Transmisión de potencia en el tractor. Transmisiones mecánicas
El tractor agrícola consta de diferentes partes, en este artículo vamos a centrarnos en una de sus partes, la transmisión.
Todo gira en torno a transmitir la potencia generada en el motor a los distintas partes del tractor que la utilizan, que son principalmente, las ruedas, los sistemas hidráulicos y la toma de fuerza, por eso hablamos de transmisión de potencia.
¿Qué son las transmisiones?
Podemos definirlas como el “Conjunto de elementos que transmiten la potencia del motor hasta los elementos donde se utiliza, principalmente ruedas y toma de fuerza”.
Por tanto, podemos decir que se llaman transmisiones o simplemente transmisión al conjunto de elementos que aseguran la transferencia de la potencia a los diferentes puntos de la máquina que la utilizan.
Transmisión de par motor y de régimen de giro
Para calcular la potencia de un tractor o simplemente de su motor de combustión, lo que se toma en cuenta es la potencia de un eje. A nivel del motor, ese eje de referencia es el eje del cigüeñal. En los tractores también se utiliza como referencia la potencia de la toma de fuerza. En todos estos casos la potencia tiene dos componentes: par motor y régimen de giro, de acuerdo a la siguiente expresión:
N (W) = M (Nm) x w (rad/s)
Siendo N la potencia en Watios, M el par motor en Newtons por metro y w la velocidad angular del eje (régimen de giro), en radianes por segundo.
Los radianes por segundo no suele ser un dato que conozcamos. Lo habitual es conocer el número de vueltas del motor o régimen de giro en revoluciones por minuto (n). En ese caso, para obtener la potencia en Watios, se haría el siguiente cálculo:
N (W) = M (Nm) x 2PI/60 x n (rpm)
Así pues la transmisión de potencia se lleva a cabo mediante la transmisión de los dos factores que la componen: par motor y régimen de giro, de forma que llegue en las mejores condiciones y con las menores pérdidas posibles para el funcionamiento del tractor.
El objetivo es conseguir la fuerza que demande la labor a una velocidad de avance adecuada. Y si además conseguimos un bajo consumo de combustible, pues mejor todavía.
Para entender qué es el par motor y cómo cambia según el funcionamiento del motor, te recomendamos el siguiente artículo: Curvas del Motor en los Tractores: información completa.
Tipos de transmisiones
Hacer una clasificación o explicar los diferentes tipos de transmisiones que tienen los tractores no es tarea fácil. Hay cientos de marcas de tractores, que a lo largo de los años han sacado al mercado miles de modelos diferentes, con sistemas de transmisión muy diversos.
En España por ejemplo, conviven honorables tractores de más de 25 o 30 años, con cajas de cambio muy sencillas puramente mecánicas, con tractores de alta gama, recién salidos de fábrica, que incorporan los últimos avances en transmisiones infinitamente variables (CVT).
La transmisión es algo muy característico de los tractores, pues son máquinas que están pensadas para hacer labores muy diferentes, con necesidades muy diversas en cuanto a par motor y velocidad de avance.
Por ejemplo, hay labores como el subsolado, que demandan un par motor alto y desarrollan a velocidades muy cortas (2- 4 km/h). Otras como el transporte son el ejemplo contrario, se requiere poco par motor para desplazar un remolque y por ello se pueden realizar a mayor velocidad ( máximo 25 km/h).
Partes o elementos principales de transmisión de un tractor
Para facilitar la explicación, podemos decir que los elementos que componen la transmisión de un tractor son los siguientes:
- Embrague
- Caja de cambios
- Diferencial
- Reducción final
- Palieres
- Ruedas
- Toma de fuerza.
Vamos a ir viéndolos uno por uno.
Embrague
Es el encargado de independizar el movimiento del motor de las transmisiones.
Al embragar se transmite el par motor que llega del eje del cigüeñal, a través del volante de inercia.
Sin embargo, en la posición desembragado, se independiza la transmisión del movimiento del motor a la caja de cambios.
A cualquier embrague, y esto también es aplicable al embrague de un tractor, se le exige una serie de condiciones:
- Acción progresiva que evite tirones en la conexión y desconexión.
- Estabilidad térmica durante el trabajo.
- Inercia reducida y capacidad para amortiguar vibraciones.
- Bajo mantenimiento.
Caja de cambios
El funcionamiento y versatilidad de la caja de cambios en el tractor es un aspecto fundamental.
Hay muchos tipos de cajas de cambio en los tractores. Por eso hemos querido dedicar un artículo entero a las cajas de cambio en los tractores.
Partes del puente trasero del tractor
Llamamos puente trasero al conjunto de elementos que transmite la potencia desde la salida de la caja de cambios hasta las ruedas traseras, que es donde suelen llevar la tracción los tractores.
El puente trasero del tractor engloba: el diferencial, los frenos y las reducciones finales.
El diferencial
El diferencial recibe la potencia de la caja de cambios y la transmite a cada lado del tractor. Además, el diferencial es esencial para que el tractor pueda abordar una curva, de manera segura. En esta trayectoria curva, la rueda exterior recorre mayor distancia que la interior.
Un diferencial convencional consta de los siguientes elementos: corona, satélites, planetarios y palieres
¿Cómo funciona un diferencial?
La potencia del motor llega a la corona, que a su vez se la pasa a los satélites, estos a los planetarios y finalmente a los palieres izquierdo y derecho, que la transmiten a las ruedas correspondientes.
La forma en que está construido el diferencial, o dicho de otra manera, la forma en que engranan los elementos anteriormente mencionados, permite al tractor adaptarse mejor a las curvas.
