viernes, 1 de junio de 2012

¡Y ESTO COMO SE PARA!. SISTEMAS DE FRENOS

240 CV; 6700 cm3; 1000 Nm; > 30000 kg del conjunto ¿cómo se frena?
¿QUÉ ES UN SISTEMA DE FRENADO Y COMO FUNCIONA?
Una respuesta convencional y sencilla es la que dice que el objetivo del sistema de frenado es detener el giro de la llanta para detener un vehículo. Una respuesta más técnica es ver al freno como un sistema que absorbe energía cinética o potencial en el proceso de detener, o reducir la velocidad, de una pieza que se mueve.
El artículo completo puede leerse en Agricultura. Abril 2010 “¡Y esto cómo se para!

EL FRENO COMO MÁQUINA
El freno es un dispositivo transformador de energía, es decir que el sistema de frenado es una máquina “per se”. El freno transforma la energía cinética de un cuerpo en calor o trabajo, es decir es un “extractor“ de energía. De este concepto deriva los sistemas KERS que se han hecho famosos tras su popularización en los monoplazas de Fórmula 1. El KERS (Kinetic Energy Recovery System) es un freno de tipo regenerativo capaz de recuperar energía cinética transformándola en eléctrica que la almacena en baterías o en un volante de inercia. El sistema si bien se popularizó en 2009 con los F-1 ya se empleaba desde hace tiempo en trenes eléctricos, vehículos híbridos…
Sistema KERS F-1

FRENADO EN TRACTORES AGRÍCOLAS
El frenado del tractor agrícola tiene la particularidad que debe detener un vehículo muy pesado de por si pero además capaz de remolcar varias veces su propio peso. Si bien el tractor es un vehículo con velocidad máxima limitada a 40, 50 ó 60 km/h (dependiendo de países) y eso beneficia el proceso, tiene varios handicap que dificultan el fenómeno:
  • Es habitual que se requiera el frenado sobre una superficie no óptima (p.e. grava suelta)
  • Es normal que se frenen, sólo las 2 ruedas traseras (cada vez más tractores incorporan freno a las 4 ruedas)
  • El proceso de frenado se realiza con unos neumáticos con la superficie de apoyo mal repartida en unos tacos nada recomendados para la acción de freno

La legislación actual se recoge en la Directiva CE 76/432 y 96/63

SISTEMAS POPULARES EN LOS TRACTORES Y MAQUINARIA AGRÍCOLA

Multidiscos
En tractores modernos el sistema de frenos consiste, casi en su generalidad, en sistemas de grupos de discos en baño de aceite que actúan sobre los semipalieres de las ruedas traseras. El comportamiento de un freno es análogo al de un embrague, con la diferencia que un embrague conecta una parte móvil con otra parte móvil, mientras que el freno conecta una parte móvil con una estructura fija.
Es habitual, en tractor grande, que existan frenos en el eje delantero, bien en los cubos de rueda o incluso en el eje de transmisión al tren delantero. También los tractores suelen incorporar sistemas, por medio de los servicios hidráulicos externos, para accionar los frenos del remolque conjuntamente al accionar los pedales de frenos.
  • Materiales empleados: Si hace unos años se optaba por los asbestos, tras las denuncias hacia este material como, presuntamente, cancerígeno, se ha optado por materiales de acero u otros más caros como el carbono, u otros aún más caros como son los materiales de aleación como el tungsteno y el vanadio
  • Freno de disco en seco: Es el sistema más utilizado en los vehículos automóviles de calle pero no así en tractores. El disco se monta sobre el cubo de rueda; en un sector circular, que contiene las pastillas fabricadas con algún material de fricción. Unos pistones empujan las pastillas contra el disco
  • Frenos de disco húmedo: El término “baño de aceite” o “húmedo” da a entender que el sistema está inmerso en aceite. Sin duda es el tipo de disco más usado en el diseño de tractores. Es un sistema muy fiable del cual puede decirse que, prácticamente, no tiene desgaste y, consiguientemente, precisa mínimos ajustes.

Además en el tractor es general encontrar circuitos de mando con frenos independientes. Al pisar los pedales de freno se accionan los cilindros maestros que transmiten la presión. El freno independiente tiene una válvula que permite frena una sola rueda, derecha o izquierda, con el fin de reducir el radio de giro.

