martes, 1 de marzo de 2016

EL EMBRAGUE DEL TRACTOR AGRÍCOLA ¡Y ES QUE EL DETALLE IMPORTA! (Parte I)

EL EMBRAGUE: ¿SE NECESITA?
Misión: es el sistema que permite controlar el acoplamiento entre el motor y la caja de cambios, desconectando el motor de las ruedas en el momento de arrancar o realizar un cambio de marcha y por lo tanto se afirma que el embrague resulta necesario en los vehículos automóviles dotados de motor térmico.
Situado entre el motor y la caja de cambios concretamente entre el cigüeñal y el eje primario, al iniciar la marcha el embrague transmite el par motor de forma progresiva ya que tiene capacidad de resbalamiento (que puede ser un resbalamiento mecánico o viscoso) Con el vehículo en movimiento el acoplamiento se debe convertir en rígido.
Embragado y desembragado: La disposición de trabajo habitual del embrague es en la posición de transmisión de movimiento (embragado) permitiendo que el par motor pase al primario de la caja de cambios.

CLASIFICACIÓN
Si su función siempre es la misma, la forma de conseguirlo puede ser muy diferente.
Existen embragues manuales o automáticos. O bien se pueden clasificar por el tipo de mando (mando mecánico, eléctrico o asistido hidráulicamente) Otra clasificación es por la forma de transmitir el par (fricción, hidráulico). Una clasificación muy común es por el número de discos (monodisco, bidisco o multidisco) y su “entorno” (seco, húmedo)
Desgrano algunas de estas clasificaciones:
Embrague Mecánico: La transmisión del movimiento desde el pie, o la mano, hasta la horquilla del embrague se hace por timonería de palancas o por cable.
Embrague asistido hidráulicamente: Los movimientos desde el pedal o palanca se transmiten con la 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 líquido que es el mismo que se utiliza en los sistemas de frenos. El principio físico es de sobra conocido y se basa en la diferencia de diámetros entre los dos cilindros por lo que la fuerza ejercida por el conductor se multiplica.
Doble embrague (Luk)
Embrague automático: Se elimina la acción del conductor pasando su control a una centralita electrónica. El módulo electrónico recibe información de variados sensores (posición de palanca de cambios, régimen del motor, velocidad del vehículo, consumo…
El mecanismo más usado para conseguir el automatismo consiste en un embrague centrífugo unido al volante de inercia del motor. El embrague centrífugo actúa en función de las revoluciones del motor. El sistema se complementa con un servomecanismo comandado por una electroválvula que pone en comunicación el servo mediante la acción de la depresión generada.
Embrague de fricción: Se basan en la unión temporal de dos piezas que al adherirse forman el efecto de una sola. Ambas piezas en contacto tienen superficie rugosa, una solidaria al eje conductor y otra al conducido. Dentro de los embragues de fricción hay dos grandes grupos, los monodiscos en seco y los multidiscos húmedos (a ambos por su importancia en el tractor y de maquinaria agrícola en general se les dedica capítulo aparte)
Embrague electromagnético: Si hay un inconveniente en los embragues basados en la fricción es la aparición de “ruidos” y sobre todo el desgaste. Ambos inconvenientes se solventan con el denominado electromagnético. Basan su funcionamiento en la acción de campos magnéticos. Un elemento conductor se fija al volante de inercia sobre el que se ha depositado una fina viruta metálica magnética. Sobre el primario de la caja de cambios se fija un elemento conducido al cual se le asocia una bobina que se alimenta a través de escobillas. Un actuador recibe información de sensores (régimen motor, posición del pedal del acelerador, posición de la palanca del cambio…) Cuando se acciona el campo magnético se aglomera el polvo imantado haciendo solidarios la corona con el disco (embragado del motor) Si no hay corriente eléctrica no existe aglomeración del la viruta y no se arrastra el disco (desembragado)
Disco
Embrague dentado: La unión entre el conductor y el conducido se consigue por dos discos dentados cuyos dientes de uno encastran en los huecos del otro.
Embrague centrífugo: De forma simétrica se distribuyen unos contrapesos (zapatas) que pueden deslizar radialmente. Con el motor girando a ralentí los contrapesos están en posición de reposo y el plato de presión no actúa sobre el disco del embrague. Al aumentar la fuerza centrífuga, basculan y hacen presión sobre la maza del embrague. El sistema funciona pero son embragues para transmitir poco par aunque siempre lo encontramos en los tractores ¿Dónde?… si en el compresor del aire acondicionado.
Embrague hidráulico o turbo embrague: La ventaja frente a los de fricción es que no tiene sus inconvenientes, ruido y desgaste. Para entender su funcionamiento, imaginemos dos ventiladores enfrentados, uno recibiendo energía eléctrica y el otro no: la corriente de aire creada en el ventilador conectado eléctricamente (se llama bomba) incide en las aspas del ventilador desenchufado (se llama turbina) haciéndolo girar. De esta forma se logra transmitir un movimiento pero sin la existencia de rozamiento.
Ambos “ventiladores” tienen forma toroidal (en realidad cada uno es “medio” toro) y los álabes en vez de aire lo que transmiten es aceite. El funcionamiento depende por supuesto al utilizar la fuerza centrífuga del régimen del motor. A bajo régimen el aceite que golpea los álabes de la turbina no tiene fuerza suficiente para hacerla girar. A más revoluciones la energía centrífuga es mayor llegando a hacer solidaria la turbina con la bomba.
Componentes embrague diafragma

