Transmisiones hidrostaticas.pdf

1. OBJETIVO GENERAL: “INVESTIGACIÓN SOBRE TRANSMISIONES DE MAQUINARIA PESADA HIDROSTÁTICAS”. 2. OBJETIVOS ESPECIFICOS: 2.1 Describir los componentes que conforman la transmisión hidrostática en maquinaria pesada. 2.2 Investigar los ciclos de funcionamiento de la transmisión hidrostática. 2.3 Establecer las comunes averías en las transmisiones en estudio. 2.4 Indagar los diferentes mantenimientos a realizarse en el sistema hidrostático de maquinaria pesada. 2.5 Plantear los datos técnicos de la maquinaria pesada con transmisión hidrostática. 2.6 Proporcionar referencias comerciales ¨precios, stock¨ de maquinarias con transmisión hidrostática. 2.7 Realizar comparaciones entre el sistema de transmisión hidrostática de maquinaria pesada y el sistema de transmisión powershift. 3. DESARROLLO Trasmisiones de maquinaria pesada Hidrostáticas La transmisión hidrostática utiliza fluido a alta presión y baja velocidad (presión cuasiestática). El motor se conecta a una bomba volumétrica que impulsa el fluido hacia el motor hidráulico de cilindrada variable. En realidad, tanto la bomba como el motor, o ambos, pueden ser de cilindrada variable. En efecto, para desconectar la transmisión de potencia a las ruedas basta con abrir el retorno de la bomba. En estas condiciones la bomba trabaja en vacío y el motor puede estar funcionando a un número determinado de revoluciones con el vehículo parado. La puesta en movimiento del vehículo se realiza mediante el cierre progresivo de la válvula de retorno. Este tipo de transmisiones se usa en vehículos muy pesado en los que se debe repartir la potencia entre un número elevado de ejes para mejorar las condiciones de tracción. La velocidad de estos vehículos suele ser muy limitada, es por esto que la transmisión hidrostática, que solo funciona adecuadamente a velocidades bajas dl fluido de la transmisión, tiene prestaciones en este caso. (Pintado Sanjuán, 2000)

Figura 1. Tipos de Maquinaria pesada. (Gullon, s.f.)

CONSTIUCIÓN DE LAS TRANSMISIÓNES HIDROSTÁTICAS

Figura 2. Constitución de una transmisión hidrostática. (EATON, 2011)

La transmisión hidrostática está constituida esencialmente por una bomba, solidaria con el motor del vehículo, y por un motor hidráulico, accionado por la propia bomba y unido a las ruedas. Un circuito hidráulico que contiene aceite actúa como elemento de comunicación entre la bomba y el motor hidráulico. La bomba, accionada por el motor del vehículo, envía aceite (con caudal y presión variables por un mando) al motor hidráulico. Este último, transformando la presión del aceite en energía motriz, acciona las ruedas. El aceite vuelve después directamente a la bomba (circuito cerrado), o bien llega a un depósito, del cual es aspirado nuevamente por la bomba (circuito abierto). Depósito El depósito, cuya principal misión es la de contener el fluido de transmisión, puede situarse en cualquier parte de la máquina sin más problemas que su diseño, de forma que deje en su parte superior un espacio libre suficiente para que el aire pueda separarse del fluido, permita que los contaminantes se sedimenten y que se disipe el calor generado en el sistema. Los depósitos deben tener un respiradero al que se le incorpora también un filtro grosero, normalmente de malla metálica, que además de mantener la presión atmosférica en el interior, elimine las impurezas al llenarlo de aceite. También debe tener en su interior un placa cuya misión es someter el fluido a decantación para evitar se originen turbulencias, ayude a separar el aire del fluido y a disipar el calor a través de las paredes.

