viernes, 17 de enero de 2020

ATADORAS ELÉCTRICAS

Atadora Kamikaze KV 3


ATADORA
La prueba de la semana pasada fue con unas tijeras eléctricas (e incluso pude probar las nuevas tijeras sin cable); hoy toca hacer la comparativa con atadoras. 
En el caso de las atadoras tengo menos experiencia que en el caso de las tijeras y solamente he podido manejar 3 modelos de 3 marcas diferentes.
Atado de invierno y de verano
Es cierto que existen dos labores de atado. Una que se realiza en invierno y que es a la que me estoy refiriendo en esta entrada. En esta labor lo que se hace es atar los brazos o sarmientos de la próxima vegetación al alambre de formación. Posteriormente se hace, no siempre porque hay viticultores que optan por otros sistemas de conducción, el atado de verano que es una conducción de los sarmientos del año a los alambres de vegetación (los superiores)
El atado de invierno es una labor que exige mucha mano de obra, menos que la labor anterior de poda pero también requiere de suficientes jornales. Así que la atadora es de estas máquinas “pequeñas” que se amortizan rápidamente debido al enorme número de horas que se manejan durante la campaña.
Los modelos probados: las atadoras probadas han sido la Zanon ZL 600, la Pellenc Fixion y la Kamikaze KV 3. La Pellenc la tengo en propiedad mientras que la Zanon ZL 600 fue una prueba con los técnicos de Zanon y la Kamikaze KV 3 ha sido una prueba en las últimas navidades tanto con los técnicos del Grupo Sanz como con su servicio de ventas en la zona, Sercopag
Carretes de hilo: La Kamikaze lleva un carrete incorporado en la propia atadora de 90 m, suficientes para hacer unos 600 atados. La Pellenc Fixion con el carrete externo lleva una longitud de 200 m (1300 atados) mientras que la Zanon ZL 600 tiene un carrete de 400 m (2500 atados)
Disposiciones
Vídeo de eliminación de
atasco en KV3
Las mayores diferencias externas que se observan en las pistolas de atado es la disposición de la bobina de atado. En mi primera Pellenc Fixion la bobina era externa y situada en el arnés de la batería. Posteriormente se introdujeron mejoras y el carrete del hilo se puso al lado de la propia atadora. Los modelos actuales de Pellenc Fixion incluso llevan una bobina pequeña en la atadora. Esta solución, la de la bobina integrada en la atadora es la elegida por Kamikaze para su KV-3. En cuanto a la Zanon ZL 600 la bobina va en bandolera, pero tanto hilo de atado como cable eléctrico van en paralelo, juntos en un mismo encapsulado, aunque separados internamente. 
Hay atadoras que si se desea dar varios atados en la misma zona es necesario sacar la boca y volver a embocar, otras pueden hacer varios atados seguidos sin mover la máquina.
La boca de atado debe ser suficientemente amplia para atar un sarmiento gordo, pero no excesiva que obligue al mecanismo a hacer demasiado recorrido. Los 25-30 mm de boca puede ser acertado.
Posibilidades de atado: se refiere a las vueltas que se da al hilo de atado, lo normal es entre 3 y 5 aunque hay modelos que pueden dar hasta 11 vueltas.
Velocidad de atado: Entre 25 y 40 atados por minuto son las velocidades habituales que ofrecen los modelos más vendidos.
Baterías
Con el estado actual de baterías no hay problema para alargar la jornada todo lo que se necesite sin temor a quedar sin batería. Hasta 13000 atados con una carga sin problemas
Compatibilizando la batería: ha sido una de mis demandas habituales, me refiero a la necesidad de compatibilizar las baterías. Hoy, por fin, esta demanda ha sido atendida. Quizá la presión “verde” por reducir el uso de baterías y cargadores y por la propia presión del mercado a “bajar precios”; los fabricantes suelen ofrecer diversas herramientas para compartir batería.
Pellenc Fixion
En el caso de estas 3 atadoras solo la Kamikaze-Volpi KV 3 comparte batería con las tijeras de poda KV 600 y KV 700 y también con otras herramientas. No lo hace ni la PellencFixion ni la Zanon. Aunque si es habitual que se haga con algunas herramientas, y así, como ejemplos, la tijera de poda Vinion 150 puede compartir batería (Ulib250) con la sierra de poda Selion M12; en el caso de Stihl, batería Pro, puede dar servicio a máquinas como el soplador, motosierra, recortasetos…
Atadoras inalámbricas
Al igual que en el caso de las tijeras, también encontramos en las atadoras algún modelo de inalámbrica, es decir, con la batería integrada en la propia atadora. Estas atadoras con batería de ion litio integrada se suelen suministrar con 2 baterías para poder aguantar toda la jornada sin necesidad de recargar. También resulta interesante poder compartir estas baterías integradas en las atadoras con la tijera y así hay líneas de algunos fabricantes que lo permiten vendiendo un kit de atadora y tijera inalámbrica (Zanon ZM 25 y ZL 25)
Cinta de atado: Consisten en un alambre recubierto de papel o polietileno. Pueden llevar 1 o 2 hilos de alambre y el recubrimiento también varía para que la degradación sea antes o después. Una cinta estándar se degrada tras 10-12 meses a la intemperie, mientras que las “bio” se degradan en 8 meses por un aditivo fotodegradable.
La resistencia del atado, depende del hilo utilizado (entre 0,35 y 0,55 mm) y del número de vueltas; una cifra objetivo son 10-15 kg
Proceso de sustitución de la bobina de hilo en la Zanon ZL 600
Precios
Los precios recomendados (* sin IVA) se pueden ver en la siguiente tabla y con las posibilidades de comprar la atadora con o sin batería:

