara. El dispositivo comprende un desplazador accionado por dicho motor para desplazar una masa en una trayectoria de vaivén opuesta en el espacio y simultánea en el tiempo a la trayectoria de la vara. El valor de dicha masa y el de su carrera de vaivén están seleccionados en combinación para crear una fuerza de inercia contraria capaz de equilibrar e incluso superar la fuerza de inercia ocasionada por la vara. En el citado documento se describen varios
ejemplos de realización en todos los cuales las trayectorias de los centros de masas de la vara y de la mencionada masa son paralelas.
Si bien la disposición de la mencionada masa accionada para desplazarse en vaivén de manera simultánea con la vara ha demostrado unos resultados sorprendentemente buenos en cuanto al aumento del rendimiento y a la mitigación de la transmisión de vibraciones al operario, también ha hecho aparecer un nuevo efecto indeseado consistente en una tendencia a la oscilación del aparato en un plano que comprende ambas trayectorias de la vara y de la masa. Esta oscilación es debida a los pares de giro generados por las fuerzas de inercia de la vara y la masa en direcciones paralelas opuestas separadas por una distancia. En la referida solicitud de patente WO 03/005810 se hace mención de la conveniencia de que las trayectorias de la vara y la masa sean lo más próximas posibles. Sin embargo, no se describe ni se sugiere ningún ejemplo de realización con trayectorias alineadas, sino sólo una aproximación, mostrada en la Fig. 5A, en la que la masa, la cual está guiada en una trayectoria separada de la de la vara, tiene un perfil de sección transversal en "U" cuyos brazos rodean parcialmente una zona de la vara para desplazar el centro de masas de la masa hacia la trayectoria de la vara. Esta solución puede mitigar hasta cierto punto el problema de oscilación mencionado más arriba pero no lo elimina substancialmente.
El objetivo de la presente invención es el de dar solución a los problemas de oscilación asociados al sistema de equilibrado del estado de la técnica expuesto más arriba mediante la aportación de un dispositivo para equilibrar o multiplicar fuerzas, aplicable a un aparato vareador recolector mecánico portátil, que incluye una masa accionada para efectuar un desplazamiento opuesto al de la vara y donde la trayectoria del movimiento de la masa está alineada con la trayectoria de desplazamiento de la vara.
Exposición de la invención El anterior y otros objetivos se alcanzan, de acuerdo con la presente invención, aportando un dispositivo para equilibrar o multiplicar fuerzas, aplicable particularmente, aunque no exclusivamente, a un aparato vareador recolector mecánico portátil. El Dispositivo comprende una estructura de
soporte, tal como un chasis, carcasa o cárter, a la que está fijado un motor o toma de fuerza, y una vara terminada en un miembro de actuación y provista de al menos una porción guiada linealmente respecto a la estructura de soporte en una primera guía. Un primer mecanismo generador de vibración está dispuesto para convertir un movimiento giratorio de dicho motor en un movimiento vibratorio lineal de vaivén de la mencionada vara. Un segundo mecanismo generador de vibración está coordinado con dicho primer mecanismo generador de vibración para convertir un movimiento giratorio de dicho motor en un movimiento vibratorio lineal de vaivén una masa guiada linealmente respecto a la estructura de soporte por una segunda guía paralela a dicha primera guía, siendo una trayectoria de vaivén del centro de masas de la masa substancialmente opuesta en el espacio y simultánea en el tiempo a una trayectoria de vaivén del centro de masas del conjunto de elementos vinculados a la vara y dotado de movimiento de vaivén en relación con la estructura de soporte. El dispositivo de la invención está caracterizado porque dicha masa es de configuración tubular y tiene al menos una porción de superficie exterior guiada respecto a la estructura de soporte por dicha segunda guía, y una abertura longitudinal pasante en la que está instalada la vara, constituyendo dicha abertura longitudinal pasante de la masa la citada primera guía para la vara. Con ello, la citada trayectoria de vaivén del centro de masas de la masa está substancialmente alineada con dicha trayectoria de vaivén del centro de masas del conjunto de elementos vinculados a la vara y dotados de movimiento alternativo.
