Ensayo de Tractores

Ensayo de tractores Ensayos a la barra de tiro:

Por medio de un dinamómetro colocado entre el enganche del tractor y la herramienta podemos cuantificar el esfuerzo de tiro (expresado en Kg.) que nos estará demandando la herramienta a esa velocidad, profundidad y tipo de suelo. Así se puede tener una noción más exacta exacta de la demanda real y de esa forma forma dimensionar el tractor tractor que debemos debemos utilizar para hacer trabajar a esa herramienta y obtener los mayores beneficios económicos. Por ejemplo la Sociedad Americana de Ingenieros Agrónomos ( A.S.A.E) ha realizado una buena cantidad de estos ensayos, donde relacionan la demanda de tiro con el tipo de suelo y con el factor más importante que determina el esfuerzo de tiro en cada tipo de herramienta. Si lo que se quiere es determinar las prestaciones dinámicas del tractor actuando con sus diferentes marchas se realizan ensayos con un freno dinamométrico sobre pista de hormigón

Potencia a la barra con el tractor lastrado Estas determinaciones se realizan para cada una de las marchas, sobre pista de hormigón y con el regulador al máximo. Para la construcción de las curvas de tracción se utiliza un dinamómetro que va conectado entre la barra de tiro del tractor y un freno que va variando la carga horizontal solicitada al mismo. Con los datos obtenidos del dinamómetro se construyen las siguientes curvas:   

Patinamiento de las ruedas motrices en función f unción del esfuerzo de tracción. Potencia a la barra de tiro en función del esfuerzo de tracción. Velocidad de avance del tractor en función del esfuerzo de tracción.

Teorías de Tracción Esfuerzo máximo de tracción: (o tensión de corte) Según Coulomb, el esfuerzo máximo que resiste el suelo sin cortarse estará dado por sus fuerzas cohesivas y fricciónales. Según Micklethwaite, la ecuación de tiro máximo es la siguiente:

Тmax= C A + Qad Tgθ Tmax =Máximo esfuerzo de corte. C= Cohesión. Qad= Peso dinámico θ= Angulo de fricción interna suelo/suelo.

A= Área de apoyo del neumático.

A= l x b x 0,78 La cohesión depende fundamentalmente de la humedad y la textura, mientras que el ángulo de fricción interna es mayor en suelos más arenosos y con menos humedad.

Por lo tanto en suelos arcillosos el segundo miembro de la ecuación es casi despreciable lo cual indicaría que es un error aumentar el lastre del tractor para hacer mejorar la tracción y en cambio es mas beneficioso aumentar la superficie de pisado ya que el componente de cohesión es de importancia. Aquí un rodado más ancho o de más diámetro o el uso de duales mejoraría la tracción. En suelos arenosos donde el componente de cohesión tiene valores mínimos es más eficiente el lastrado del tractor que el aumento de la superficie de apoyo. La capacidad portante máxima determinará el esfuerzo máximo que se podrá realizar. Por lo tanto el tractor tira hasta que el suelo aguante luego de lo cual empieza a patinar. Esto no es un proceso instantáneo sino que acontece gradualmente.

Valores promedio de cohesión y ángulo de fricción para distintos tipos y estados de suelo:

Tipo de Angulo de Cohesión interna Estado (Kg./cm2) suelo fricción Arenoso Compactado 28°-40° 0 Arenoso Suelto 32°-35° 0 Arenoso fino Compactado 25°-30° 0 Arenoso fino Suelto 18°-22° 0 Franco arenoso Friable 24°-28° 0.2-0.25 Franco arenoso Plástico 24°-28° 0.1-0.15 Franco Friable 14°-19° 0.25-0.3 Franco Plástico 17°-19° 0.15-0.2 Arcilloso Friable 17°-19° 0.4-0.6 Arcilloso Plástico 10°-14° 0.25-0.3 Número de transitabilidad: (Cn) Este número es un indicador de la transitabilidad que habrá en relación a las características propias del tractor (peso adherente, ancho y diámetro de la cubierta) y el estado del suelo (expresado por el índice de cono). El Cn por lo general puede oscilar entre valores de 0 a 50. Comúnmente en suelos agrícolas toma valores cercanos a 25.

IC= Índice de cono. a= Ancho de la pisada. d= Diámetro del neumático. QAD= Peso adherente de la rueda.

Resistencia a la rodadura: (Rk) Cuanto más blando se encuentre el suelo más se hundirá el neumático y por lo tanto se deberá destinar mas potencia para el autotransporte que dejará de estar disponible para el tiro. Generalmente puede pensarse que el neumático permanentemente estará escalando una pendiente.

Así que cuanto más blando esté el suelo para la carga que efectúe el neumático, la pendiente será más empinada por lo que el ángulo α será mayor. Técnicamente la cantidad de potencia que pierde un tractor en transportarse y que no puede

transformarse en esfuerzo de tiro se denomina RESISTENCIA A LA RODADURA. El mismo está íntimamente relacionado al anteriormente visto Cn y al peso adherente de la siguiente manera.