Mi opinión
En referencia a mis preferencias tengo que hacer una puntualización. Igual que la semana pasada si que dije claramente cual es, para mi, la mejor relación calidad-precio entre las tijeras, esta semana no me atrevo a hacerlo. ¿Por qué? pues porque con las tijeras he podido disfrutar de los modelos probados suficiente tiempo para sacar algunas conclusiones, en el caso de las atadoras sería injusto comparar la Fixion que la tengo en propiedad y lleva muchos atados en mis manos, con atadoras que han estado malamente una mañana.
las sensaciones de la Kamikaze han sido muy buenas, y en el tiempo que las tuve solo se produjo un atasco que resulta muy fácil de eliminar (más que en la Fixion), con la atadora de Zanon ya expresé mis opiniones. Pero, lo dicho, sacar una conclusión en base al poco tiempo de prueba sería demasiado poco ético.

Otras entradas relacionadas

martes, 7 de enero de 2020

TIJERAS ELÉCTRICAS DE PODA: ANÁLISIS COMPARATIVO DE LOS PRINCIPALES MODELOS DEL MERCADO

Tijera inalámbrica Kamikaze KV 310
MUCHAS HORAS: FÁCIL AMORTIZACIÓN
Es tiempo de poda, la labor que más tiempo requiere en la viticultura.
La tijera de poda es un artículo esencial para cualquier podador. La tijera de poda es de esas herramientas fácil de amortizar porque si bien su precio no es nada desdeñable las horas que pasa un viticultor con ella en la mano hace que compense rápidamente su compra. Por poner una cifra, 60 días laborables de poda son habituales para podadores "convencionales". En el caso de podadores profesionales (trabajos a terceros), la cifra fácilmente se dobla.
Manual o eléctrica: La realidad es que toda persona que prueba una tijera eléctrica difícilmente querrá volver a podar con tijeras manuales, sobre todo si la poda se hace en emparrado.
Una tijera eléctrica dispone de múltiples ventajas: ergonomía, esfuerzo, rapidez. Ventajas que vienen asociadas a la utilización de una sola mano y que, sobre todo, en la conducción en espaldera, tener una mano libre significa que puedes tirar de los zarcillos para desprender el sarmiento del alambre, coger el sarmiento mientras lo cortas y dejarlo en mitad de la calle para su posterior recogida o triturado. El esfuerzo al cortar es nulo y eso previene muchas lesiones a podadores profesionales que se pasan 3 y 4 meses al año podando.

LA OFERTA
Hay bastante oferta en el mercado de tijera eléctrica con batería y cable. Además, en las dos últimas temporadas se han sumado otros modelos de tijera inalámbrica, con la batería incorporada.
Marcas como Infaco, Kamikaze-Volpi, Zanon, Pellenc, Sthil, Makita, Felco, Campagnola… marcas que provienen de fabricantes con sedes en diferentes países: Francia (Infaco, Pellenc), Italia (Zanon), Japón (Makita), Suiza (Felco), Alemania (Sthil), también grupos de inversores españoles e italianos que optan a fabricación asiática, pero con estándares europeos (Kamikaze-Volpi, Campagnola) …
Modelos analizados
El análisis que sigue lo hago en base a modelos de tijera que o bien he probado o bien he tenido en mis manos. Es la única forma de poder hablar con cierta propiedad sobre ellos. Los modelos elegidos han sido la tijera ASA 865 de Stihl; la Vinion 150 de Pellenc; la 811 de Felco; la KV 600 de Kamikaze-Volpi; Electrocoup F3015 de Infaco; la Zanon ZT40 Tiger y la Makita DUP361
De convenios y alianzas: Si en el mundo de la maquinaria agrícola son habituales las alianzas entre fabricantes, en este nicho concreto lo es aún más. Así por ejemplo resulta curioso comprobar como el modelo ASA 865 de Stihl es idéntico al 801 de Felco ya que existe convenio entre ambos fabricantes. O también la unión Kamikaze-Volpi comparten diseño con Campagnola.