Con esta disposición quedan virtualmente suprimidos los pares de giro generados por las fuerzas de inercia de la vara y la masa en direcciones opuestas, puesto que ambas trayectorias están alineadas y, por consiguiente, no existe una distancia de separación entre ambas fuerzas normal a la dirección de las mismas. Al igual que en el aparato del estado de la técnica, el valor de la masa y la amplitud de su trayectoria de vaivén están seleccionados en combinación para crear una fuerza de inercia contraria capaz de equilibrar total o parcialmente la fuerza de inercia ocasionada por la masa del citado conjunto de elementos vinculados a la vara, con un significativo aumento del rendimiento y una disminución de las vibraciones transmitidas al operario. Eventualmente, el
valor de dicha masa y la amplitud de su trayectoria de vaivén se pueden seleccionar para crear una fuerza de inercia contraria mayor que la fuerza de inercia ocasionada por la masa del citado conjunto de elementos vinculados a la vara, aportando con ello una componente de fuerza activa que se añade a la fuerza activa proporcionada por el motor a la vara, lo que incrementa la amplitud del desplazamiento de la vara respecto a la carrera del primer mecanismo generador de vibración.
Ventajosamente, tanto el primer mecanismo generador de vibración como el segundo mecanismo generador de vibración comprenden sendos mecanismos de biela y manivela, donde la cabeza de la biela del primer mecanismo está conectada articuladamente a la vara y la cabeza de la biela del segundo mecanismo está conectada articuladamente a un extremo proximal de la masa tubular. En un ejemplo de realización, las manivelas de los primer y segundo mecanismos están dispuestas mutuamente adyacentes formando un doble cigüeñal conectado por un extremo a un eje accionado por el motor y por el otro extremo a un eje de muñón coaxial de dicho eje accionado. Ambos eje accionado y eje de muñón están guiados para girara respecto a la estructura de soporte según un eje de giro transversal a los movimientos de vaivén de la vara y de la masa. Un eje de salida de un mecanismo de embrague centrífugo asociado al motor termina en un piñón cónico que está engranado con una corona dentada cónica solidaria del eje del cigüeñal.
Breve descripción de los dibujos
Las anteriores y otras características y ventajas resultarán más aparentes a partir de la siguiente descripción detallada de un ejemplo de realización con referencia a los dibujos que la acompañan, en los que: la Fig. 1 es una vista en alzado lateral parcialmente seccionada de un aparato vareador recolector mecánico portátil al que está aplicado el dispositivo para equilibrar o multiplicar fuerzas de acuerdo con la presente invención; y la Fig. 2 es una vista parcial ampliada en alzado lateral seccionado del dispositivo para equilibrar o multiplicar fuerzas de la Fig. 1.
Descripción detallada de un ejemplo de realización
Haciendo en primer lugar referencia a la Fig. 1 , en ella se muestra el dispositivo para equilibrar o multiplicar fuerzas de acuerdo con la presente invención aplicado a un aparato vareador recolector mecánico portátil, el cual es del tipo que comprende una estructura de soporte 1 , constituida por un chasis, carcasa o cárter, en un extremo del cual está soportado un motor 2. De un extremo opuesto de la estructura de soporte 1 sobresale una vara 3 terminada en un miembro de actuación 3a, tal como un gancho destinado a ser sujetado a una rama o tronco secundario de un árbol.