Figura 3. Depósito (Anónimo, Transmisiones hidrostáticas)

Tuberías y Racores Los elementos de unión en un circuito hidrostático son tuberías rígidas o flexibles.  Tuberías Rígidas Son tubos de acero obtenidos por estriado, con una superficie interior muy lisa y un diámetro exterior con tolerancias constructivas muy reducidas, para poder unir entre sí tramos de tubo o elementos por medio de los llamados racores sin soldadora, si las tuberías son muy grandes se unen mediante bridas soldadas. (Gutiérrez, 2010)

Figura 4. Racores de unión de las tuberías. (Gutiérrez, 2010)



Tuberías flexibles Se usan para llevar el aceite a elementos que modifican su posición durante su funcionamiento, o bien presentan vibraciones. Además de soportar elevados valores de presión, pueden permitir las más diversas conformaciones. Son construidas a base de capas alternadas de tejido de goma y de mallas metálicas. El número de malla determina su capacidad para soportar la presión. Para conexión se utilizan en los extremos racores o manguitos roscados. (Gutiérrez, 2010)

Figura 5. Composición de una tubería flexible. (Anónimo, Transmisiones hidrostáticas)

Cilindros Cada cilindro hidráulico está formado por un cuerpo tubular provisto de dos cabezales con juntas de estanqueidad de tipo estático, uno de los cuales tiene un orificio por el que pasa el vástago, y un pistón, con juntas de estanqueidad de tipo dinámico que se desliza unido al vástago. (Gutiérrez, 2010)

Figura 6. Cilindro o actuador. (Anónimo, Transmisiones hidrostáticas)

Bombas Las bombas, que son los elementos encargados de transformar la energía mecánica en energía hidráulica, pueden ser hidrodinámicas e hidrostáticas. (Gutiérrez, 2010)  Bombas hidrodinámicas Se denominan también centrífugas, utilizan un rotor que imprime el flujo a una elevada velocidad gracias a la cual adquiere presión.

Figura 7. Bomba Hidrodinámica. (Anónimo, Transmisiones hidrostáticas)



Bombas Hidrostáticas También denominadas volumétricas, dan presión al líquido disminuyendo el volumen de la cámara en la que es contenido. En ellas el caudal suministrado no varía con la presión, sino que depende de su cilindrada y de su régimen de giro. Pueden ser de tipo. (Gutiérrez, 2010)  De engranajes.  De lóbulos.  De Paletas.  De pistones lineales, axiales y radiales.

Figura 8. Bombas Hidrostáticas. (Anónimo, Transmisiones hidrostáticas)

Motores Los motores hidráulicos son los encargados de transformar la energía hidráulica en energía mecánica. Su construcción es muy parecida a la de las bombas, y como ellas tienen dos orificios, uno de entrada y otro de salida del aceite y giran en un sentido o en el contrario según el orificio de entrada de aceite usado. En la mayoría de los motores hidráulicos hay una salida correspondiente al aceite de drenaje. (Gutiérrez, 2010) Los motores hidráulicos pueden ser:  De engranajes.  De lóbulos.  De Paletas.  De pistones. Distribuidores Los distribuidores, también denominadas válvulas direccionales, permiten conducir el aceite para enviarlo a los distintos elementos y efectuar las funciones que requiera el circuito. Cada distribuidor se define por el número de vías de conexión que posee y por su número de posiciones. (Anónimo, Transmisiones hidrostáticas)

Figura 9. Distribuidor de presión. (Anónimo, Transmisiones hidrostáticas)

Válvulas Las válvulas, cuyas misiones son las de regular la presión y el caudal, se pueden clasificar en tres grupos:  Válvulas antirretorno.  Válvulas reguladoras de caudal.  Válvulas reguladoras de presión. Válvulas Antirretorno También son llamadas de retención, tienen la misión de impedir el aceite pueda recorrer en ambos sentidos las vías de circulación.

Figura 10. Válvula antirretorno. (Anónimo, Transmisiones hidrostáticas)

Válvulas reguladoras de caudal Se utilizan para controlar la cantidad de aceite por unidad de tiempo que se envía a un determinado receptor.

Figura 11. Válvula reguladora de caudal. (Anónimo, Transmisiones hidrostáticas)

Válvulas reguladoras de presión Imprescindibles en cualquier circuito ponen en comunicación la línea de impulsión y el depósito, de forma que cuando la presión alcanza un valor previamente fijado se produce descarga y se evitan las roturas.