LAS CUALIDADES
¿Qué cualidades son las que se deben tener en cuenta antes de la adquisición?
Ergonomía y peso
Todos los modelos probados en menos o mayor medida, presentan buenas propiedades de peso, equilibrio y manipulación.
La empuñadura debe tener el diámetro y la forma correcta; adaptarse tanto a la mano más grande, normalmente masculina, como a la más pequeña, femenina, que cada vez se incorpora más a las labores de poda.
Peso: En el caso de tijeras por cable los pesos rondan los 800-850 g. En el caso de tijeras inalámbricas que están saliendo ahora al mercado, es decir, con la batería en la propia tijera, los pesos suben a los 1000-1200 g. Pero no es tanto una cuestión de peso como de reparto del mismo.
No quiero poner en entredicho el reparto de peso de alguna de las tijeras probadas ya que mi duda es en algún modelo que solo he podido tener en mi mano durante unos minutos. Para hablar con propiedad es necesario probar las tijeras en al menos una jornada normal de poda. A pesar de ello, me atrevo a aventurar que hay algún modelo cuya distribución de peso las hace más incómodas. Un mal reparto de peso genera tensión en la articulación de la muñeca y eso, tras las muchas horas del podador con la tijera, se nota.
Corte
Hoja de corte: Debe estar fabricada con aceros especiales de alta resistencia al desgaste y melladura como puede ser acero tungsteno. También es valorable el tratamiento de la hoja con fluoropolímeros (por ejemplo, teflón, xylan) para reducir la fricción.
Importante fijarse en la posición de la contrahoja, macho o “gavilán”, en referencia a la hoja de corte. Lo ideal es que el macho sea un poco más largo y acabar en un tope para evitar que los sarmientos o ramas más gruesas se “escupan”.
Progresividad de corte: La principal “pega” que ponen algunos podadores al uso de tijera eléctrica es el tacto que se tiene en el corte. Las mayores diferencias encontradas entre los modelos analizados están justo en este detalle.
Durante la poda es constante encontrar ramas, sarmientos, juntos que, para su corte, requiere tener mucho “tacto”. Los modelos más avanzados tienen una progresividad de corte encomiable, otros modelos adolecen de ella.
Lo ideal es aquella especificación de tijera con un buen servocontrol que consiga realizar este corte de forma progresiva, un detalle que solo se consigue mediante un puente de imanes colocado en el recorrido de corte. En este apartado es donde más se nota las dos técnicas de construcción empleadas en las tijeras: el husillo de bolas y la cremallera.
Fuerza de corte: La potencia de corte debe ser suficiente no ya para cortar un sarmiento de vid, sino también para cortar pulgares envejecidos. Una tijera eléctrica para poda de vid debe ser capaz de cortar, sin problemas, diámetros de 40 mm de diámetro (en frutal hay que ir a cifras de 50 mm) El par máximo de corte se encuentra entre 200-250 Nm, par que incluso llega a los 400 Nm en tijeras pensadas para frutales.
Motor: Los mejores fabricantes optan por la mejor solución, el motor eléctrico sin escobillas (brushless). La potencia del motor varía, siendo habitual los 350-400 W de potencia.
Tiempo de corte: El tiempo necesario para apertura y cierre de la hoja debe ser el adecuado para mantener un ritmo normal de poda.
Apertura de corte: Las tijeras, todas, tienen varias posiciones de apertura. Lo habitual para una poda en viñedo es llevarlas en posición intermedia. Hay tijeras con 2 posiciones otras con 3 posiciones y otras, incluso se pueden programar hasta 10 posiciones. Para pasar de una posición a otra existen varias formas de conseguirlo, algunas marcas optan por mantener un tiempo el gatillo apretado, otras con un pulsador en el mango. Incluso hay modelos, los más especificados, que ofrecen programar el “cruce de cuchillas” y así reducir desgastes.
Batería
Casi todos los fabricantes han seguido los avances del mercado en temas de baterías. El denominador común es la tecnología de litio, aunque también hay alguna batería de Ni-MH (Hidruro metálico y níquel)
La “moda actual” la marcó la tijera Vinion (Pellenc) cuando salió al mercado con la batería “minimalista”. Hoy, casi todos los fabricantes ofrecen, al menos como opción, ese tipo de batería de “bolsillo”. La opción “minimalista” es interesante si solo se va a dar alimentación a la tijera de corte, pero si se quiere compartir batería con otras herramientas se opta por baterías un poco mayores. Los pesos van desde los 800 gramos para las baterías de “bolsillo” a 1,6 kg.
En cuanto a los voltajes, los más habituales son 44, 48, 50 V y entre 2 y 6 Ah, potencia 200-280 W. En cuanto a los modelos sin cable el voltaje es 14.4, 16.8 o 21 V.
Un detalle a considerar es comprobar que el modelo en cuestión dispone de protección electrónica ya sea por sobreesfuerzo o por cortocircuito.
Autonomía: el estado actual de baterías hace que las tijeras eléctricas se puedan definir como incansables. Todos los modelos pueden estar perfectamente 8 horas sin parar de cortar, incluso tienen duración suficiente para aguantar incluso 2 jornadas de poda sin recarga. Algunas marcas incorporan un indicador de led, o bien una pantalla LCD, que avisa del estado de carga. Es conveniente que ese indicador vaya en la propia tijera y no en la batería, así podemos ahorrarnos algún “susto” de la carga que resta a nuestro equipo.
En cuanto a las tijeras inalámbricas no consiguen una autonomía superior a las 3-3,5 h por batería, con lo cual para conseguir aguantar una jornada entera se necesita disponer de un mínimo de dos baterías.
Mantenimiento
Este tipo de herramientas necesita un continuo mantenimiento, pero que resulta muy sencillo y rápido de hacer. Cada día conviene afilar la cuchilla y cada 3 o 4 días un engrase del mecanismo mediante el habitual dosificador que se incluye en la caja. Es de destacar el hecho de que algún modelo, por ejemplo, la Vinion 150 pueda desmontarse sin herramientas. Otras requieren retirar un tapón-tornillo y colocar una gota de grasa.
Otros
Arnés: Lo habitual es disponer de un arnés para llevar la batería, si bien con los modelos de baterías “minimalistas” basta con colgarla del cinturón.
Pellenc Vinion
En la caja: En una caja de material plástico resistente se guarda todo el equipo (tijera, batería, arnés completo incluso canana, herramientas de mantenimiento (incluye piedra de afilar, grasa con dosificador), cable y libro de instrucciones.