La transmisión de potencia por rozamiento implica la generación de calor, como el disco se encuentra sumergido en aceite, el calor se transmite al fluido oleoso que lo envuelve.
El paquete de frenado puede contener un disco o varios, en cualquier caso el funcionamiento es similar, el disco de freno se une al cubo de rueda a través de un eje, la presión de un pistón mueve el pistón de freno contra un disco de acero que se encuentra solidario con el eje.
  • Freno de tambor: El freno de tambor es un tipo de freno en el que la fricción se causa por un par de zapatas o pastillas que presionan contra la superficie interior de un tambor giratorio, el cual está conectado al eje o la rueda. Se trata de un sistema ya antiguo. No se usa ya en tractores y apenas se ve en el tren trasero de algunos coches o motocicletas
  • Frenos de cinta o banda: Sistema bastante utilizado en algunos sectores (es muy común en ascensores). En el diseño de tractores no se usa para detener el vehículo pero si se puede ver para inmovilizar algunas partes móviles, como por ejemplo el eje de toma de fuerza. El funcionamiento se basa en la utilización de una banda flexible que presiona unas mordazas o zapatas que se aplican para ejercer tensión sobre un tambor giratorio solidario al eje a frenar
  • Freno de llanta: Utilizan como cuerpo móvil la llanta de una rueda. Sí bien en tractores sólo puede citarse como parte del romanticismo de los viejos “cacharros” es, en contra, el más habitual, prácticamente en monopolio, en las bicicletas.

 AUTOMATISMOS EN EL SISTEMA DE FRENADO
Motor y freno hidrostático en vendimiadora Gregoire
Con la aparición de la electrónica se han popularizado y se han podido implementar ideas que ya estaban en las mentes de los diseñadores. En estos momentos los automatismos están ligados a los sistemas de seguridad activa:
  • Control de tracción
  • Antibloqueo
  • Reparto electrónico de frenada (EBV o EBD que reparte la fuerza de frenado entre los ejes)
  • Servofreno de emergencia
  • Servofrenos para multiplicar el esfuerzo del conductor
  • Control de frenada en curva
  • Control de estabilidad
Funciones adicionales gracias al sistema ABS:
  • Giro electrónico asistido mediante frenado con pedal simple: la misma función que el sistema convencional (giros más cerrados), pero con mayor seguridad (por encima de una cierta velocidad el sistema se desactiva y se elimina la posibilidad de frenar el tractor solamente con una de las dos ruedas)
  • Giro automático asistido mediante frenado con control de deslizamiento: se frena, automáticamente, la rueda del lado interior al realizar un giro (se diferencia del sistema convencional que, además de ser automática, la rueda no se bloquea por completo, evitando el arrastre)
  • A baja velocidad, al pisar un pedal se bloquea la rueda trasera del lado correspondiente, realizando el giro como en un sistema convencional de dos pedales
  • Conexión automática de los frenos para evitar la puesta en movimiento del tractor en pendientes
  • Conexión automática de la doble tracción

En el freno de emergencia: Algunos automatismos existentes en el mercado son:
Ver vídeo de ABS en tractor
  •  Desactivación automática al iniciar la marcha
  • Arranque en pendiente
  • Activación al quitar el contacto o desabrochar el cinturón del piloto
  • Freno de estacionamiento sobre las cuatro ruedas

 FRENADO EN EL CASO DE TRACCIÓN HIDROSTÁTICA
Es habitual en vendimiadoras y cosechadoras la transmisión hidrostática. En este caso el equipo de frenado se incluye en el mismo sistema de tal forma que el 100% de la potencia de tracción se usa también para la fase de frenado.
El funcionamiento se basa en la modificación del ángulo del “plato” de la bomba consiguiéndose controlar el flujo de aceite y así escoger potencia de tracción o de frenado.
El freno de aparcamiento o de seguridad está diseñado para que en posición neutra el freno de estacionamiento esté de forma automática cerrado. En caso de romperse una manguera, racor, o cualquier caída de presión de aceite la máquina de forma automática se sitúa en posición de parada.

Bibliografía
  • Manual de automóviles ARIAS-PAZ, 52ª Edición 1996-1997, Edit. CIE DOSSAT 2000
  • Tractores y motores agrícolas. P. V. Arnal y A. Laguna

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