Despedida y bienvenida
Firmarle la libreta a un estudiante con la aprobación de la última materia es un privilegio que siempre agradezco. Muy cerca de este acto administrativo siempre están una familia, o seres queridos, que han tenido mucho o algo que ver con esa carrera que formalmente finaliza.
Este sencillo acto está cargado de significado: un integrante de la sociedad finaliza sus estudios, y se compromete profesionalmente a devolver a la comunidad lo que una red de voluntades invirtió (de diversas maneras) para que su carrera se corone con éxito.
En el Instituto Tecnológico de Motores ITM, en la tecnicatura de Diseño Industrial, el volumen de estudiantes no se puede comparar con el de las universidades, aun así, estos esporádicos finales de carrera se celebran como una medalla olímpica.
Para el destacado equipo docente que revista allí es una jornada de silenciosa satisfacción: uno más llegó a la otra orilla, y todos colaboramos para que esto sucediera. Ahora es de los nuestros.
Es el caso de Andrés Krämer, un curioso y hacendoso paisano de la zona de Chivilcoy, criado y formado en el campo, con estudios secundarios en la Técnica Inchausti. Desde la cuna, predestinado a rendir culto a la tecnología agrícola.
Cuando le tocó elegir el tema de su proyecto de graduación no había ninguna duda: Maquinaria agrícola.
El hacha finlandesa
Una de sus marcas favoritas por su relación con el diseño y la innovación es la marca finlandesa Valtra, así que su tractor autónomo fue identificado según esas tradiciones y la visión de futuro de esta remota empresa nórdica perteneciente al Grupo AGCO. Andrés ahondó en la mitología y en la historia de esa región para obtener un marco tecnológico- cultural donde desarrollar su emprendimiento de diseño.
Trabajó, desde la concepción del chasis portador, hasta en las especificaciones de energía y autonomía. Las prestaciones generales de una plataforma para ensamble de multiherramientas, y diversos accesorios. Diseño modular.
Trabajó duro y sistemáticamente, como fue siempre su proceder desde un temprano primer año 2020 desarrollado online en pandemia. Siempre su labor fue destacada; además, era uno de los pocos que encendía la cámara.
Era común verlo en cualquier exposición o acontecimiento, sea del amplio campo del diseño, o de la industria automotriz. Lo encontramos en Expo Auto Argentino, o en Autoclásica, así como también en Expoagro, Agroactiva o visitando plantas industriales; algo que vimos aquí cuando ITM recorrió Carrocerías Ugarte, o Beta Motor. De todos y cada uno de esos sitios e interlocutores Andrés se llevó algo, y supo volcarlo en su producción de diseño.
Podremos ver su interpretación de un bus urbano, o de un track day car; pero hoy nos compete apreciar su trabajo de diseño sobre su tractor autónomo nominado como Kirves (hacha en finlandés) así que dejemos que él mismo nos lo cuente.
Texto y fotos: Carlos Alfredo Pereyra
Ilustraciones: Andrés Krämer-Francisco Aguirre
Tractor Valtra Kirves
Tractor autónomo eléctrico Valtra Kirves
Proyecto de Andrés Krämer
La idea y la hipótesis
Este concepto nace buscando respuestas desde el diseño, al cómo se podría concebir un tractor en un futuro con electrificación y diversidad de sistemas de propulsión, siguiendo las tendencias de automatización y precisión que calan en cada sector de la actividad agropecuaria.
Para ello se observó bastante al pasado, y presente también, rescatando de principios de la historia del tractor, lo polifacético de la unidad a pesar de su simplicidad en comparativa a las unidades actuales. Con esto último se hace alusión a preparar el tractor para accionar cualquier tipo de maquinaria usual en el sector, como ocurría hace tiempo.
Uno de los ejes fundamentales resultó ser la automatización y autonomización de la maquinaria. Buscando optimizar recursos, principalmente tiempo (por ende, energía), reduciendo al máximo posible los tiempos muertos (carga de semilla, repostaje de combustible, descansos de operarios, etc.) y los errores (principalmente humanos, a causa de distracción, cansancio, falta de habilidad, visibilidad, etc.).