TIJERAS INALAMBRICAS
El pasado viernes 3 tuve un primer encuentro con la tijera inalámbrica de Kamikaze, KV 310. Era la primera vez que probaba una tijera inalámbrica. La verdad es que me gustó mucho la sensación y  fue una buena experiencia.
Para la prueba conté con el material aportado tanto por el fabricante Kamikaze, grupo Sanz, como con el distribuidor de la zona, Sercopag y sus técnicos Ana y Luisa. 
El ejemplo concreto de la KAMIKAZE KV 310
La tijera probada es menos potente que cualquier tijera convencional de las nombradas en este artículo pero tiene fuerza suficiente para hacer una poda normal en viñedo si bien es con madera vieja donde se ve que está limitada por diámetro y fuerza de corte.
Pero el inconveniente que yo previamente pensé que tendría, el peso, no lo ha sido. Una mano normal puede portar la tijera, con su batería integrada, una cómoda jornada de poda. La realidad es que todo el conjunto solo pesa 900 g
Así que el mayor inconveniente está en la autonomía de la batería (14,4 V; 2,1Ah y potencia nominal de 150 W). En condiciones climáticas ideales y para poda de viñedo, la batería puede durar 3,5 h. Pero en las condiciones de la mañana de prueba (muy fría, con temperatura menor, toda la prueba, de 5 ºC, y una gran humedad ambiente con nieblas que no levantaron durante toda la jornada) la autonomía se reduce bastante. Es por lo que los proveedores recomiendan que con la tijera se compren 3 baterías y de esta forma si se garantiza toda la jornada de trabajo (en el precio de venta que se proporciona líneas abajo se incluye 2 baterías)
Guante anticorte para F3015 de Infaco
Se puede ver un pequeño vídeo, grabado el día de la prueba, del comportamiento de la tijera KV 310 (https://youtu.be/bVVmwBdYPKM) y también en este se puede ver una breve descripción de la tijera: https://www.youtube.com/watch?time_continue=14&v=nlDRSwHGoAc&feature=emb_logo

¿EL PRECIO?
Con cable: Quizá el primer fabricante que “tiró a la baja” fue Pellenc. Hoy existen diferencias llamativas en los precios de las tijeras eléctricas más populares del mercado, pudiéndose encontrar en la horquilla entre 630 € a 1500 €, En la siguiente tabla se pueden ver los precios de los modelos analizados. A todos los precios hay que sumar el IVA correspondiente, pero los precios si que incluyen el maletín completo, es decir, tijera, batería, cargador, kit de mantenimiento y maletín para transporte.
Precios de venta de las tijeras comparadas (*, sin IVA)
Sin cable: En cuanto a las tijeras inalámbricas, disponen de precios más asequibles, entre 150-300 € para tijeras de primeras marcas.
En concreto la tijera probada, la Kamikaze KV310 tiene un precio de venta de 300 € pero ese precio ya incluye 2 baterías de 14,4 V; 2,5 Ah (cada batería extra tiene un coste de 47,5 €)

