SISTEMA de TRANSMISIÓN en Tractores Agrícolas

SISTEMA DE TRANSMISIÓN EN TRACTORES AGRÍCOLAS Transmisión mecánica

Transmisión con correa en una instalación industrial. Se denomina transmisión mecánica a un mecanismo encargado de trasmitir potencia entre dos o más elementos dentro de una máquina. Son parte fundamental de los elementos u órganos de una máquina. En la gran mayoría de los casos, estas trasmisiones se realizan a través de elementos rotantes, ya que la transmisión de energía por rotación ocupa mucho menos espacio que aquella por traslación. Una transmisión mecánica es una forma de intercambiar energía mecánica distinta a las transmisiones neumáticas o hidráulicas, ya que para ejercer su función emplea el movimiento de cuerpos sólidos, como lo son los engranajes y las correas de transmisión. Típicamente, la transmisión cambia la velocidad de rotación de un eje de entrada, lo que resulta en una velocidad de salida diferente. En la vida diaria se asocian habitualmente las transmisiones con los automóviles. Sin embargo, las transmisiones se emplean en una gran variedad de aplicaciones, algunas de ellas estacionarias. Las transmisiones primitivas comprenden, por ejemplo, reductores y engranajes en ángulo recto en molinos de viento o agua y máquinas de vapor, especialmente para tareas de bombeo, molienda o elevación (norias). En general, las transmisiones reducen una rotación inadecuada, de alta velocidad y bajo par motor, del eje de salida del impulsor primario a una velocidad más baja con par de giro más alto, o a la inversa. Muchos sistemas, como las transmisiones empleadas en los automóviles, incluyen la capacidad de seleccionar alguna de varias relaciones diferentes. En estos casos, la mayoría de las relaciones (llamadas usualmente "marchas" o "cambios") se emplean para reducir la velocidad de salida del motor e incrementar el par de giro; sin embargo, las relaciones más altas pueden ser sobremarchas que aumentan la velocidad de salida. También se emplean transmisiones en equipamiento naval, agrícola, industrial, de construcciones y de minería. Adicionalmente a las transmisiones convencionales basadas en engranajes, estos dispositivos suelen emplear transmisiones hidrostáticas (por un fluído) y accionadores eléctricos de velocidad ajustable. El sistema de transmisión en un tractor consta de varias partes siendo estas: 1- embrague, 2 -caja de velocidad, 3-diferencial, 4- mandos finales, 5- toma de fuerza o toma de potencia.

Embrague El embrague es el primer elemento del sistema de transmisión y permite transmitir o no, una energía mecánica generada en el motor hacia la caja de velocidad. En un tractor agrícola, por ejemplo, permite controlar la transmisión de potencia desde el motor hacia la caja de velocidad, luego al diferencial y por último a las ruedas. Está constituido por un conjunto de piezas situadas entre el motor y los dispositivos de transmisión, y asegura un número de funciones:  En posición acoplado (o "embragado") transmite la potencia suministrada. En un tractor, éste rueda y el motor está vinculado a la transmisión.

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En posición desacoplado (o "desembragado") se interrumpe la transmisión. En un tractor, las ruedas giran libres o están detenidas, y el motor puede continuar girando sin transmitir este giro a las ruedas.  En posición intermedia restablece progresivamente la transmisión de potencia. Esta es la razón principal del embrague en los automotores: permite moderar los choques mecánicos evitando, por ejemplo, que el motor se detenga o que los componentes de los sistemas se rompan por la brusquedad que se produce entre la inercia de un componente que se encuentra en reposo y la potencia instantánea transmitida por el otro. Clasificación Existen diferentes tipos de embrague:  Según el número de discos o hidráulico. No tiene discos. Se utiliza en vehículos industriales. o monodisco seco. o bidisco seco con mando único; o bidisco con mando separado (doble); o multidisco húmedo o seco.  Según el tipo de mando o mando mecánico; o mando hidráulico; o mando eléctrico asistido electrónicamente.