Parte del infinito sistema que se puede integrar al Tractor Valtra Kirves
Configuración, la base
En respuesta, se decidió un tren motriz eléctrico, con baterías recambiables, y transmisión de potencia hidrostática-hidráulica. La distribución de estos componentes se dio simétricamente de adelante hacia atrás y de derecha a izquierda, de esta forma quedan en el centro del tractor 2 “cajones” de apertura hidráulica lateral que contendrán 3 baterías c/u. de allí hacia cada eje, un motor eléctrico, con su regulador y reductora, alimentando mediante esta última una bomba hidrostática (ambas interconectadas en caso de rotura/pérdida de presión, encargadas de proporcionar tracción y alimentar las bombas hidráulicas). Para accionar implementos y mecanismos hidráulicos cada punta del tractor cuenta con 2 bombas hidráulicas.
El chasis rodea todos estos componentes, resultando en vista superior una forma de cruz doblemente simétrica. Esta característica permite ubicar los demás elementos de la máquina con este mismo sentido simétrico; inclusive las orugas, que proporcionarán la tracción y vínculo con el suelo al tractor.
Simetría y diseño modular. La propuesta de Andrés Krämer para su tractor autónomo Valtra Kirves
Se eligieron las orugas trapezoidales escalenas, que combinan la mayor flotabilidad, y menos compactación, menos posibilidad de rotura, comparado a un neumático; y particularmente menos rotura de suelo frente a otro tipo de orugas. Se dotó de un gran espacio para que puedan realizar además de un gran ángulo de giro, movimiento lateral, es decir perpendicular al avance normal, esto no sería posible si no se suprimieran, cómo es el caso, las crucetas, semiejes, y dirección convencionales, por un motor hidrostático dentro de la llanta principal y en cada oruga, acompañado de un piñón hidráulico de dirección que permite cualquier ángulo. Todo acompañado por suspensión hidráulica.
El enfoque autónomo lleva rápidamente a pensar en aprovechar la parte superior del tractor, dada la ausencia de cabina. Para ello se desarrolló un sistema para acoplar implementos en la parte superior.
Valtra, y la tierra
Se bautizó al proyecto: “Kirves”, que proviene del finés, significa “hacha”. La cuál es una herramienta muy representativa de Finlandia, de dónde Valtra es originaria. Además, el hacha se cree que era una de las herramientas de Ukko, dios de la fertilidad de la tierra, la lluvia y el trueno, en la mitología de este país.
Valtra se escogió como marca debido a su gran empeño en el diseño, en la ergonomía, y en diferenciar a sus productos del resto, mencionar también su iniciativa con el concurso de diseño Valtra Challenge.
Soluciones y diseño
Volviendo a sus características, comentando su conformación.
Autónomo y más
Para poder ser autónomo, y sólo indicar dónde queremos que trabaje, y que debe hacer de forma remota, mediante un smartphone o similar, se debieron diseñar los elementos que ayudan al tractor en esto.
Cuenta con 4 tótems de visión (uno por esquina del tractor), que nuclean Radar, cámara 3d, Lidar, cámara RGB, y sensores de proximidad.
Esto sumado al sistema GPS reajustable por dron (se guarda en la cubierta superior), y la capacidad de dirigirse a distancia le otorgan una completa autonomía. El dron solo entra en acción cuando se acopla algo a la parte superior del tractor, para evitar interferencias en la señal GPS el dron lleva este receptor a la parte superior del implemento más alto acoplado.
Enganchar y, a trabajar
Para acoplar implementos (en frente o detrás) específicamente diseñados para este tractor, se cuenta con levante 3 puntos, toma eléctrica, toma de fuerza, y toma hidráulica. Mismo sistema que sirve para vincularse al acoplador.