¿LA MEJOR TIJERA?
Hay que comparar, o intentar, “naranjas con naranjas”. No se puede hablar de precio sin una especificación y comportamiento asociado. Considero que uno de los mejores métodos para tomar una decisión es utilizar la denominada matriz de decisión.
La matriz de decisión es una forma sencilla y rápida de hacer una comparativa de productos similares.
Consiste en hacer una tabla en la cual las columnas representan los modelos de tijera que tenemos en mente como potencial compra. Mientras en las filas se colocarán todas aquellas especificaciones que consideremos importantes para nuestra decisión.
Una vez colocadas todas las especificaciones, una por línea, se le asignará un “peso”. Por ejemplo, si se desea puntuar la importancia que concedemos a cada especificación; se puede elegir una escala, por ejemplo, de 0 a 100. Por ejemplo, si una de la especificación a valorar es “precisión de corte” y otra sea “precio de compra”; habrá que asignar un peso en función de nuestras preferencias. Así, por ejemplo, a la precisión de corte se le puede asignar un “90” y al precio un “100” o cualquier otro, es nuestra “matriz” y solo nosotros podemos puntuar como consideremos más conveniente en función de nuestras preferencias.
Matriz de decisión 
El siguiente paso es poner la puntuación a cada modelo comparado. Por ejemplo, se puede poner una puntuación de 1 a 10. Si en el punto “precisión de corte” al comparar los 3 modelos que tengo en mente para la compra, al A le doy un 7,5, al modelo B un 9,5 y al C un 9.
Ahora queda multiplicar el peso que dimos a cada punto de la especificación por la nota en un modelo concreto, así, por ejemplo, en “precisión de corte” de la tijera A sería 90*7,5 = 675 puntos; en la tijera B sería 90*9,5 = 855 puntos…
Por último, cuando ya se tiene todas las multiplicaciones hechas solo queda sumar la puntuación de cada tijera.
Mi caso concreto: He comparado 3 modelos de 3 fabricantes diferentes. Los modelos elegidos han sido Kamikaze KV-600, Electrocoup 3015 y Zanon Tiger ZT-40.
Como se ve en la tabla de la matriz de decisión, los valores últimos obtenidos por mi puntuación ha sido de 7690 para la tijera Kamikaze KV-600, que se convierte en mi modelo óptimo para mis necesidades. El siguiente modelo en el análisis ha sido la Electrocoup 3015 con 7540 puntos y por ultimo la Zanon Tiger ZT-40 con 7235 puntos.

ENTRADAS RELACIONADAS

sábado, 21 de diciembre de 2019

ERASE UNA VEZ (CASO PRÁCTICO DE DISEÑO Y CÁLCULO DE UN EMBRAGUE MULTILÁMINAS) Parte II


Y llega la II y definitiva entrega del ejemplo concreto que supuso el diseño del embrague del cambio Dual Speed del tractor Kubota K1, a la postre fue el último diseño de un tractor en España.
Como ya se comentó en la I entrega, esta también es propiedad de mi amigo Julio de la Vega Magán (ingeniero proyectista diseñador de transmisión del Kubota K1)
En la I entrega se hizo una descripción de los embragues del K1 así como el funcionamiento del embrague húmedo del Dual Speed. En esta II parte se efectuará el diseño y cálculo del embrague. 

