Las Cajas de Cambio en los Tractores: Guía completa con todos los tipos
La caja de cambios es una parte fundamental de la transmisión de potencia en el tractor. Vamos explicar los diferentes tipos que existen y como funciona cada uno de ellos. No es tarea fácil, porque actualmente hay cientos de marcas de tractores que producen miles de modelos de tractores diferentes.
En primer lugar explicaremos dónde está localizada la caja de cambios, dentro del tractor.
¿Dónde está la caja de cambios en el tractor?
La caja de cambios se sitúa a continuación del embrague. En la mayoría de los tractores, estaría justo por debajo de donde va sentado el tractorista.
En los tractores modernos la caja de cambios va integrada en un bloque de fundición modular que integra todos los elementos de la transmisión del tractor: embrague, caja de cambios, diferencial, reducciones finales y toma de fuerza.
¿Cómo funcionan las cajas de cambio?
Se basan en la composición o interconexión de múltiples engranajes o ruedas dentadas de diferentes tipos, que son las encargadas de variar las relaciones de transmisión en los tractores. También hay excepciones, pues existen cajas de cambio sin engranajes.
Tipos de Cajas de cambio en los tractores
No resulta sencillo hacer una clasificación de los tipos de cajas de cambio. Por ello haremos clasificación genérica y simplificada que nos permita agrupar los diferentes tipos de cajas en unas pocas categorías.
1. Cambios de marchas de engranajes simples
Se trata del tipo más sencillo de caja de cambios que llevan los tractores. Las primeras que se fabricaron y por tanto las más antiguas.
En una caja de cambios de este tipo existe un eje primario (de entrada) que recibe el movimiento del motor y otro eje secundario (de salida) que transmite el movimiento hasta el diferencial y el eje trasero.
Entre el primario y el secundario esta el intermediario, que sirve de apoyo de algunos engranajes para conseguir las diferentes relaciones de transmisión.
Esta transmisión del movimiento entre cada dos ejes sucesivos se realiza por pares de engranajes.
Para conseguir la marcha atrás se utilizaba un elemento llamado inversor, situado entre el eje intermediario y el secundario, que al girar invierte el sentido de giro del eje secundario y por tanto también el sentido de la marcha del tractor.
Las cajas de engranajes simples tienen unas limitaciones importantes:
- Hay que pisar el embrague y parar el tractor para cambiar de marcha.
- Mayor desgaste por rozamientos.
- Necesidad de mayor espacio para alojar la caja de cambios.
Por estos motivos, este tipo de cajas de cambio se han dejado de utilizar. Los tractores nuevos no las llevan.
2. Cambio de marchas sincronizado.
Las cajas de cambio sincronizadas permiten cambiar de marcha sin parar el tractor. Esto fue un gran avance en su tiempo, pues era un engorro tener que parar el tractor cada vez que se cambiaba de marcha.
Este avance fue posible gracias a los sincronizadores.
¿Qué son los sincronizadores?
Son elementos consiguen que haya un acoplamiento suave entre los engranajes cuando se cambia de marcha. Cómo su propio nombre indica, lo que hacen es «sincronizar», o dicho con otras palabras, igualar la velocidad de giro de los engranajes antes de que se acoplen y conseguir que coincidan los dientes de un engranaje con los huecos de otro.
De esta forma se eliminan o reducen los golpes, el desgaste excesivo o las roturas de engranajes en las cajas de cambio.
En un tractor que lleva un cambio de marchas sincronizado, el tractorista debe pisar el embrague, pero no tiene necesidad de parar el tractor.
3. Cambio en movimiento, “on the move”
Este tipo de caja de cambios es un paso intermedio entre el cambio de marchas sincronizado y el cambio de marchas bajo carga o Powershift.
Si un tractor lleva una caja de cambios con cambio en movimiento o «on the move», el tractorista no necesita pisar el embrague, pero si que debe accionar botones, levas o palancas. Es decir, continúa siendo un cambio manual.
¿Cómo se consigue cambiar de marchas sin pisar el embrague?
En la actualidad es posible hacerlo mediante el uso de embragues electrohidráulicos. El tractorista acciona un mando (leva, botón o palanca), casi sin hacer esfuerzo y esto provoca que se transmita una señal electrónica hasta los embragues correspondientes, que son accionados hidráulicamente.
De esta forma el cambio es muy suave, por lo que tractorista tiene la sensación de realizar un cambio bajo carga sin serlo.
4. Cambios de marchas bajo carga, transmisión Powershift
La caja de cambios bajo carga que permite pasar de una marcha a otra sin interrumpir la transmisión de potencia entre el motor y las ruedas.
Con este tipo de transmisión el tractorista puede cambiar de velocidad rápidamente sin tener que utilizar el embrague, cosa que ya hacían las cajas con cambio de marchas sincronizado, y además, durante el cambio de marcha no se interrumpe la transmisión de potencia
Un ejemplo de cajas de cambios Powershift son las Hi-Low de John Deere.