EMBRAGUE DE FRICCIÓN MONODISCO EN SECO
El embrague de fricción es con diferencia el más utilizado y en realidad tiene una técnica que no ha cambiado en 100 años. Es capaz de transmitir mucho par y de forma abrupta.
El modelo más común dentro de los de fricción es el monodisco en seco. El disco se coloca entre la maza y el volante de inercia y se presiona por un resorte (muelles o diafragma) Funciona por el principio físico del coeficiente de fricción junto a la presión que los une.
Disco de embrague: Un disco de acero lleva remachado (con remache de cabeza perdida para que la cabeza no roce contra la superficie del asiento del volante motor) un material de fricción resistente al desgaste y al calor. En el centro del disco se sitúa un cubo estriado a través del cual se pone en contacto con el eje primario de la transmisión.
Plato de presión: El plato (disco o “maza de embrague”) sirve de acoplamiento del conjunto al volante de inercia. La presión de unión del disco con el volante motor la proporcionan o bien unos muelles helicoidales (embrague de muelles) que se reparten por toda la circunferencia o bien unas lengüetas (embrague de diafragma)
Carcasa: Es la cubierta que alberga el mecanismo del embrague. Se fija al volante de inercia mediante tornillos.
Collarín o cojinete de embrague: A través de él se acciona el mecanismo. Generalmente es un cojinete de bolas capaz de deslizarse sobre la parte del eje primario que está situado en la campana de la caja de velocidades. El movimiento de deslizamiento lo controla la horquilla que también actúa sobre los muelles o sobre los “dedos” del diafragma.

¿Muelles o diafragma?
Elegido el sistema monodisco en seco cabe preguntarse ¿qué es mejor si muelles o diafragma?

  • Embrague de muelles: Históricamente ha sido el más utilizado aunque hoy está en desuso frente al sistema de diafragma. Su funcionamiento se basa en una serie de muelles helicoidales dispuestos circularmente sobre la maza de embrague. Estos muelles se encargan de empujar al plato de presión para mantener en contacto “rígido” entre el disco y el volante motor
  • Embrague de diafragma: Un “diafragma” fabricado en acero, de forma cónica, al cual se le practican unos cortes radiales para formar los “dedos” que tienen la suficiente elasticidad para ejercer presión sobre el disco de embrague (El efecto cónico es el que da la presión necesaria) La acción sobre el diafragma la ejerce el cojinete de embrague. 
El diafragma ha sustituido a los muelles porque se requiere menos fuerza de accionamiento, además el sistema cónico ejerce una fuerza más uniforme que con el paso del tiempo y el consiguiente desgaste se ejerce aún más presión mientras que con los muelles la presión disminuye con el tiempo.

Embragues multidiscos (secos o húmedos)
  • Embragues gemelos: En realidad el gemelado (Dual Clutch) de embragues se podría considerar más como un doble embrague monodisco en seco. Como consecuencia de que las transmisiones se automatizan cada vez más se recurre a este diseño que lo que hace es como si hubiese dos transmisiones, las marchas pares y las impares. La ventaja es que los cambios se realizan sin interrupción de potencia (powershift o cambio bajo carga) ya que se aplica todo el par al embrague mientras el otro está todavía conectado
Doble multidiscos (Audi)