100% compatible
Y para aperos no específicos, se tomó la decisión de diseñar un implemento anexo al tractor, que hace de vínculo entre el mismo y cualquier tipo de implemento. Dicho "Acoplador", sistema al cuál el tractor puede acoplarse autónomamente (con su 3 puntos frontal o trasero), disponiendo de todos los sistemas de acople universales de actividades agropecuarias y forestales. Acople 3 puntos, acople 1 a 3 bochas (regulables en altura), 8 tomas hidráulicas, toma de fuerza, enganche convencional (regulación en altura) y conexión eléctrica. Además, con sus "pies" hidráulicos permiten dejar este accesorio a la altura deseada y acoplado a cualquier implemento. Contando además con memorias, que permiten guardar configuraciones de diferentes implementos, para que luego el tractor sepa con que, como acoplarlo y mediante qué regulación.
Aprovechando el espacio
En la parte superior, previamente mencionada, se incluyeron a forma de sistema de acople de aperos, 8 twistlocks, sistema ampliamente usado en contenedores, de fácil accionamiento hidráulico. Con ellos se puede acoplar diversos objetos cómo tolvas, tanques, en inclusive una cabina para ciertas ocasiones. Los componentes no acoplados descansan en estructuras metálicas que suspenden a los mismos a una altura propicia para que el tractor pase debajo y eleve levemente su suspensión hidráulica para acoplar el implemento deseado y continuar. Misma lógica aplicada a desacoplar, todo sin ayuda de una persona o robot.
Baterías, guardado y recarga
Las baterías se alojan en la parte central del tractor, 3 por cada banda, cada grupo portado sobre un cajón L. Se despliega lateralmente para permitir su recambio y posterior recarga.
El tractor se aproxima a la zona de carga de baterías, despliega el cajón, y el portón del mismo se abre en 2 hojas, la unidad de recarga, esperará con su portón que abate 90° hacia arriba, evitando inclemencias naturales sobre las baterías. Desde dentro de la estación de recarga se despliega una grúa puente, la cuál con movimientos automatizados, bajará su extremo con 4 “ganchos” y retirará la primera batería del cajón y colocándola en una base dentro, donde se recargará en óptimas condiciones, luego la grúa tomará de la misma forma una batería, ya cargada, y la colocará en lugar de la otra, y así con las dos restantes de ese cajón. Automáticamente el tractor se colocará permitiendo acceder a su cajón contrario para realizar el mismo procedimiento. Esto significa que dentro del container habría 6 baterías cargadas, y al terminar la maniobra habría otras 6 recargándose
No sólo un cargador
En sí misma, la estación de carga es un pequeño container el cuál dentro, cuenta con lugar suficiente para albergar 12 baterías (equivalente a 2 juegos completos) y el mencionado sistema de grúa puente, con guiado en los tres ejes. Todo va montado sobre 4 ruedas, para permitir ser trasladado, inclusive, sobre un carretón.
Esta solución para la recarga, evita que el tractor deba esperar a ser cargado, tiempo que puede variar según el estado, carga y temperatura de las baterías, pero con el recambio, el tiempo de la maniobra es siempre el mismo.
Fuentes y posibilidades
Utilizar powertrain eléctrico permite una amplia modularidad a la hora de la proveniencia de la energía, cosa más limitada en el resto de formas de propulsión. Según las características del lugar de trabajo o las condiciones, el mismo conjunto (tractor-baterías-centro de carga) puede no sólo transportarse sobre ruedas, sino sobre carretón, y admitir electricidad que provenga de red pública; privada, energía eólica, nuclear, hidrógeno (ej.: verde, azul.), biomasa/biogás, o de cualquier tipo.
La idea es promover fuentes de energía sustentables, que se puedan adaptar fácilmente a este sistema. Debido a que en el campo, en casi todos los casos, se obtienen alguna de estas, el Kit podría pedirse con: biodigestores de materia orgánica y su correspondiente turbina. Generador de biodiesel, generador eólico, motor de hidrógeno verde, o inclusive colectores solares (a la tecnología de hoy, principalmente de forma complementaria). Según la zona/región, se podrán hacer alianzas con proveedores homologados de estas tecnologías, o bien asociarse con fabricantes a mayor escala.