Tal como se muestra mejor en la Fig. 2, la vara 3 tiene una porción guiada linealmente respecto a la estructura de soporte 1 por una primera guía 4, y está conectada a un primer mecanismo generador de vibración 7 dispuesto para convertir un movimiento giratorio de dicho motor 2 en un movimiento vibratorio lineal de vaivén de la vara 3. Alrededor de una parte de dicha porción guiada de la vara 3 está dispuesta una masa 5 que tiene una porción de superficie exterior 5a guiada linealmente respecto a la estructura de soporte 1 por una segunda guía 6, alineada con dicha primera guía 4. Un segundo mecanismo generador de vibración 8, coordinado con dicho primer mecanismo generador de vibración 5, está dispuesto para convertir el movimiento giratorio del motor 2 en un movimiento vibratorio lineal de vaivén de la masa 5. La mencionada segunda guía 6 está constituida por una pieza tubular fijada a la estructura de soporte 1 , y la masa 5 es también de configuración tubular y tiene una abertura longitudinal pasante en la que está instalada la vara 3 y que actúa como la primera guía 4 para la vara 3.
Así, la vara 3 y la masa 5 son coaxiales y, por consiguiente, la trayectoria de vaivén del centro de masas de la masa 5 está substancialmente alineada con la trayectoria de vaivén del centro de masas de la vara 3, incluyendo el conjunto de elementos vinculados a la vara 3, tales como el citado gancho 3a. Además, tal como es conocido, los primer y segundo mecanismos generadores de vibración 7, 8 están dispuestos para impartir respectivamente a la vara 3 y a la masa 5 unas trayectorias de vaivén en direcciones opuestas en el espacio y simultáneas en el tiempo. Las fuerzas de inercia generadas por los desplazamientos de la vara 3 y la masa 5 en direcciones opuestas no crean un par de giro puesto que no existe una distancia normal de separación entre ellas
y, por consiguiente, quedan substancialmente eliminados los problemas asociados a tales pares de giro existentes en los dispositivos del estado de la técnica.
El primer mecanismo generador de vibración 7 comprende una primera manivela 9 solidaria de un eje 10 accionado por el motor 2 y una primera biela 11 que tiene un pie 11a conectado articuladamente a una primera muñequilla 9a de dicha primera manivela 9 y una cabeza 11b conectada articuladamente a un pasador 12a de un acoplamiento 12 vinculado a un extremo proximal de la vara 3, mientras que el segundo mecanismo generador de vibración 8 comprende una segunda manivela 13 solidaria de dicho eje 10 accionado por el motor 2 y una segunda biela 14 que tiene un pie 14a conectado articuladamente a una segunda muñequilla 13a de dicha segunda manivela 13 y una cabeza 14b conectada articuladamente a una tercera muñequilla 15 unida a un extremo proximal de la masa 5. Ventajosamente, dichas primera y segunda manivelas 9, 13 están dispuestas mutuamente adyacentes formando un doble cigüeñal que incluye un eje de muñón 10a coaxial con el eje 10 en el lado opuesto al eje 10. Tanto el eje 10 como el eje de muñón 10a están guiados para girara respecto a la estructura de soporte 1 según un eje de giro transversal a los movimientos de vaivén de la vara 3 y de la masa 5. El eje 10 es solidario de una corona dentada cónica 16 accionada por un piñón cónico 17 unido a un eje de salida 18 del motor 2 o de un mecanismo de embrague centrífugo asociado al motor 2. Evidentemente, si el aparato estuviera equipado con una toma de fuerza (no mostrada) en vez de un motor, de la toma de fuerza
Aunque en el ejemplo de realización ilustrado se utilizan mecanismos de biela y manivela para generar los movimientos vibratorios de vaivén, la presente invención no está limitada a los mismos e igualmente podría incorporar cualesquiera de los mecanismos conocidos para convertir el movimiento giratorio en un movimiento vibratorio lineal alternativo conocidos en el estado de la técnica, pudiendo ser ambos mecanismos del mismo tipo o de tipos diferentes. También la transmisión de movimiento por engranaje cónico podría substituirse por cualquier otro medio de transmisión conocido con un resultado equivalente.