Valores usuales de K: (según ASAE)

Camino de tierra Pastura Rastrojo Tierra blanda Arena

0.08-0.16 0.05-0.17 0.08-0.1 0.1-0.2 0.15-0.3

Curvas de tracción: ASAE ha trazado curvas en las cuales se relaciona el porcentaje de patinamiento con las propiedades tractivas que son  posibles de lograr a diferentes niveles de Cn.

En el gráfico se representan dos tipos de curvas, unas representan lo que se denomina eficiencia tractiva que es la relación existente entre la potencia de tiro que puede transferir una rueda al tirar en la dirección de avance y la potencia que está utilizando para moverse. Habitualmente cuando se piensa en un tractor se define como la relación existente entre la potencia que llega a la barra y la que llega al eje motriz. Las otras curvas describen al coeficiente de tracción, que no es sino la relación entre el peso dinámico del eje motriz y la fuerza de tiro que puede desarrollar dicho eje.

Es decir que un tractor de acuerdo a su diseño, peso, tipo de rodado, características y estado de suelo, podrá tirar como máximo un porcentaje de peso que ejerce sobre el suelo su tren o trenes motrices. De estas curvas, por ejemplo podemos decir que un tractor que se encuentre en una condición Cn = 20-30, (situación normal en un suelo agrícola) indicaría, al observar la grafica que la máxima eficiencia tractiva esperable (la óptima estaría tangente a la curva rondará en valores cercanos a 0,6 con un patinamiento de aproximadamente del 10% y el máximo coeficiente de tracción será cercano a 0,4 con patinamientos inferiores al 15%. Se puede inferir que en el mejor de los casos, de la potencia que llega al eje motriz de un tractor aproximadamente el 65% será aprovechable en la barra de tiro del mismo. Así mismo se  puede predecir que un tren motriz podrá tirar hasta aproximadamente el 40% de su carga dinámica. En los tractores de tracción asistida pueden hablarse de eficiencias tractivas cercanas al 68% y en doble tracción del 75%. En la grafica también puede verse que con patinamientos menores del 8% las eficiencias tractivas son muy bajas, esto es así  porque la resistencia en la rodadura le esta demandando mucha potencia para desplazarse.

Calculo teórico de potencia a la barra de tiro: Sabiendo que la potencia generada puede ser obtenida al multiplicar la fuerza aplicada por la velocidad con la que se desplaza. P= F.V Podemos determinar que factores afecta a la fuerza que puede generar la rueda y que factores determinan la velocidad real de desplazamiento, por lo tanto, la formula de fuerza tiene las siguientes variables.

Y los factores que afectan a la velocidad son:

Por lo tanto la potencia a la barra es el producto de estas dos formulas dividido 75.

Nb= (F.V)/75 El resultado obtenido esta expresado en CV, si queremos expresarlo en Kw. debemos saber que: 1Kw = 1.36cv

Perfilometría: Por medio de este ensayo podemos obtener la superficie del perfil que ha sido trabajado realmente por la herramienta. Un  perfilómetro es simplemente una barra que se cruza transversalmente la franja trabajada por la herramienta y en la cual se encajan varillas. Inicialmente se mide con el perfilómetro las irregularidades del terreno donde pasara la herramienta; luego de pasado el implemento se mide la profundidad efectiva con las mismas varillas hasta tocar el fondo del surco, la diferencia integral entre ellas es igual al área de suelo movilizado.

Coeficiente de labranza : Es la relación existente entre el tiro y el área de suelo movilizado (expresado en Kg. /cm 2)

Preguntas y problemas Problema 1: Si un implemento demanda 1000 kg de tiro trabajando a 7,2 Km/h ¿cuál será la potencia (exprésela en KW y en CV) que deberá entregar el tractor en la barra de tiro? Problema 2: ¿Cual será la fuerza (tangencial) en las ruedas de un tractor de 73,3 C.V. de potencia que posee un  par motor de 25 kgm, trabajando en una marcha lenta (200:1), equipado con neumáticos 18.4-34 y con una eficiencia de transmisión del 87%? Problema 3: ¿Qué potencia tendrá en la barra de tiro, un tractor de 120 CV (con un peso total de 6000 kg) que  posee un motor con un torque de 30 kgm trabajando a 1800 r.p.m., en una marcha intermedia (37:1), con un 10% de pérdidas por transmisión, equipado con neumáticos 12.4-36?. Además en esta situación se registra una perdida  por resistencia a la rodadura de 500 kg. y un 15% de patinamiento. ¿Cual es la eficiencia tractiva lograda en ese momento?. Problema 4: Se ha realizado un ensayo de patinamiento con un tractor de tracción simple, en dos condiciones de suelo, rastrojo y barbecho. Las características principales del tractor y del terreno, así como las longitudes recorridas en 10 vueltas de cada rueda en los distintos ensayos son las que aparecen en la tabla 1. En cada suelo se realizó un ensayo sin carga y tres con cargas crecientes C1, C2 y C3. Como condición de referencia se considero el ensayo sobre rastrojo sin carga. Calcule los patinamientos en todos los ensayos. Tabla 1 Datos del ensayo de patinamiento de un tractor convencional trabajando en dos suelos. Neumáticos D : 19.9 R 24 134 A8 Presión de inflado = 1,6 bar T : 18.4 R 38 146 A8 Presión de inflado = 1,6 bar Peso estático D : 2600 Kg T : 3700 Kg Terreno Rastrojo CI = 1000 KPa Barbecho CI = 300 KPa