El centro de carga cuenta con ruedas que permiten llevarlo en modo tráiler con el tractor, o sobre carretón. Tiene, en el sector posterior, sus conexiones preparadas para cualquier fuente de electricidad, transformador, tablero de supervisión y encendido/apagado, bajo una tapa ligera, con iluminación, que abate 90° hacia arriba. A su lado escalera para acceder a la parte superior, donde se encuentra fija sobre un trípode una antena
Las baterías tienen su conexión tanto al tractor como al cargador en la parte inferior, en el tractor y el cargador, dos rieles inferiores transportan el positivo y el negativo. Esto permite un fácil acople y desacople ya que la forma permite un sostén físico suficiente en forma estática. Aunque para garantizar que las mismas no se muevan, ni golpeen o desconecten, en la parte superior se despliega haciendo presión sobre las baterías 2 travesaños hidráulicos anclados al chasis, los que garantizan que las mismas no se muevan y proporcionan un nivel de amortiguación más.
Juego de baterías en el Tractor Valtra Kirves. Van 3 por banda.
El vínculo con el suelo
Las orugas trapezoidales escalenas tienen un rodillo delantero suspendido por encima de la línea de apoyo, transfiriendo parte de la masa de la máquina a este rodillo. Esto mejora sustancialmente el ángulo de ataque, y no afecta demasiado al largo y maniobrabilidad de la unidad, siendo altamente, funcionales en suelos barrosos. Esto se suma a los 2 rodillos principales por lado y 3 de suspensión en medio, sumando 10 puntos de reparto de presión. Lo que hace más uniforme la fuerza y tracción, resultando en menor compactación y arrastre.
Los rodillos centrales son convencionales, oscilan axialmente y tienen suspensión independiente uno de otro. Además, los rodillos principales de apoyo y tensión que forman el esquema de trapezoide, están conectados entre sí, de forma hidráulica, para mantener la suspensión adecuada con esos mismos pistones hidráulicos y la tensión suficiente para la banda de caucho.
Por otra parte, cada oruga está anclada a al chasis independientemente del resto, esto para permitir que la suspensión hidráulica de doble brazo que nace del mismo pilar que el brazo que sostiene la oruga, pueda elevar y suspender a la oruga en el aire para que esta pueda girar 90 grados, para hacer maniobras de estacionamiento o acople de máquinas en lugares superreducidos.
El gran espacio que se reserva a cada oruga le permite activar el modo cangrejo hasta 45 grados de apertura y 90 en caso de maniobra reducida.
Esto no sería posible sin la existencia de un sistema de dirección de engranajes hidráulicos, el cuál apenas ocupa espacio sobre el eje. Lo mismo no sería posible si se contase con direcciones convencionales.
Cabina: implemento principal
Para ampliar el rango de utilidad y modularidad del tractor, se diseñó en forma de implemento acoplable en la parte superior, una cabina, la cual necesita 4 de los 8 twistlocks (permitiendo acoplarse en tres sectores distintos del tractor). Esto sumado a su giro 360° (gracias al acople central de conexión hidráulica, y eléctrica) permiten una gran versatilidad de cabina.
Para acceder a la cabina, primero hay que llegar a la cubierta del tractor, para ello se despliegan las puertas laterales del tractor (mismas por donde se despliega el cajón de baterías), y de allí se posicionan escalones y barandas que permiten subir con facilidad, una vez arriba a menos de 2 pasos se encontrará la puerta de la cabina. La apertura de la puerta es eléctrica y por corredera, sólo del lado izquierdo de la cabina, está última en posición central simplemente abrirá la puerta y desplegará un escalón para facilitar acceso junto a las agarraderas a ambos lados e iluminación del sector. En caso que la cabina esté en posición de más adelantada, la cabina girará (unos 45°) sobre su mismo eje para acercar el acceso a la puerta al operador.