Cuando el tractor circula por una curva, la caja del diferencial recibe el mismo movimiento de la corona, pero lo reparte de manera diferente entre la rueda interior y la exterior. Esto es debido a que los satélites giran sobre sus ejes, y su sentido de giro es desde el planetario de menor al de mayor velocidad, dependiendo del radio de giro de la trayectoria que describen las ruedas. En esta situación de las ruedas en curva, el par motor es la mitad del par que llega a la corona, aunque hay que decir que existen perdidas por rozamiento.
Cuando se gira hacia la izquierda el planetario de la izquierda gira menos, lo que hace que el palier correspondiente también y a su vez la rueda izquierda. Y viceversa, cuando el tractor gira hacia la derecha, la rueda derecha necesita girar menos, y esto se hace gracias a que el palier gira menos, tiene una velocidad angular menor, porque el satélite al que está conectado también gira más lento.
¿Y qué ocurre en las rectas? Al circular en línea recta, los satélites no giran alrededor de su eje y arrastran ambos planetarios a la misma velocidad, y por tanto las ruedas recorren la misma distancia.
Bloqueo del diferencial
Cuando se realizan labores en campo la adherencia de cada rueda va variando, dando lugar a deslizamientos. El diferencial detecta que se está tomando una curva y actúa incrementando el resbalamiento, e incluso el tractor puede llegar a quedarse atascado. Para evitarlo, todos los tractores llevan incorporado el sistema de bloqueo del diferencial. Este bloqueo hace que dejen de funcionar como tales los dos semiejes, y se conviertan en un solo eje rígido.
Tradicionalmente se ha utilizado un pedal o palanca, pero es frecuente el uso de pulsadores. Pero la no utilización del bloqueo diferencial, ha llevado a los fabricantes a utilizar sistemas de bloqueo automáticos.
Los sistemas de bloqueo automáticos o sistemas autoblocantes.
Los tractores cada vez tienden a ser más potentes por lo que se hace imprescindible utilizar de una forma sistemática el bloqueo diferencial, de ahí que se utilice el bloqueo automático. En los tractores más modernos el bloqueo de diferencial se hace mediante control electrónico en función de la información que llega de los sensores sobre la velocidad de avance del tractor y la velocidad de giro de cada rueda.
Reducción final
La reducción final se encuentra en el puente trasero y en los tractores de doble tracción también en el delantero. La reducción final está formada por un bloque central y por los palieres, en cuyos extremos se encuentran las ruedas. Estos ejes transmiten el movimiento desde el diferencial hasta las ruedas.
El objetivo o función que cumple la reducción final, como su propio nombre indica es hacer un desmultiplicación antes de que la potencia llegue a la «parte final». Esta «parte final» o destinataria de la potencia son cada una de las ruedas.
¿Qué es lo que se reduce? Lo que se reduce o disminuye son las vueltas, el régimen de giro, para conseguir un mayor par en las ruedas, manteniendo la potencia.
La mayoría de los tractores utilizan un sistema planetario de 3 o 4 satélites.
Toma de fuerza del tractor (TDF)
Es un eje exterior de transmisión de potencia unido cinemáticamente al motor.
Inicialmente la toma de fuerza de los tractores fue diseñada para el accionar máquinas de recolección. Sin embargo, en la actualidad podemos encontrar multitud de aperos que son accionados por la toma de fuerza, como por ejemplo rotocultores, sembradoras, abonadoras, pulverizadores, etc.
Todos los tractores tienen toma de fuerza trasera y algunos, además de la trasera, tienen toma de fuerza delantera.
Las TDF pueden ser independientes o por el contrario dependientes del motor.
Las independientes están unidas directamente al motor y son independientes del movimiento del tractor, al contrario ocurre con las dependientes.
En el caso de ser independientes dispone de un embrague que permite su conexión en carga.
En la actualidad, los tractores nuevos suelen disponer de una toma de fuerza independiente, excepto algunos modelos muy sencillos.
Normalización de la toma de fuerza
La toma de fuerza es un elemento del tractor que está normalizado, lo cual permite al agricultor conectar al tractor multitud de aperos distintos.
Precauciones para la utilización de la toma de fuerza del tractor
El eje de la TDF sobresale del tractor y además tiene una forma estriada, este puede ser de gran peligro.
En los antiguos tractores era frecuente salir y entrar a la cabina por la parte trasera, mientras que el operario subía o bajaba podía buscar un apoyo que facilitase la bajada o la subida, lo que ha causado muchísimos problemas.
Las normas han establecido una protección por una pantalla que impida cualquier contacto. Bajo ningún concepto debe retirarse del tractor.
Los elementos del árbol de transmisión conocido como junta universal o Junta Cardan deben de estar siempre homologadas por las normas UNE-EN 12965.
El objetivo de la junta Cardan es transmitir el movimiento de rotación desde un eje conductor a otro conducido a pesar de su no colinealidad.
Es un tipo de junta no homocinética (el eje al que se transmite el movimiento no gira a una velocidad angular constante).
La junta cardan está constituida por dos piezas en forma de horquillas conectadas entre sí por medio de una pieza con forma de cruz.
Para evitar accidentes es obligatorio que la junta cardan tenga una cobertura de plástico, tal y como se ve en la imagen.
Hasta aquí el artículo sobre transmisiones mecánicas o mejor dicho, transmisión de potencia en el tractor. Por favor deja tus dudas en la parte de comentarios.
No quisiera terminar si antes agradecer la ayuda y las correcciones de la Profesora Pilar Linares de la UPM, que tanto sabe de estos temas.