Figura 12. Válvula reguladora de presión. (Anónimo, Transmisiones hidrostáticas)

Las válvulas reguladoras de presión se clasifican en:  Válvulas reductoras  Válvulas de estrangulación  Válvulas de secuencia Acumuladores Hidráulicos Un acumulador hidráulico no es más que un depósito capaz de almacenar energía que sirve bien para suministrar fluido a presión cuando no lo aporta la bomba, o bien para absorber los golpes de ariete del sistema. (EATON, 2011)

Figura 13. Acumuladores hidráulicos. (Anónimo, Transmisiones hidrostáticas)

Fluido Hidráulico Los fluidos deben tener las propiedades adecuadas para brindar la garantía de protección apropiada contra el desgaste, transmisión de potencia efectiva y estabilidad química excelente en las condiciones de funcionamiento más adversas. El rendimiento multidimensional establece que el fluido hidráulico es un factor esencial en un sistema hidráulico; la selección correcta del aceite garantiza una vida útil promedio y el funcionamiento aceptable de los lubricantes/ componentes del sistema. (EATON, 2011)

Figura 14. Fluido Hidráulico. (Anónimo, Transmisiones hidrostáticas)

Algunos tipos de aceites Tabla 1. Tipos de fluido hidráulico. (EATON, 2011)

Sistemas hidráulicos e hidrostáticos SAE 10W Sistemas hidráulicos e hidrostáticos SAE 10W Sistemas hidráulicos e hidrostáticos SAE 30 Sistemas hidráulicos e hidrostáticos SAE 30 Sistemas hidráulicos e hidrostáticos SAE 50 Sistemas hidráulicos e hidrostáticos SAE 50

CICLOS DE FUNCIONAMIENTO En un sistema hidrostático, la bomba de accionamiento y el motor hidráulico constituyen un sistema de circuito cerrado. El aceite presurizado en la línea entre la bomba y el motor acciona el motor hidráulico de pistón y después vuelve a la bomba de accionamiento para realizar otro ciclo. El aceite vuelve después directamente a la bomba (circuito cerrado), o bien llega a un depósito, del cual es aspirado nuevamente por la bomba (circuito abierto). Tanto la bomba, que transforma la energía mecánica en energía hidráulica, como el motor hidráulico, que realiza la transformación inversa, constituyen unidades hidrostáticas.

Figura 15 Transmisión Hidrostática (Slide share, n.d.).

Figura 16. Funcionamiento transmisión Hidrostática.



POSICIÓN NEUTRAL Se genera cuando el desplazamiento de la bomba variable está en cero. Entonces no se bombea aceite de alta presión al motor, y su eje de salida se detiene. Colocar la palanca de control en la posición conecta ambas líneas de los pistones del servo a la caja y bloquea la línea de presión de control. Conectar las líneas de los pistones del servo a la caja permite el drenaje de aceite desde los pistones del servo, y los resortes del servo centran la placa oscilante variable. Con la placa oscilante centrada, los pistones no se alternan mientras el cuerpo del cilindro gira, y no se bombea aceite de alta presión. La bomba de carga, que se conecta al eje de entrada, bombea aceite en todos los modos de funcionamiento de la transmisión. En posición neutral, extrae aceite filtrado y refrigerado desde el depósito y llena el sistema. El flujo de la bomba de carga pasa por las válvulas de retención en la cubierta del extremo de la bomba y llena los pistones de la bomba,

las líneas de alta presión y los pistones del motor. El flujo de aceite permite contrarrestar las fugas internas y mantener al circuito cebado. Una vez que el circuito de alta presión ha sido cebado, la presión de la bomba de carga abre la válvula de alivio de presión de carga ubicada en la bomba de carga. Esto dirige el flujo de la bomba de carga a través de la caja de la bomba y nuevamente hacia el depósito. Este flujo de aceite purga la bomba y la refrigera.