Dentro, y en posición central, se ubica el asiento del conductor, ergonómico y con regulaciones múltiples, suspensión neumática. A cada lado, un apoyabrazo y un mando manual. Con el mando izquierdo se controla la dirección y sus modos, si se activa el modo “slow”, pasa a controlar avance y dirección, para permitir más funciones al joystick derecho, el cuál en modo normal dirige el avance del tractor, y tiene 2 switches configurables para manejos rápidos de implementos. En el lado derecho, además, se ubican próximos al apoyabrazo, las 4 teclas de control de hidráulicos, con un switch para elegir sector frontal o trasero. Más a la derecha, una pequeña palanca para controlar la altura de los brazos de 3 puntos seleccionados, y delante a ella una perilla para control de toma de fuerza, y detrás una de las pantallas que permiten múltiples y configurables funciones. Completa el sector lindante al apoyabrazos una pequeña gaveta con tapa (que sirve de mesa pequeña) para objetos planos cómo celular, cuadernos, o billeteras.
En este sector, desde el parante central, nace un brazo con 4 articulaciones que sostiene una pantalla de igual tamaño a la del periférico derecho, pero con un grado de ajuste y posicionamiento mayor gracias a las características mencionadas. Desde estas 2 pantallas, se pueden realizar configuraciones de todo acerca del tractor y sus implementos, inclusive revisar la navegación y los mapas de seteo de implementos y labores.
Estas se complementan con 2 pantallas verticales más extensas, una en cada parante frontal, a la altura de la visual, las cuales nuclean principalmente la función de retrovisor y asistente de maniobras de acople manual de implementos, aprovechando las ya mencionadas cámaras y asistentes autónomos de la conducción. También muestran advertencias e información importante acerca del tractor, el entorno, y la actividad que se realiza.
A diestra se encuentran varios útiles, debajo de los periféricos y hasta el cristal posterior, se encuentra un sitio de almacenamiento con refrigeración, para alimentos principalmente, que cuenta con doble gaveta para diferentes temperaturas. Ambas se despliegan hacia el frente y para ello, una agarradera asiste al operario desde la altura próxima a su rodilla.
Debajo de esta gaveta desplegada, hay una zona de grip, que permite dejar calzado y objetos con suciedad para no esparcirlos por el suelo (lavable igualmente). Sobre este equipo y tras los periféricos derechos, una moldura permite dejar objetos cómo botellas u objetos de similar tamaño que no requieran refrigeración. Se complementa con 2 posavasos de diferente tamaño próximos al parante central, los mismos pueden recibir 2 niveles de frío desde el mencionado refrigerador que se encuentra debajo.
Tras el asiento, unas molduras voluminosas ocultan parte de los mecanismos con los que cuenta la cabina, y en su parte baja una amplia salida de aire acondicionado.
A la izquierda del asiento del conductor y un poco más atrás (para estorbar menos la vista y también por cuestión de espacio) se halla el sillín del acompañante que debajo tiene un cajón para guardar otros objetos y herramientas.
En el parante derecho delantero abajo se ubica el extintor, cerca del operario y del cristal derecho (colapsable en caso de urgencia). La 2 ventanas laterales-traseras, son pivotantes, para proporcionar ventilación, esta misma característica la tiene la luna superior delantera, que además cuenta con una cortina plegable para reducir la entrada de luz.
La zona superior contiene la mayor parte del equipo de climatización, hacia atrás se ubica el compresor y las tomas de aire con sus filtros, en el lado de adentro las salidas se encuentran mayormente en el perímetro del techo hasta los parantes frontales y traseros. Próximas a las toberas, se hallan las luces de ambiente y las de cortesía (más potentes) además de los parlantes.
El centro del techo tiene una escotilla sólida y colapsable en caso de emergencias (posibilita la salida/entrada de una persona), que en el lado externo sirve de apoyo al sistema Dron-GPS.
Ya por fuera, el resto del techo se compone por superficie transitable, una baranda que rodea los laterales y la parte trasera, a la cual está anclada una escalera desplegable para acceder al mismo.
