martes, 22 de diciembre de 2020

ANÁLISIS DE UNA TRANSMISIÓN CONVENCIONAL DE UN TRACTOR AGRÍCOLA

Como ya adelanté en el artículo de presentación de mi nuevo-viejo tractor, un Ebro 6100 DT CI, iba a utilizar este tractor para introducir algunos conceptos mecánicos.

Hoy quiero analizar la transmisión que lleva este tractor.

Para seguir este artículo quizá sea conveniente consultar otros pasados que ya realicé sobre transmisiones:

Transmisión, ¿CVT o PowerShift? ; Transmisión, Parte I ; Transmisión, Parte II ; Transmisión, Parte III

¿LA TRANSMISIÓN PARA QUÉ SIRVE?

Una caja lo que consigue es que el tractor disponga de diferentes relaciones de vueltas entre el motor y las ruedas.

La transmisión del movimiento se realiza modificando a la vez dos factores íntimamente relacionados: par motor y régimen de giro. El objetivo es que a las ruedas llegue la velocidad que la labor requiere.

Imaginemos un tractor sin transmisión, significaría que las vueltas que salen del motor llegan a los palieres y esto se traduce en que un motor que gire, por ejemplo, a 2000 rpm, y con una rueda de 38´´, sobre 0,8 m de radio, estaría rodando a ¡600 km/h!

Así que tras el ejemplo observamos que es necesario disponer de diferentes relaciones de transmisión (it)

Una it= 100 significa que cuando el motor da 100 vueltas las ruedas dan 1; o que una it= 3000 significa que la rueda gira 3000 veces más lenta que el motor o lo que es lo mismo, si el motor está girando a 2000 revoluciones, la rueda a girado menos de 0,7 vueltas, como 0,2 km/h (un valor normal para una caja con marchas supercortas)

Relación de transmisión (it): cociente entre la velocidad del giro del cigüeñal y el palier. Y que en realidad es una combinación de la conseguida en la caja de velocidades (variable), en el diferencial y la reducción final (fijas)

PAR MÁXIMO A TRANSMITIR

Poderosa visión de ejes trasero y delantero

Sobredimensión, ¡por todos lados!: Vaya por delante que este tractor, el Ebro 6100, es un tractor sobredimensionado. En primer lugar porque los mismos componentes que monta el 6100 son montados incluso en el 8135 con entrega de par y potencia superiores. Pero es que además ese Ebro 8135, o su “homólogo” el Ebro 6125, son ya de por si tractores sobredimensionados, calculados para potencias mayores.

La consecuenica de todo este sobredimensionamiento es que componentes críticos como rodamientos, palieres, ejes, embragues… del Ebro 6100 están “condenados” a una larga, y nada fatigosa, vida… ¡y eso son muy buenas noticias!

Par máximo transmisible: El par máximo a transmitir depende directamente de la relación rueda-suelo, y eso se cuantifica con el coeficiente de deslizamiento entre ambos. Para el cálculo del par máximo transmisible se considerará el mayor coeficiente de deslizamiento habitual, y que sería el valor a considerar en cemento o asfalto.

Para un suelo así, cemento o asfalto, el valor es de 0,80.

Descripción de una caja p. sincronizada 12+4

El radio a considerar para los cálculos es el radio bajo carga del neumático motriz para el peso considerado, el máximo.

El peso total del 6100 DT, lastrado, puede llegar a 7500 kg. El cálculo, de nuevo más desfavorable, es considerar que todo el peso del tractor actúa sobre el eje trasero (ruedas delanteras han perdido contacto con el suelo; como si el tractor se hubiese encabritado) Así que el peso sobre cada rueda trasera, una situación totalmente atípica y desfavorable pero del lado de la seguridad, sería de 7500/2 = 3750 kg

La reacción del suelo por supuesto es idéntica al peso que gravita, luego 3750 kg por rueda.

Conocido la reacción del suelo se puede calcular la fuerza tangencial de las ruedas sobre el terreno y que es igual al peso por el coeficiente de deslizamiento: 0,8*3750 = 3000 kg

Por último queda calcular el par máximo transmisible al suelo con este neumático considerado de 38´´ (0,83 m de radio): 3000*0,83= 2490 mkp = 24.500 Nm

Esto significa que, en función del par máximo del motor y la reducción en la línea de transmisión, el par máximo sobre cada palier será el que se calcule, pero el par teórico en el palier, si superase al par máximo transmisible, condiciona a que las ruedas patinarán o deslizarán.