Esquemática de un embrague de diafragma A: posición de acoplamiento o "embragado" B: posición de desacople o "desembragado"

1. Cigüeñal (u otro eje conductor); 2. Volante; 3. Disco de fricción; 4. Plato de presión; 5. Muelle o resorte de diafragma; 6. Eje conducido; 7. Cojinete de empuje; 8. Cubierta; 9. Anillos de apoyo; 10. Tornillos de fijación; 11. Anillos.

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Caja de cambios En los vehículos, la caja de cambios o caja de velocidades (suele ser llamada sólo caja) es el elemento encargado de acoplar el motor y el sistema de transmisión con diferentes relaciones de engranes o engranajes, de tal forma que la misma velocidad de giro del cigüeñal puede convertirse en distintas velocidades de giro en las ruedas. El resultado en la ruedas de tracción generalmente es la reducción de velocidad de giro e incremento del par o potencia.

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En función de que la velocidad transmitida a las ruedas sea mayor, la fuerza disminuye, suponiendo que el motor entrega una potencia constante: dado que potencia es trabajo por unidad de tiempo y, a su vez, trabajo es fuerza por distancia, una distancia mayor (derivada de la mayor velocidad) tiene por consecuencia una fuerza menor. De esta manera la caja de cambios permite que se mantenga la velocidad de giro del motor, y por lo tanto la potencia y par más adecuado a la velocidad a la que se desee desplazar el vehículo. La caja de cambios tiene la misión de reducir el número de revoluciones del motor e invertir el sentido de giro en las ruedas, cuando las necesidades de la marcha así lo requieren. Va acoplada al volante de inercia del motor, del cual recibe movimiento a través del embrague, en transmisiones manuales; o a través del convertidor de par, en transmisiones automáticas. Acoplado a ella va el resto del sistema de transmisión. Constitución de la caja de cambios

La caja de cambios está constituida por una serie de ruedas dentadas dispuestas en tres árboles, cuyo dentado puede ser recto (en primera o marcha atrás) o helicoidal (restantes)  Árbol primario. Recibe el movimiento a la misma velocidad de giro que el motor. Habitualmente consta de un único piñón.  Árbol intermedio o intermediario. Es el árbol transmisor. Consta de una corona que engrana con el árbol primario, y de varios piñones (habitualmente tallados en el mismo árbol) que pueden engranar con el árbol secundario en función de la marcha seleccionada.  Árbol secundario. Consta de varias coronas con libertad de movimiento axial en el árbol, pero sin libertad de movimiento en sentido tangencial (por un sistema de nervados o de chaveteros). La posición axial de cada rueda es controlada por la palanca de cambios y determina qué par de ruedas engrana entre el secundario y el intermediario. Cuando se utilizan sincronizadores, el acoplamiento tangencial puede liberarse en función de la posición axial de estos y las ruedas dentadas no tienen libertad de movimiento axial.  Eje de marcha atrás. Dispone de una rueda loca que se interpone entre los árboles intermediario y secundario para invertir el sentido de giro habitual del árbol secundario. Para poder engranar el eje de marcha atrás, normalmente se utiliza un dentado recto, en lugar de un dentado helicoidal. Todos los árboles se apoyan, por medio de cojinetes, en la carcasa de la caja de cambios, que suele ser de fundición gris, aluminio o magnesio y sirve de alojamiento a los engranajes, dispositivos de accionamiento y en algunos casos el diferencial, así como de recipiente para el aceite de engrase. En varios vehículos como algunos camiones, vehículos agrícolas o automóviles todoterreno, se dispone de dos cajas de cambios acopladas en serie, mayoritariamente mediante un embrague intermedio. En la primera caja de cambios se disponen pocas relaciones de cambio hacia delante, normalmente 2, (directa y reductora); y una marcha hacia atrás, utilizando el eje de marcha atrás para invertir el sentido de rotación. La lubricación puede realizarse mediante uno de los siguientes sistemas:  Por barboteo.  A presión.  Mixto