Cercano a las esquinas traseras posee 2 balizas giratorias donde, además, hay ganchos anclados a la estructura de la cabina que permiten retirar a la misma, con una grúa por ejemplo.
Los conjuntos de iluminación se encuentran en la parte alta, tanto de atrás cómo de adelante, dentro de ambas ópticas hay unidades de alta potencia para la visión nocturna en campo, dando 360 grados de iluminación con alto poder. El sector frontal cuenta con luces diurnas led, altas, bajas, y balizas, para uso reglamentario en ruta, mientras la parte posterior cuenta con sus luces de posición, freno, baliza y retroceso respectivamente (complementándose con la misma composición de luces en los sectores frontal/posterior del tractor, a diferencia agrega anti nieblas).
Implementos
Se diseñaron a modo demo, implementos de acople trasero, delantero y superior.
Para el frente (bien podría ir detrás), una moderna pulverizadora demuestra en renders la posibilidad de acoplar sólo con el “3 puntos” y sus conexiones en posición un implemento muy usual.
Para el sector posterior, una sembradora compacta de aspecto inspirado en la gama Kirves, permite observar la misma situación, pero con otro tipo de actividad.
Diseñado para acople superior, una tolva/tanque, que bien podría ampliar la capacidad de la sembradora, pulverizadora o cualquier tipo de aplicación, en este caso a modo demostrativo igual que el implemento anterior en maqueta y render. Se muestra con acople de 4 twists, bien se podría pedir con acople de 6 u 8 twists y mayor volumen, por consiguiente.
Reposo
Todos los implementos, inclusive la cabina, al no estar acoplados al tractor, descansan sobre una estructura diseñada exclusivamente para recibir a los mismos.
Este sistema consiste de 2 pares de columnas, cada par conecta sus columnas con 2 barras, la más externa, recibe el borde del chasis inferior de todos los implementos.
Para acoplar un implemento de este tipo, el tractor pasa por debajo, alineando sus twistlocks con los pares huecos del implemento que descansa sobre la estructura, entonces el tractor eleva su suspensión para permitir el acople de los twistlocks. Inmediatamente, eleva al máximo la suspensión, para que el implemento abandone el contacto con la estructura, y entonces avanzar hacia la dirección conveniente y salir a trabajar.
la maniobra de desacople implica lo mismo, pero al revés, llegará el tractor con su implemento y la altura elevada, bajará hasta que el implemento logre sustento en la estructura, para entonces liberar los twistlocks, bajar la suspensión, y seguir camino, por ejemplo, a acoplar otro implemento.
Síntesis y conclusión
Se considera a este proyecto una propuesta, más allá del diseño de una posible visión de vehículo/solución de tracción eléctrica para un futuro, ni autónomo sin más.
Se buscaron y analizaron múltiples soluciones, múltiples situaciones, para poder resolver de esta forma, considerando lo esperable y lo actual en tecnologías disponibles en todos los ítems tratados y diseñados; morfologías que acuden a solventar las posibles partes y conjuntos que componen al tractor propuestos y a sus sistemas que acompañan y conforman un conjunto de productos.
Claramente no se pierde de vista, lo que se puede avecinar en futuros posibles en cuestiones de propulsión, aun así, el resto del proyecto fuera de la propulsión sostiene una propuesta y un flujo de trabajo innovador, sin perder la versatilidad, es más, incrementándola, como se decía al inicio, también con la intención de reducir riesgos y errores; que pueden costar tiempo, dinero, recursos, inclusive salud.
Probablemente un gran aliado a estas tecnologías venga de la mano con la inteligencia artificial, que podría “enseñar” al tractor a realizar actividades, mientras uno lo conduce de forma remota, o en la cabina montada.
La modularidad del proyecto está a la vista, potenciada gracias a las características de forma de acople múltiple, lo que haría muy universal el uso del módulo tractor en cualquier actividad agrícola o similar.
Tractor Valtra Kirves - Fotogalería
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