DISEÑO
El diseño de un embrague se hace de forma condicionada ya que depende del servicio al que se dedica. Un buen diseño debe garantizar un funcionamiento progresivo y sin tirones a la par que consigue transmitir todo el par recibido, tener una larga vida útil y no necesitar apenas mantenimiento.
El predimensionamiento de un embrague se hace considerando criterios como transmisión del par, energía capaz de disipar, ergonomía en el pedal (fuerza necesaria) y duración mínima para un uso dado.
Lo primero, los datos
Un diseño correcto exige disponer de todos los datos necesarios del tractor y que son referentes tanto al motor, como a la transmisión y como las propias del vehículo (Tabla 1).
Tabla 1: especificación del K1 170 DT
Del motor se necesitan conocer datos como la potencia máxima, el par máximo y las revoluciones a las que se producen. De la transmisión es necesario conocer las relaciones de las diferentes cajas (velocidades, grupos, reductoras…) así como las del grupo cónico y las reducciones finales. En cuanto al vehículo interesa sobre manera conocer los juegos de neumáticos y, fundamental, el peso máximo autorizado.
Iniciando
En el predimensionamiento de un embrague se puede partir de “0” total o parcialmente, utilizando componentes comerciales que ya desarrolladas por empresas especialistas.
Lo más habitual es iniciar los cálculos simplificados desde las dimensiones de los forros del disco ya que un embrague de fricción se calcula por el par máximo a transmitir. Huelga aclarar que el par que deberá desarrollar el embrague será mayor que el que se desea transmitir; si no se hiciese así el embrague patinaría (no se llegan a igualar las velocidades del eje conductor y conducido) y no transmitirá el par exigido.
En este sentido los condicionantes más importantes, son los estriados a utilizar, que tienen la responsabilidad de transmitir los pares entre las diferentes partes de la transmisión. Estos estriados son los interfaces entre los discos, platos, campana, y ejes de transmisión, por tanto afecta sobre todo a la fabricación por brochado que lleva asociado un alto coste por el valor de las brochas.
Embrague multidisco DT y BiSpeed
Los discos, son los elementos encargados de transitar el par. En la mayoría de las ocasiones los discos se eligen comerciales y así evitar fuertes inversiones. Lo habitual es que los discos sean de acero o bien parejas alternando acero y bronce pero en cualquier caso el material seleccionado estará acorde a las presiones superficiales que soportarán.
En el caso del embrague del Dual-Speed son discos de acero con estriado interior (brochado) Por ambos lados del disco de acero se le adhiere una capa de material N266 con alto poder de desgaste. El coeficiente de fricción estático µ de este material es 0,12-0,14 con resistencia a compresión de 25 kgf/cm² (datos SK Wellman)
Llegar a los detalles de diseño haría el artículo excesivamente extenso; pero, a modo de resumen, destacamos la importancia del juego disco-plato.
El juego disco-plato en el caso del K1 se definió de forma experimental. Para ello se hicieron pruebas de pista y campo, con tractor completo, de más de 3000 h.
El juego disco-plato es un parámetro crucial desde el punto de vista de la disipación del calor generado cuando existe fricción entre discos, e incluso con el propio aceite (téngase en cuenta las grandes velocidades relativas entre discos) Si este diseño no se cuida especialmente se originan deformaciones (alabeos) en los discos. Nuestras pruebas experimentales fueron variando el juego necesario hasta conseguir dar el visto bueno al conjunto del embrague DualSpeed.
También es crítico el diseño de los muelles de retroceso del embolo para que se mantengan los juegos establecidos y así evitar que las altas velocidades relativas de rotación llegue a quemar los discos. En algunos casos el embrague del K1 incorpora dos muelles, uno dentro de otro, para garantizar la rápida respuesta.
Par de entrada a transmitir: Generalmente se calcula al límite de tracción del tractor, teniendo en cuenta las diferentes etapas hasta la entrada del embrague (relación de diferencial, velocidades, gamas, epicicloidales etc.). Con este criterio se establece el par y régimen de vueltas a la entrada del embrague.
Superficie de contacto platos-discos: Se selecciona un disco de un fabricante del mercado, que condiciona la geometría del embrague.
Superficie de presión hidráulica (pistón): Se definirá acorde con las dimensiones del disco en la parte de fricción.
Presión de servicio sistema hidráulico: Estará en función a los requerimientos del disco, manteniendo la regulación por debajo de la máxima soportada por el disco.
Rango de presión admisible para los discos: Estará en función a los requerimientos del disco y del par de entrada, estableciendo unos márgenes de seguridad.
Rango de vueltas entrada-salida: En función del sistema cinemático de la transmisión donde esté ubicado el embrague.

La Tabla 2, recoge los datos de partida (variables de entrada), en base a los cuales se calculan; el par transmitido por el embrague, y el nº de discos en función a los factores de seguridad establecidos.
Como ya hemos indicado, es crucial en el diseño de un embrague multiláminas, establecer el juego entre plato y disco (ítem 10-11) así como las cadenas de tolerancias que eviten calentamientos en el embrague que gira libre, debido a las velocidades relativas entre disco y plato puede laminar el aceite perdiendo su capacidad de transmisión de par por deformación de los discos.

Otras entradas relacionadas:
Embrague del tractor agrícola parte I
Embrague del tractor agrícola Parte II
Cuestión de detalle, los embragues y su dimensionamiento
Erase una vez (caso práctico de diseño y cálculo de un embrague): I parte

jueves, 12 de diciembre de 2019

ERASE UNA VEZ (CASO PRÁCTICO DE DISEÑO Y CÁLCULO DE UN EMBRAGUE MULTILÁMINAS) Parte I

K1 150 (Foto Pedro Pablo)

Esta entrada me produce mucha alegría. Se trata de recordar hechos, anécdotas del que a la postre fue el último diseño de un tractor en España, si, aquel Kubota K1.
Estando con unos antiguos y amigos de la antigua Ebro-Kubota se me ocurrió preguntar que información conservábamos de aquella experiencia. La realidad es que era más bien poco, salvo Julio que nos sube a la buhardilla de su casa y ¡allí había de todo! Se nos ocurrió desempolvar alguna cosa y en concreto se eligió esto: el cálculo del embrague del Dual-Speed del K1
La realidad es que esta entrada es de mi amigo Julio de la Vega Magán (ingeniero proyectista diseñador de transmisión del Kubota K1)
Debido a la longitud del artículo, hemos preferido dividirlo en 2 partes. En la presente, se hace una descripción de los embragues del K1 y la descripción del embrague húmedo del Dual Speed. En la II parte se efectuará el diseño y cálculo del embrague.