ENSAYO

Longitud recorrida en 10 vueltas de rueda (m) Delantera Trasera Sin carga 40,45 51,54 Rastrojo Tracción C1 40,84 43,21 Tracción C2 41,10 32,26 Tracción C3 17,01 Sin carga 41,80 50,77 Barbecho Tracción C1 42,48 40,59 Tracción C2 42,14 26,96 Tracción C3 12,00 Problema 5 : Un tractor convencional con peso total de 5100 Kg equipado con neumáticos 18.4 -34, se encuentra realizando tareas de labranza con un arado de discos que demanda un esfuerzo de 1800 Kg a la barra de tiro. El índice de cono del suelo es de 980 KPa. ¿Cuál es la fuerza que el tractor pierde por resistencia a la rodadura? (recordar que 98 Kpa = 1kg/cm2) Problema 6 : Un tractor de tracción simple con un peso total de 8400 Kg y ruedas 18.4  –   34 ¿ Cual será el máximo esfuerzo de tracción que podrá realizar el tractor en un suelo con una cohesión = 10 KPa y un ángulo de fricción de 25º? La longitud de contacto rueda suelo fue de 0,53 m. Considere el radio bajo carga de las ruedas como 0,475 veces el diámetro teórico de la rueda y la eficiencia de apoyo como 0,78 veces la teórica.

Si a este tractor se lo equipa con cubiertas 23.1-30 ¿De que magnitud serán las pérdidas por resistencia a la rodadura? (IC = 5 kg/cm2)

Problema 7: Un tractor de tracción simple de 75 CV de potencia nominal a 2250 r/min., trabaja con una herramienta que le solicita una fuerza de tracción paralela al terreno de 1600 kg. El tractor se desplaza a una velocidad de avance de 5,5 Km/h en la cuarta marcha, con el motor funcionando a 1950 r.p.m. Verifique si la  potencia disponible en la barra es suficiente como para tirar el implemento.

Datos

0,87 22 kgm 0,1 3500 k 14 - 30 82

Rendimiento en la transmisión Par motor a 1950 rpm Coeficiente de resistencia a la rodadura Peso del tractor  Neumáticos traseros Relación de transmisión en 4ta marcha

Problema 8 : Con los siguientes datos.

Tractor

Arado

Deutz AX 4.120  Nm Mtn tor ue a 2300r m Mtm tor ue máximo Ré imen de traba o Peso trasero sin Lastres Peso del lastres Hidrolastrado Rodado Presión de inflado Lar o de isada Apache R.A. 2010 5 rejas de 14”

Profundidad de trabajo Velocidad de trabajo Brandsen Cohesión Suelo An ulo de rozamiento int. art. Coef. de Labranza a 7 Km/h Indice de cono Peine de marchas del tractor es el siguiente: MARCHA RELACIÓN DE TRANSMISIÓN 1B 374:1 2B 242:1 3B 176:1 4B 135:1 5B 110:1 1A 90:1 2A 71:1 3A 57:1 4A 46:1 5A 32:1 Ing. Agr. Adrián G. Vallejos. Departamento de Agronomía. U.N.S.

115.67 CV 36 k -m 40 k -m 2300 2188 k 752 K 550 litros de a ua or rueda 23 1 - 30 16 lb/ ul 0,25 del diámetro teórico. 18 cm 7 km/h 0,4 K /cm 18º 0 6 k /cm2 8,437 kg/cm2

15

Calcule: El esfuerzo demandado por el arado. La potencia demandada por el arado El esfuerzo máximo que resiste en suelo sin cortarse. En el caso de colocarle duales de a misma medida a que valores ascendería este esfuerzo máximo.

Nota aclaratoria: En todos estos casos los tractores son de tracción simple, por lo tanto el peso estático del tractor sobre las ruedas motrices será del 70 % del peso total, en condiciones ideales de trabajo la transferencia de peso del tren delantero y de la herramienta harán que el peso sobre el tren motriz sea del 85% del peso total del tractor (Jorajuria 2001) Por lo tanto para determinar el peso dinámico del tractor se debe multiplicar su peso total por 0,85. Por otra parte para determinar el radio bajo carga de una rueda neumática se debe multiplicar el diámetro teórico por 0,475. 9. Bibliografia: LINARES, P. Teoría de la tracción de tractores agrícolas . Universidad Politécnica de Madrid Escuela Técnica Superior de Ingenieros Agrónomos. 157 p. 1986 SRIVASTAVA, A.J. GOERING, C.E. ROHRBACH, R.P. (1993) Engeneering principles of agricultural machines . ASAE Texbook Number 6. 601 p. 1993. BALASTREIRE, L.A. (1990) Máquinas agrícolas . Sao Paulo. De. Manole Ltda. 307p. 1990.

Ing. Agr. Adrián G. Vallejos. Departamento de Agronomía. U.N.S.

11