DESCRIPCIÓN DE LA TRANSMISIÓN

Esquema de la transmisión

Embrague: Embrague monodisco de 350 mm, accionamiento mecánico con sistema de ayuda por resorte.

El embrague se ha diseñado para poder transmitir un par máximo de 110 mkg (sobre 1100 Nm), es decir que está bastante sobredimensionado para la entrega de potencia-par del motor Perkins atmosférico del 6100 (para lectores interesados en el tema par-potencia pueden leer: Potencia del tractor, ¡por favor no me engañen!  y también Potencia y par, el veredicto; o Potencia y par, para qué sirven I y Potencia y par, para qué sirven II)

1ª Rampante y 2ª M. Atrás
Transmisión

Se podía optar por dos opciones de caja, una rápida (35 km/h de velocidad máxima) u otra lenta (25 km/h de velocidad máxima)

El modelo mío incorpora la caja rápida.

La caja, como es normal en tractores, está en realidad conformada por una caja principal (velocidades) y por la denominada caja de gamas.

Caja velocidades: Con 4 velocidades y marcha atrás. Se trata de una caja totalmente sincronizada, con sincronizadores tipo Clark.

El eje primario dispone de 4 engranajes y que dan lugar a las 4 velocidades. Estos engranajes engranan con otros 4 situados en el eje intermedio

Caja de Gamas: Con 3+1 gamas (Media; Rampante; Alta y Marcha Atrás) Es una caja parcialmente sincronizada. Dispone de sincronización entre la gama media y la marcha atrás para facilitar el trabajo con pala u aquellas faenas que requieran frecuentes cambios de sentido.

Así que en conjunto el tractor incorpora una caja de 4 velocidades y 3 + 1 gama, es decir, un total de 12+4 velocidades.

El escalonamiento entre velocidades se ha realizado según una progresión geométrica de razón 1,4.

3ª Media y 4ª Alta
Toda la transmisión, excepto la gama rampante, está conformada por engranajes helicoidales de módulo 4 (la gama rampante de engranajes rectos de módulo 3)

RELACIONES DE TRANSMISIÓN

En la siguiente tabla se muestran las relaciones de transmisión de las velocidades (I; II, III, IV) así como de las gamas (Rampante, Media, Alta y MA), también se pone la reducción final de la caja, así como las reducciones tanto en el diferencial como en la epicíclica.

Observe el lector en el diagrama que la reducción final de caja solo trabaja en las gamas rampante, media y MA, pero no en Alta.

En gamas Rampante, Media y MA existen 3 engranajes en el intermedio que engranan con otros del secundario.

Mientras que en gama Alta, el eje de salida de la caja de cambios enlaza directamente con el intermedio; y la relación de transmisión es 1 (ver diagrama)

Una “curiosidad” interesante y que se debe saber cuando se desmonta la caja de gamas, es que el sincronizador de gama Media y MA permanece desplazado en posición de gama Media (no en neutro)

Cálculo de velocidad teórica

Disponiendo de las relaciones de transmisión, y disponiendo de radio de rodadura del neumático, resulta muy sencillo calcular las velocidades de avance.

Avance del eje delantero: En próxima entrada se calcularán también las velocidades de avance del eje delantero para comprobar que tanto teóricamente, como por medición directa, el eje delantero tiene un “avance” óptimo.

Entradas relacionadas: 

Presentación del Ebro 6100 DT CI

12+4 relaciones de transmisión y velocidades de avance

2 comentarios:

  1. Pues nada que añadirte, amigo. Una entrada técnica, muy a mi gusto, con números que son los que lo demuetran todo y una explicación clara y meridiana de la tracción, en definitiva, de los tractores a traves de su transmisión. Honradamente, publico mi, cada vez, más atracción a estos tractores EBRO; yo soy un enamorado perdido de Massey en todos sus modelo, pero con éstos me quito el sombrero.
    El sobredimensionado en una tractor, como se pone de manifiesto en el artículo, simplemente significa una cosa: ¡¡¡Larga Vida!!! ... y el tiempo lo ha demostrado. Muchas Gracias, Amigo Heliodoro.

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    1. Gracias Francisco José por tus buenos comentarios. Además tu comentario me ha servido para darme cuenta que no tenía bien explicado, no era fácil de seguir para un lector común, los cálculos de velocidades, así que he modificado el artículo para hacerlo más "seguible".
      Saludos

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