Figura 17. Transmisión Hidrostática en Neutro



HACIA DELANTE Y EN REVERSA

El flujo en el circuito de alta presión se crea inclinando la placa oscilante variable de la bomba desde su posición central o neutral. Con la placa oscilante inclinada, los pistones se alternan mientras que el cuerpo del cilindro gira y se genera el flujo. La placa oscilante puede inclinarse hacia cualquier lado del centro. Inclinarla de una manera genera el flujo que hace que la transmisión vaya hacia adelante. Mientras que inclinarla de la otra manera revierte el flujo, y el eje del motor gira en dirección opuesta. La velocidad del motor se controla en función de qué tanto se mueve la palanca. En el esquema de “hacia adelante/en reversa”, la presión de control se dirige hacia el pistón del servo inferior, lo que produce la inclinación de la placa oscilante. El aceite en el manguito del servo superior se drena hacia la caja, a través de la válvula de control, mientras que la placa oscilante se inclina. La conexión complementaria, entre la placa oscilante y la válvula de control, mantiene a la placa oscilante en el ángulo que establece la palanca de control. La placa oscilante mantendrá dicha posición hasta que se mueva la palanca de Control. La válvula de doble efecto centrada por resortes, ubicada en el bloque de válvulas del motor, se mueve para conectar el lado de baja presión del circuito a la válvula de alivio

de presión de carga. De este modo, el flujo de la caja empieza en el motor, sigue hacia la bomba y retorna al depósito.

Figura 18. Transmisión Hidrostática hacia delante y reversa. (Transmisiones hidrostáticas para servicio pesado, n.d.)

DATOS TÉCNICOS DE MAQUINARIA CON TRANSMISIÓN HIDROSTÁTICA MARCA Y MODELO DE LA MÁQUINA

SISTEMA ELÉCTRICO

POTENCIA

DATOS TÉCNICOS DEPÓSITO DE COMBUSTIBLE

CAPACIDAD DE CARGA

Figura 19. Datos técnicos. Tabla 2. Datos técnicos de diferentes tipos de maquinaria pesada. . (CAT, n.d.) (Manual de transmisiones hidrostáticas, n.d.) NOMBRE DE LA MÁQUINA

TERMINADORA DE ASFALTO PAVIMENTADORA

IMÁGEN

DATOS TÉCNICOS

Caterpillar-Modelo AP 200B Motor Diésel 35 HP Tolva 5,4 Ton Serie 2NK175

RETROEXCAVADORA

EXCAVADORA DE ORUGA

MOTONIVELADORA

VIBROCOMPACTADOR

Caterpillar -Modelo 446 Motor CAT 3166, Diesel Potencia neta 102 HP - 76 Kw Peso operación máxima 9.800 Kg Capacidad del cucharón 1.25 M3 Profundidad de excavación extendida 7.00 Mts. Tanque de combustible 40 Gl Sistema eléctrico 12 V. Alternador 52 Amp. Volvo- Modelo EC290BLC Motor Volvo D7E EAE3 Diésel Potencia Neta 195 HP 153 Kw Peso de operación máxima 29 Ton. Capacidad del cucharon 1.65M3 Profundidad de excavación 6.72Mts. Tanque de Combustible 470litros Sistema electrico 2 de 12 V. Alternador 28 V/80A Caterpillar –Modelo DD 120 Motor CAT 3306, Diésel con turbo alimentador. Potencia neta 104 kW Peso en orden de trabajo 13.500 Kg Ancho de la hoja 3.15 Mts Sistema eléctrico 24 V. Tanque de combustible 75 Gl Dinapac-Modelo CC 21 Motor John Deere 4239 Diésel. Potencia neta 76.50 HP Peso en orden de trabajo 6.500 Kg Tanque de combustible 30 Gl. Velocidad de trabajo 0-10.50 Km/h Ancho 3.00 Mts

REFERENCIAS COMERCIALES ¨PRECIOS, STOCK¨ Tabla 3. Referencias Comerciales.

MÁQUINA

IMAGEN

PRECIO

Tractor Caterpillar SMC0022X

$ 185 000.00

Año 2008 Retro excavadora John Deer T0310JX138847 $ 49 000.00 Año 2007

Compactador DINAPAC $ 49 000.00 Un solo tambor Año 2008

Compactador Caterpillar $ 85 000.00 Doble tambor Año 2011

PROFORMA -GRUPO MAVESA CUENCA

Figura 20. Datos técnicos. Fuente: Autor Tabla 4. Referencias Comerciales Mavesa. Fuete: Mavesa- Cuenca.