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Clasificación de las cajas de cambio Existen varios tipos de cajas de cambios y diversas maneras de clasificarlas. Hasta el momento en que no se habían desarrollado sistemas de control electrónico la distinción era mucho más sencilla e intuitiva ya que describía su construcción y funcionamiento. En tanto que se han desarrollado sistemas de control electrónico para cajas se da la paradoja que existen cajas manuales con posibilidad de accionamiento automatizado (por ejemplo Alfa Romeo) y cajas automáticas con posibilidad de intervención manual. La clasificación en función de su accionamiento es una de las clasificaciones aceptadas por mayor número de autores: Manuales o mecánicas. Tradicionalmente se denominan cajas mecánicas a aquellas que se componen de elementos estructurales (carcasas y mandos) y funcionales (engranajes, ejes, rodamientos, etc.) de tipo mecánico. En este tipo de cajas de cambio la selección de las diferentes velocidades se realiza mediante mando mecánico, aunque éste puede estar automatizado. Los elementos sometidos a rozamiento ejes, engranajes, sincronizadores, o selectores están lubricados mediante baño de aceite -específico para engranajes- en el cárter aislados del exterior mediante juntas que garantizan la estanqueidad. Los acoplamientos en el interior se realizan mediante mecanismos compuestos de balancines y ejes guiados por cojinetes. El accionamiento de los mecanismos internos desde el exterior de la caja -y que debería accionar un eventual conductor- se realizan mediante cables flexibles no alargables o varillas rígidas. Las distintas velocidades de que consta la caja están sincronizadas. Esto quiere decir, que estas disponen de mecanismos de sincronización y acople que permiten igualar las velocidades de los distintos ejes de que consta la caja durante el cambio de una a otra. La conexión cinemática entre el motor y la caja de cambios se realiza mediante el embrague. Automáticas: La caja automática es un sistema que, de manera autónoma, determina la mejor relación entre los diferentes elementos, como la potencia del motor, la velocidad del vehículo, la presión sobre el acelerador y la resistencia a la marcha, entre otros. Se trata de un dispositivo electro hidráulico que determina los cambios de velocidad; en el caso de las cajas de última generación, el control lo realiza un calculador electrónico. Mientras que la caja mecánica se compone de engranajes –su nombre en inglés, gearbox, significa justamente caja de engranajes-, la caja automática funciona con piñones, que conforman el tren epicicloidal. Carcasa: Poseen una carcasa externa (generalmente de aluminio) cuya finalidad es la protección de los mecanismos internos como la permanente lubricación ya que esta alberga aceite para su permanente lubricación. En determinadas ocasiones esta se puede romper debido al impacto de un elemento externo o debido a la rotura de un engranaje. En tal caso esta se debe soldar nuevamente para su correcto funcionamiento.

Diferencial

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Diferencial, bloqueado

Diferencial, girando libre

El diferencial es el elemento mecánico que permite que las ruedas, derecha e izquierda de un vehículo giren a revoluciones diferentes según éste se encuentre tomando una curva hacia un lado o hacia el otro (gracias a engranajes denominados satélites y planetarios), cambia el sentido de movimiento (de rotacional lineal a perpendicular, gracias a un piñón cónico y corona) y además permiten una nueva reducción de velocidad (debido a que los dientes del piñón son menos que los de la corona. Cuando un vehículo toma una curva, por ejemplo hacia la derecha, la rueda derecha recorre un camino más corto que la rueda izquierda, ya que esta última se encuentra en la parte exterior de la curva. Antiguamente, las ruedas de los vehículos estaban montadas de forma fija sobre un eje. Este hecho significaba que una de las dos ruedas no giraba bien, desestabilizando el vehículo. Mediante el diferencial se consigue que cada rueda pueda girar correctamente en una curva, sin perder por ello la fijación de ambas sobre el eje, de manera que la tracción del motor actúa con la misma fuerza sobre cada una de las dos ruedas. El diferencial consta de engranajes dispuestos en forma de "U" en el eje. Cuando ambas ruedas recorren el mismo camino, por ir el vehículo en línea recta, el engranaje se mantiene en situación neutra. Sin embargo, en una curva los engranajes se desplazan ligeramente, compensando con ello las diferentes velocidades de giro de las ruedas. La diferencia de giro también se produce entre los dos ejes. Las ruedas directrices describen una circunferencia de radio mayor que las no directrices, por ello se utiliza el diferencial. Un vehículo todoterreno puede tener hasta tres diferenciales: uno en el eje frontal, uno en el eje trasero y un diferencial central. El diferencial necesita también lubricación y en muchas situaciones en tractores (por que están próximos) comparte el mismo con la caja de velocidad y el sistema hidráulico.