En ocasiones también se utiliza el término Semipowershift para denominar aquellas cajas de cambio en que no todas las marchas se cambian bajo carga. Cómo por ejemplo la del tractor CLAAS Arion de la figura.
1. Engranajes
2. Cuatro gamas controladas hidráulicamente
3. REVERSHIFT inversor sin embrague
4. Módulo QUADRISHIFT con cuatro velocidades powershift o módulo HEXASHIFT con seis velocidades
5. Cambios de marchas de engranajes planetarios
Antes de abordar el cambio de marchas con engranajes planetarios, vamos a explicar lo que es un sistema planetario a través de los elementos que lo componen.
En un sistema planetario hay tres tipos de engranajes: el piñón central o planeta (P), los satélites (S) que rodean el planeta y la corona (C). También conviene mencionar otro elemento, que es el brazo portasatélites (PS).
En función de si se bloquean unos u otros elementos, se consiguen relaciones de transmisión con una desmultiplicación mayor, menor, inexistente o inversión del sentido de la marcha.
| Relación | 1ª | 2ª |
|---|---|---|
| Corona | Fija | Salida de potencia |
| Planeta | Salida de potencia | Fijo |
| Portasatélites | Impulsión | Impulsión |
| Desmultiplicación | Grande | Menor |
| Relación | 3ª | 4ª |
|---|---|---|
| Corona | Fija | Impulsión |
| Planeta | Fijo | Salida de potencia |
| Portasatélites | Salida de potencia | Fija |
| Desmultiplicación | Sin desmultiplicación | Inversión de giro |
Los engranajes planetarios se utilizan en las cajas de cambio automáticas y en los trenes de la reducción final de las ruedas, de lo cual se hablará más adelante.
La principal ventaja de estos, es que son más compactos que los engranajes externos y además se puede prescindir del embrague de disco principal utilizando embragues o frenos de discos múltiples.
Con el paso de los años el sistema de cambio bajo carga ha ido evolucionando hacia el uso de engranajes planetarios, pero el coste de fabricación ha limitado su expansión.
6. Cambios de marchas continuos mecánico-hidráulicos (CVT: continuous variable transmission)
Este tipo de caja de cambios es las más compleja. Las transmisiones CVT combina elementos mecánicos, hidráulicos y electrónicos.
¿Con qué objetivo? Conseguir un cambio bajo carga, sin escalonamientos y con infinitas posiciones.
¿Cómo puede ser que tenga infinitas posiciones? Porque es una caja de cambios que no tiene marchas como tal, sino una infinidad de puntos de funcionamiento. Es decir, no tiene posiciones fijas.
Permite dividir el par motor que entra en la caja de cambios y conseguir una transmisión sin escalones (CVT-IVT) utilizando sistemas planetarios , según la posición de estos se pueden considerar dos tipos: planetario divisor (el sistema planetario se situada en la entrada de la caja) o planetario sumador (cuando se encuentra en la salida de la caja).
Cajas CVT con planetario divisor
Fendt introdujo este tipo de cajas CVT en los tractores agrícolas. Un conjunto de engranajes planetarios recibe la potencia del motor directamente y de este sistema planetario salen dos líneas de potencia (una es mecánica y la otra hidráulica) y estas se juntan en el eje de salida de la caja que va camino de las ruedas.
La caja CVT que montan los Fendt VARIO tiene dos escalones, con lo que se consiguen dos rangos de velocidades de avance: de 0-32 km/h y de 0-40 km/h.
Cajas CVT con planetario sumador y variador hidrostático
Case/Steyr fue el fabricante que comenzó con este tipo de caja de cambios que toma el nombre de S-Matic, a diferencia de la Caja “Vario” de Fendt con planetario divisor.
Todas las principales marcas del sector ofrecen tractores con cajas de cambio CVT, otro tema sería analizar cuándo y por qué merece la pena adquirir un tractor con este tipo de cambio, o si por el contrario es mejor comprar uno que tenga una caja de cambios más sencilla.
¿Qué ocurre después de la caja de cambios?
La potencia que sale de la caja de cambios, ese par motor y esas revoluciones, una vez transformados según las necesidades particulares de cada labor, continúan su camino hacia las zonas del tractor donde se utiliza.
En los tractores de tracción trasera, que son la mayoría, la potencia va a la ruedas de atrás. En los tractores de tracción a las cuatro ruedas, la potencia se destina tanto a las ruedas de atrás como a las de delante.
Además, todos los tractores tiene toma de fuerza trasera, con su correspondiente par motor y velocidad angular, y allí también debe llegar potencia.
Y algunos tractores tiene dos tomas de fuerza: trasera y delantera, por lo que necesitan potencia en ambos elementos.
Agradecer a la profesora Pilar Linares de la Escuela de Agrónomos de la UPM, por todos los consejos e información suministrada para la elaboración de este artículo.