Máquina John Deer 544k (2016) PRECIO CONTADO $ 201.478.00 Crédito Mavesa PLAZO 2 años ENTRADA $ 80.990.00 CUOTAS $ 6.130.00 COSTO TOTAL $ 230.000.00 Dumper John Deer PRECIO CONTADO $ 201.478.00 Excavadora de brazo largo John Deer- 20toneladas PRECIO CONTADO $ 228.368.00 AVERÍAS Tabla 5. Averías más comunes en una transmisión hidrostática

La máquina no se mueve en ninguno de los dos sentidos. Posibles causas Falta de aceite

Correcciones  

Revisar el nivel Revisar posibles fugas

Mando mecánico averiado



Revisarlo en busca de agarrotamiento

Desacoplamiento desconectado



Falta de presión de carga



Presión de carga fluctuante



Cerciorarse de que el acoplamiento entre el motor de explosión y la bomba y entre el motor hidráulico y el mando final no patinan ni están rotos. Revisar la válvula de mando de la presión de carga, el accionamiento de la bomba y las correspondientes tuberías. Purgar el aire del sistema (si hace ruido). Revisar la válvula reguladora de la presión de carga y las válvulas de retención.

La máquina solo se mueve en una dirección Mando mecánico averiado



Revisarlo.

La válvula limitadora para presión máxima se ha quedado abierta Hay una válvula de retención averiada Válvula de mando averiada



Cambiar la válvula.



Cambiar ambas válvulas de retención.



Revisar el mando de velocidad completo.

No se consigue poner la transmisión en punto muerto Mando mecánico averiado



Ajustar el varillaje y cerciorarse de que no se agarrota. Revisar también el ajuste de la válvula de mando y el de los servo-cilindros

El sistema se calienta excesivamente Falta de aceite



Rellenar.

Radiador destruido



Limpiar para que pueda pasar el aire.

Correa del ventilador rota o  Cambiarla o tensarla que patina Fugas interna de aceite ( se  Revisar la válvula limitadora de presión máxima que puede haber quedado abierta. Cambiar la válvula. manifiesta por pérdida de Buscar fugas internas en la bomba o el motor. aceleración o potencia) El sistema trabaja ruidosamente Presencia de aire dentro del  Revisar el aceite. Cerciorarse de que no contiene aire. Buscar racores flojos y tuberías averiadas. sistema El sistema pierde mucho aceite Conexiones flojas o fugas en  Apretar los racores. Cambiar las tuberías. Revisar las juntas las tuberías Aceleración y desaceleración perezosas Aire en el sistema



Purgar el aire. Revisar el nivel de aceite

Orificios de la válvula de mando parcialmente obstruidos



Avería interna en el motor o en la bomba



Revisar los orificios y el émbolo de distribución de la válvula de mando. Si están limpios, desmontar la bomba de carga y limpiar la canalización entre ésta y la válvula de mando, con aire comprimido. Reparar como proceda el motor o la bomba.

El cambio de velocidad va duro o no cambia La palanca de mando no está en punto muerto Varillaje de mando desajustado

 

Revisar y ajustar el varillaje para dejar la palanca en punto muerto. Ajustarlo en todas las posiciones.

MANTENIMIENTO SOLUCIÓN DE PROBLEMAS- DIAGRAMAS LÓGICOS 

NEUTRAL DIFICIL O IMPOSIBLE DE DETECTAR

Figura 21. Diagrama lógico de mantenimiento de la posición neutral. (Transmisiones hidrostáticas para servicio pesado, n.d.)



FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA HIDRÁULICO EN CALIENTE

Figura 22. Diagrama lógico de mantenimiento por recalentamiento. (Transmisiones hidrostáticas para servicio pesado, n.d.)



EL TAMBOR SE BLOQUEA O NO GIRA EN NINGUNA DIRECCIÓN

Figura 23. Diagrama lógico de mantenimiento debido al tambor.