Mandos finales y frenos Dentro de esta parte encontramos los reductores a las ruedas que permiten elevar el centro de gravedad del tractor y articulas los ejes que salen del diferencial con dos engranajes que logran el objetivo anterior y además realizar una nueva reducción de velocidad. A continuación se encuentran los palieres que son ejes sobre los cuales se van a articular las ruedas traseras del tractor y sobre ellos estará ubicado el sistema de frenado que permite logar la detención del tractor. Estos pueden ser accionados mecánica o hidráulicamente y encontramos tres tipos:  De compresión externa  De expansión interna  A discos

Accionamientos especiales Enganche de tres puntos: Un tractor tiene uno o varios sistemas de accionamiento para utilizar aperos. Un tractor agrícola habitualmente tienen en la parte posterior un sistema de tres brazos (actuadores y tensor), denominado enganche tripuntal o tres puntos, mediante el cual levanta y baja la herramienta acoplada como un arado, una empacadora, una picadora, segadora, rotobator o una abonadora. Los

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dos brazos inferiores son accionados habitualmente por una bomba hidráulica mediante un distribuidor, que a su vez es movida por el motor del vehículo. El sistema tripuntal efectúa un movimiento plano de cuadrilátero articulado de los tres brazos el de arriba es extensible para poder regular el apero, hoy en día están equipados con sistemas electrónicos de sensibilidad para que cuando se produzca mas fuerza de la normal se desplace hacia arriba para evitar roturas del tractor. Toma de Fuerza: Para el accionamiento de algunas herramientas que se enganchan por detrás del tractor, (fijas o en movimiento) los tractores agrícolas suelen llevar una toma de fuerza, que consiste en un eje nervado que es accionado por el motor del vehículo mediante una transmisión de engranajes. La transmisión del movimiento rotativo de dicha toma de fuerza a la herramienta se realiza habitualmente mediante un árbol de transmisión articulado con dos cardanes. Por norma existen 2 tipos de revoluciones 540 o 1000 rpm, que hacen girar la espiga y su accionamiento puede ser a través del embrague o en forma independiente del mismo. El cardán es un componente mecánico, descrito por primera vez por Girolamo Cardano, que permite unir dos ejes que giran en ángulo uno respecto del otro. Su objetivo es transmitir el movimiento de rotación de un eje al otro a pesar de ese ángulo. En los vehículos de motor se suele utilizar como parte del árbol de transmisión, que lleva la fuerza desde el motor situado en la parte delantera del vehículo hacía las ruedas trasera. El principal problema que genera el cardán es que, por su configuración, el eje al que se le transmite el movimiento no gira a velocidad angular constante.

Junta cardan en movimiento. En la actualidad, la configuración más común en los automóviles es el motor delantero transversal con tracción delantera. En esta configuración, así como en otras en que el motor se ubica cerca de las ruedas motrices, no se utiliza el cardán. En estos casos la fuerza se transmite típicamente mediante semiejes y juntas homocinéticas. El cardán es fácilmente observable en camiones por tu tamaño abultado, en los que el árbol de transmisión se observa como una larga pieza de metal que rota sobre sí misma cuando el vehículo está en marcha. Está ubicada longitudinalmente entre el motor y el tren trasero donde están montadas las ruedas, pudiéndose observar un cardán típicamente en el acople con el diferencial o a la salida de la caja de cambios. ACTIVIDADES: Realice la lectura total del apunte. Arme un croquis con los elementos que componen el sistema de transmisión de un tractor. Identifique las partes de un sistema de transmisión, indicando en cada una los componentes y describiendo la función de los mismos. Identifique en que lugares del mismo hay reducción de movimiento. La lubricación es necesaria para el óptimo funcionamiento, en que lugares esta debe estar presente, con que elemento controlamos los niveles de aceites y cual es la periodicidad del mismo. Busque información sobre el sistema en enciclopedias formato papel o digitales, observado en estas últimas las animaciones en los distintos mecanismos de funcionamiento. Recopilación Norberto Schnell Ing. Agrónomo

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