LOS EMBRAGUES DEL K1
Intentaremos describir lo que fue un largo proceso de diseño. Muchas horas de ingeniería para concebir lo que a la postre ha sido el último tractor fabricado en España, el Kubota K1.
Intentaremos describir el concepto, aplicable al diseño, de embragues multidisco, de accionamiento hidráulico, describiendo los elementos que integran el embrague del Dual-Speed del tractor K1 y esquematizando los cálculos para intentar conseguir un artículo divulgativo. 
Embragues de fricción del K1: El K1 está equipado con embragues de fricción que son los más versátiles. Analizando el esquema de transmisión del K1 se observa un embrague principal (monodisco seco), y de unos embragues multidiscos, en el interior de la transmisión, por tanto “húmedos”, para dar servicio al Dual-Speed, DT/Bi-speed, y toma de fuerza. Todos los embragues son totalmente independientes.
Esquema transmisión Kubota K1
  • DualSpeed: situado a la entrada de la caja de cambios. Su función es transmitir par directo del motor a una rama Alta (Hi) o Baja (Low). La diferencia de par entre ambas ramas es del 25%
  • Toma de fuerza: Embrague On-Off. Se sitúa a la salida de la caja de gamas, dentro del cárter trasero. Transmite el par a los engranajes traseros de toma de fuerza directa (540 y 1000 rpm) así como, la ahora no habitual, proporcional al avance
  • DT-BiSpeed: Situado en la parte inferior del cárter trasero. Cumple la función de conectar la tracción al eje delantero y, gran novedad de este tractor en su gama de potencia, accionar el mecanismo Bi-Speed por el cual se aumenta la velocidad de giro del eje delantero con el fin de reducir el radio de giro

EMBRAGUES MULTIDISCO
La aparición del sistema multidisco viene a ser una solución para los requerimientos de algunas transmisiones. Hoy por hoy son los más utilizados para transmitir par ya sea en transmisión por engranajes en cajas de cambio o reductoras o diferenciales, etc.
La gran ventaja de estos embragues consiste en poder colocar numerosos pares de discos, por lo que se consigue un diseño más compacto que el embrague seco convencional; es una forma de aumentar el área efectiva sin aumentar el radio de los discos. El par de rozamiento de un multidisco es la suma de todos los pares de discos.
Funcionamiento: Aunque existen varias configuraciones a la vez que tipos de accionamiento, el funcionamiento es muy similar en todos los casos.
Sobre un cuerpo principal se incorporan parejas de discos de embrague con materiales capaces de soportes presiones axiales y platos que se intercalan entre los discos. Los paquetes forman un conjunto (disco + plato) x n, que permite transmitir el par requerido. Este par se puede transmitir, por medio de estriados en disco, en parte interior que amarra al eje, y en parte exterior que va unido al cuerpo o campana de embrague. 
K1 170; 13000 h (Foto Carlos BdC en Madrigal)
De discos: el material de fricción debe ser capaz de resistir altas temperaturas manteniendo sus propiedades; ser capaz de disipar calor con suficiente facilidad y tener alta resistencia al desgaste.
El material de los discos es muy variado. Puede ser orgánicos (se compone de un tejido de fibras de cobre o latón y poliamida) o carbocerámicos (simbiosis de carbono y cerámica y son los más utilizados en multidisco) o la “fibra de moda” como es el Kevlar o de material sinterizado (fabricado por compresión con polvo de metales)
Accionamiento: El montaje habitual contempla que los discos metálicos “hembras” se coloquen en el mandril en el eje primario; intercalados van los discos “machos” unidos al volante. Se debe generar una fuerza para comprimir el conjunto. En el tractor K1 todos sus embragues se accionan hidráulicamente. Mientras el embrague de marcha se acciona, a través del pedal, por un bombín, los embragues multidiscos se accionan por distribuidores de un circuito hidráulico auxiliar alimentado por bomba. Al dejar de mandar aceite unos muelles liberan el mecanismo.
Embrague asistido hidráulicamente: El movimiento se transmite mediante ayuda de la fuerza hidráulica. Un cilindro emisor (bomba) genera presión sobre un cilindro maestro (bombín) Ambos cilindros se unen a través de tuberías que contienen el fluido. El principio físico de sobra conocido, se basa en la diferencia de diámetros entre los dos cilindros que sirve para multiplicar la fuerza ejercida.
¿Seco o húmedo?: Los paquetes de discos pueden ir en “seco” o “húmedo” aunque en el caso del tractor K1 todos los paquetes eran “húmedos”
La ventaja del multidiscos en baño de aceite es que disipa mucho mejor el calor. Ventaja que se convierte en desventaja al considerar que el aceite reduce el coeficiente de fricción μ entre los discos (dato fundamental en el cálculo del par de embrague). Una solución al hándicap será aumentar la presión entre los discos.
Comparando: un embrague con grafito de carbono sobre acero tiene un coeficiente de fricción μ = 0,05, pero puede trabajar a más de 500 ºC y con presión máxima hasta 2100 kPa (21 kg/cm2) Mientras que en un material de fricción convencional sobre acero μ = 0,2 pero su temperatura máxima no sobrepasa 300 ºC y la presión no superar los 700 kPa (7 kg/cm2)
Embrague del DualSpeed Tractor K1