COMPARACIONES Caja Hidrostática Caja Power Shift Velocidad limitada por las pérdidas Menos eficiente por pérdidas de en el sistema. calor. Logran velocidades constantes. Menor economía de combustible. El motor no se detiene a pesar de El motor no se apaga ante sobrecargas. sobrecargas. No se requiere caja de transmisión. Se tiene una multiplicación de torque. Son utilizadas en excavadoras, Son utilizadas en excavadoras, cargadoras, Tractores de orugas. etc cargadoras, Tractores de orugas. etc Bombas hidráulicas. Los embragues de discos múltiplos son acoplados hidráulicamente y separados mecánicamente por resortes. Cambios rápidos y suaves

4. CONCLUSIONES 

Al investigar los ciclos de funcionamiento de las transmisiones hidrostáticas se determinó que el motor comúnmente diésel de las maquinarias acciona a la bomba hidrostática para trasformar energía mecánica en energía hidráulica ya que generan presiones que a su vez vuelven a convertir energía hidráulica en energía mecánica mucho mayor que accionará al motor hidrostático generando un ciclo cerrado entre la bomba y dicho motor hidrostático.



Este tipo de maquinaria cuenta con tres modos de transmisión comandados desde la palanca de control; neutro, delante y reversa. Además alcanzan velocidades bajas que oscilan entre 60 y 70 m/s debido a la función para la que son fabricadas.



Al igual que un automóvil a la maquinaria pesada de transmisión hidrostática se les distingue mediante datos técnicos que proceden de la siguiente manera: Marca y modelo, potencia, capacidad de carga, tanque de combustible y sistema eléctrico.



Estas máquinas tienen precios muy altos que varía en función de sus datos técnicos y del trabajo que realizan. De lo investigado se concluye que maquinaria de segunda abordan precios desde los $ 50000. Además mediante una proforma realizada al grupo MAVESA en la ciudad de cuenca se tiene que para maquinaria casa los precios sobrepasan los $ 100000.



La mayoría de las averías que se dan en este tipo de transmisión pueden ser evitadas realizando un mantenimiento preventivo, esto con el fin de que el sistema se encuentre siempre funcionando y con su mayor eficiencia.



En este sistema de transmisión el mantenimiento suele darse principalmente debido a problemas en la placa oscilante de la bomba que permite generar las distintas marchas, perdidas de aceite hidráulico y por problemas de recalentamiento del sistema hidrostático.



El sistema de transmisión hidrostática no requiere de una caja de transmisión a diferencia de la transmisión power shift.

5. BIBLIOGRAFÍA Anónimo. (s.f.). Transmisiones hidrostáticas. Obtenido de https://www.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/elementos/Tema12.pdf CAT. (s.f.). Obtenido de http://www.cat.com/es_US/products/new/equipment.html EATON. (2011). Guía para Solución de Fallas Eaton, Transmisiones hidrostáticas utilizadas en hormigueras. USA: Eaton Corporation. Gullon, G. (s.f.). BiblioCad. Obtenido de BiblioCad: http://www.bibliocad.com/biblioteca/maquinaria-pesada_69821 Gutiérrez, A. (2010). 358-maquinas. Obtenido de 358-maquinas: https://sites.google.com/site/358maquinas/transmision-hidraulica Manual de transmisiones hidrostáticas. (s.f.). Obtenido de http://www.maquinariaspesadas.org/blog/943-manual-transmisiones-hidrostaticas Meganeboy. (2014). Aficionados a la mecánica . Obtenido de http://www.aficionadosalamecanica.net/taques-hidraulicos.htm Payri, F. (2011). Motores de combustión interna alternativos. En Motores de combustión interna alternativos (págs. 856-912). Barcelona: Reverté. Pintado Sanjuán, P. (2000). Transmisión. La Mancha: Lozano Artes Gráficas. SCHAEFFLER Automotive Aftermarker. (2015). Obtenido de http://www.schaeffleraftermarket.es/content.schaeffler_as.es/es/luk_as_products/engine_aa/belt_drive_sy stems_aa/mot3410_aa/mot3413_aa/mot3413_aa.jsp Slide share. (s.f.). Obtenido de Sistema de transmisión hidrostáticos de equipos: http://es.slideshare.net/Amambal/05-sistema-de-transmision-hidrostatico Transmisiones hidrostáticas para servicio pesado. (s.f.). Obtenido de file:///C:/Users/Usuario/Downloads/transmision-hidrostaticafuncionamiento%20(1).pdf