  • Multidiscos en seco: consiste en incluir varios discos de fricción para aumentar el área efectiva pero sin aumentar el radio de los discos. En tractores no suele ser limitante el espacio de la carcasa del embrague pero si ocurre en automóviles. Un caso particular es el bidisco que a diferencia del embrague gemelado se colocan para comandar la transmisión y la TDF
  • Multidiscos húmedos: Consiste en una serie de paquetes de discos finos que se enfrentan por parejas. La gran ventaja es que al estar en baño de aceite se disipa mucho mejor el calor. Normalmente los discos son de acero o bien se enfrentan parejas de acero y bronce. Una serie van colocados sobre unas estrías y otra serie sobre otras. Un pistón se encarga de mover los discos sobre sus parejas (platos) para que se junten.
Multidiscos húmedos
Si se deja de mandar aceite unos muelles liberan el mecanismo. Si por ejemplo se trata de una transmisión powershift (cambio bajo carga) con control automático entonces existe un dispositivo de Control Electrónico de la Presión del Embrague (ECPC) que controla los cambios según determinadas instrucciones a la postre inducidas por el conductor y el trabajo que se está realizando.

Y esto es todo ¡hasta la semana que viene! entonces veremos la II parte dedicada a los embragues.

7 comentarios:

  1. Buen artículo Helio.
    No veas como me ha recordado mis tiempos de estudiante de automoción. Qué recuerdos!!!
    Un saludo y esperaremos la segunda parte.

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  2. Fantástico. De lo mejor que he visto publicado en embragues. Completo, riguroso y bastante ameno.
    Lástima que no esté publicado en inglés para ser un referente seguro en la divulgación mecánica.
    Perfecto, muy bueno. La segunda parte creo que ya la conozco porque será lo publicado en la revista agrotechnica en FIMA, ¿Si?

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  3. Kiko, Miguel, mil gracias por vuestros comentarios. A Kiko le conozco menos pero aunando sus conocimientos de agricultor que "pisa la tierra" con su faceta de empresario y desarrollador de productos de alta tecnología (CEREA) le hace ser de esas "raras" personas que pueden hablar de tractores con el plus de experimentar las sensaciones de conducción y trabajo sobre ellos.
    A Miguel le conozco "desde siempre" y es un honor recibir cualquier crítica que venga de él, si además esta crítica es positiva... Gracias Miguel y no te jubiles, perder una cabeza como la tuya es algo que lo que queda de diseño de tractores en España no nos podemos permitir.

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  4. Pues yo me he quedado un poco igual... tendré que esperar a la segunda entrega a ver si hay algo interesante.
    Algunas ideas: ¿cómo trabaja un embrague en un powershift y en una caja continua? ¿como trabaja en la famosa direct drive de JD? ...

    J.

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    Respuestas
    1. Pero J!
      ¿De verdad piensas que un artículo de divulgación va hablar del embrague de la direct Drive o de cualquier transmisión concreta? ☺
      De todas formas ¿qué es lo que no has entendido? Qué diferencia existe entre un multilaminas para la conexión de la DT y el de una powershift o el de una IVT? El concepto es el mismo, la implementación no porque todo depende de pares, progresividad, espacio físico y presión y caudal. Pero aquí se habla de concepto, de diferencias entre un monodisco, un bidisco y un multidisco; entre uno de fricción en seco y uno húmedo; de un turboembrague o de uno magnético. ..
      En fin, conceptos.

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    2. Si fuera facebook , le daría un like al comentario y un me gusta algo interesante al articulo divulgativo
      RAP

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    3. Mira J lo que pasa por poner información en internet! El curso que yo tenía apalabrado con una empresa y al que ya le había dedicado al menos 10 h para ir configurando el borrador de contenidos, para preparar la parte práctica, e ir preparando el material para las clases... ahora se lo queda la universidad para impartirlo. Esto yo le llamo competencia desleal y además muy desleal y muy injusta. Son un equipo formado por profesores que tienen su nómina asegurada, usan medios públicos como teléfonos, ordenadores, escáneres, impresoras... usan los tractores que en muchos casos han sido donados por empresas privadas, usan a los mecánicos que ya tienen pagados con su nómina pública, el gasoil comprado con dinero público, y el terreno de trabajo que por supuesto es de titularidad pública... ¿y pasa algo? no. Pero es que además usan el borrador confeccionado por una pequeña empresa o incluso por un autónomo, y (para esto he hecho la perorata) usan el contenido de un humilde blog como más que máquinas para obtener la información que explican a sus escuchantes como suya.... ¡venga ya! ¿Y me preguntas por qué no describo el directdrive?

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