EMBRAGUE MULTIDISCO DUAL SPEED DEL K1
Las transmisiones de los tractores se han ido complicando sumamente en los últimos 30 años y el sistema de embrague ha tenido que ir cubriendo las nuevas expectativas. El diseño del K1 fue el de un tractor con transmisión mecánica sincronizada (caja de velocidades y gamas) y con un sistema de cambio bajo carga que se denominó Dual-Speed. La caja de velocidades de 6 marchas y la caja de gamas (3+R) también sincronizadas y una gama creeper (super lentas) proporcionando (caso de creeper) un máximo de 60+24 velocidades.
Dual-Speed, el primer “powershift”: Las tan de moda actual cajas “powershift o cambio bajo carga” tienen su origen en los cambios Dual-Speed o Hi-Lo que son cambios, sin pisar el embrague, y únicamente de 2 velocidades. La diferencia con un cambio “solo sincronizado” es muy grande ya que aquí no se busca igualar las velocidades de los engranajes que se acoplan, ni se pisa el embrague, pero tampoco es un cambio bajo carga propiamente dicho aunque pueda parecerlo ya que durante, un breve tiempo, se interrumpe la transmisión de potencia.
Esquema Dual Speed
La elección de un paquete multidiscos para el cambio DualSpeed del K1 estaba condicionado por la compacidad del diseño y por la progresividad de este tipo de embrague mientras se igualan las velocidades de giro que hace que los acoples sean suaves y sin tirones. El motor se puede mantener en el régimen de giro lo más próximo posible al deseable variando el par y la velocidad de avance. El DualSpeed representa un importante ahorro de tiempo de operación.
Funcionamiento: El DualSpeed (ver figura) se sitúa entre el eje de transmisión (1) y el primario (7) de la caja de cambios. El sistema consta de un eje reductor (10) con una pareja de engranajes unidos en toma constante al eje de transmisión (1) y al eje primario (7) respectivamente y de un embrague doble multidisco en baño de aceite accionado hidráulicamente.
En velocidad larga (Hi) el embrague, correspondiente se acciona mediante presión hidráulica, mientras que el embrague del lado de baja se desconecta por lo que la transmisión de giro se realiza directamente del eje de transmisión (1) (que está unido al disco de embrague) al eje primario.
En velocidad corta (Lo) se desconecta el embrague del lado de larga y se conecta el de baja por lo que el movimiento se transmite a través del eje reductor, es decir una velocidad menor en el primario debido a las dos desmultiplicaciones de los engranajes en toma constante.
Circuito hidráulico y Distribuidor: Con el motor en marcha el aceite es bombeado por la bomba (3) y llega al conjunto de válvulas (5)
Circuito hidráulico Dual Speed
El distribuidor (6) del DualSpeed canaliza el fluido al embrague de larga (7) o de corta (9) según el interruptor del DualSpeed. El aceite del embrague se descarga a través de la corredera del distribuidor. Se asegura el engrase de los discos y cojinetes de ambos embragues, así como la presión de trabajo del embrague mantenida por la válvula limitadora entre 21 y 24 kg/cm2.
El distribuidor es de dos posiciones y cuatro vías, con desplazamiento por solenoide a una posición y por resorte a la de reposo.
En la posición Lo, una corriente llega al solenoide (1) del distribuidor, desplaza electromagnéticamente la corredera hacia la derecha para que el aceite enviado por la bomba auxiliar pase de la galera "P" a la galera "B", y empuje el embrague de corta (Lo) apretando los discos conductores y conducidos quedando solidarios la carcasa del embrague como elemento conductor con el engranaje conducido.
En posición larga (Hi) un resorte mantiene desplazada la corredera hacia la izquierda, por lo que el aceite pasa de la entrada "P" a "A" hasta el embrague de larga, a la vez que el aceite del embrague de corta (Lo) retorna por "B" y se desaloja por "T" a la carcasa de la transmisión.
Distribuidor DualSpeed posición Hi y Lo
Cuando se conecta la posición Lo la corriente excita el solenoide (9), desplaza la corredera (6) a comprimir el resorte (8), abre el paso de "P" a "B" y cierra el paso de "P" a "A" invirtiéndose los sentidos de circulación del aceite.