Siguiendo con el ejemplo de realización ilustrado en las figuras, la vara 3 está montada de manera deslizante en la abertura longitudinal pasante de la masa 5 que constituye la primera guía 4, y dicha porción de superficie exterior 5a de la masa 5 está montada de manera deslizante en la segunda guía 6. Para facilitar un buen deslizamiento y mitigar efectos de desgaste y calentamiento, la masa 5 está hecha de un material de bajo coeficiente de fricción, tal como un material plástico eventualmente con cargas para aumentar su densidad. Alternativamente, la masa 5 puede ser de un material adecuado por su densidad donde al menos la superficie exterior 5a y la abertura longitudinal pasante de la masa 5 están recubiertas, por ejemplo, de una película de material de bajo coeficiente de fricción o incluyen un tratamiento superficial destinado a proporcionar una mayor dureza y un menor coeficiente de fricción al material superficial.
Ventajosamente, la estructura de soporte 1 define un cárter estanco conteniendo aceite o grasa para lubricar los mecanismos generadores de vibración 7, 8 y el guiado de la vara 3 y la masa 5. El dispositivo puede incluir configuraciones para favorecer la formación de una lámina de aceite lubricante entre la primera guía 4 definida por la masa 5 y la porción guiada de la vara 3, como por ejemplo unos orificios 19 en la pared de la porción guiada de la vara 3 o unas regatas en espiral (no mostradas) o similares en la pared interior del orificio pasante de la masa 5. Tal como es habitual, la vara 3 puede estar formada por diferentes tramos empalmados entre sí mediante dispositivos adecuados, y los diferentes tramos de la vara pueden ser de diferentes características y propiedades en función de las necesidades y exigencias de cada uno.
En el ejemplo de realización ilustrado, tanto la porción guiada de la vara 3 como la porción de superficie exterior 5a de masa 5 como son cilindricas, y las respectivas primera y segunda guías 7, 8, son asimismo cilindricas, por lo que éstas no ejercen ninguna restricción para el libre giro de la vara 3 y la masa 5 sobre su eje longitudinal. Para evitar que un giro de la vara 3 provocado, por ejemplo, por la acción del gancho 3a sobre una rama o tronco secundario de un árbol, se transmita en forma de un par de giro perjudicial sobre la primera biela 11 , dicho acoplamiento 12 incluye un dispositivo 20 para facilitar un libre giro de
la vara 3 alrededor de un eje longitudinal de la misma al tiempo que transmite fuerzas de empuje y tracción en la dirección de la trayectoria del citado movimiento vibratorio lineal de la vara 3. El citado dispositivo 20 es convencional y está descrito, por ejemplo, en el documento ES-A-1052281 , por lo que su descripción será omitida.
Las amplitudes de las trayectorias de vaivén de la vara 3 y de la masa 5, es decir, sus carreras, no tienen porqué ser ¡guales. En general, la carrera de la vara está seleccionada en función de la aplicación, por ejemplo, el tipo de cultivo al que el aparato está dedicado, y el valor de la masa 5 y la amplitud de su carrera están seleccionados en combinación para crear una fuerza de inercia contraria capaz de equilibrar total o parcialmente la fuerza de inercia ocasionada por la masa del citado conjunto de la vara 3 y elementos vinculados a la vara 3. Opcionalmente, el valor de dicha masa 5 y la amplitud de su carrera pueden estar seleccionados en combinación para crear una fuerza de inercia contraria mayor que la fuerza de inercia ocasionada por la masa del citado conjunto de vara 3 y elementos vinculados, aportando con ello una componente de fuerza activa que se añade a una fuerza activa proporcionada por el motor 2 a la vara 3 e incrementando la amplitud del desplazamiento de la vara 3 respecto a la carrera del primer mecanismo generador de vibración 7. El anterior ejemplo de realización tiene un carácter meramente ilustrativo y no limitativo del alcance de la presente invención, el cual está definido por las reivindicaciones adjuntas.