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Tren de Fuerza

UNIDAD I TREN DE POTENCIA

Figura 1. Rueda hidráulica

Operación del tren de fuerza El tren de fuerza es un grupo de componentes que trabajan juntos para transferir energía desde la fuente donde se produce la energía al punto donde se requiere realizar un trabajo. Esta operación puede compararse con la que realiza un tren de carga. El tren de carga es un conjunto de componentes formado por la locomotora y los vagones. La función es llevar la carga desde donde se produce hasta el sitio donde se necesita. El término tren de fuerza no es nuevo y se ha usado desde hace mucho tiempo para describir los componentes que transfieren energía de un lugar a otro. Por ejemplo, en los molinos hidráulicos (figura 1.1.2) usados durante el tiempo de la Colonia, el término tren de fuerza se refería a la maquinaria que transportaba energía desde la rueda hidráulica hasta el sitio de trabajo o de la molienda de harina, los telares o los aserraderos.

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PROPOSITO DEL TREN DE FUERZA 1. 2. 3. 4.

Conectar y desconectar la potencia del motor Modificar la velocidad y el par. Proveer un medio para marcha en retroceso. Regular la distribución de potencia a las ruedas Figura 2. Funciones del tren de fuerza

Funciones del tren de fuerza En una máquina industrial moderna típica, el tren de fuerza transfiere potencia del volante del motor a las ruedas o cadenas que impulsan la máquina. Sin embargo, el

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tren de fuerza no solamente transfiere potencia. Si un motor está acoplado directamente a las ruedas de impulso del vehículo, el vehículo se desplazará constantemente a la velocidad del motor. El tren de fuerza provee un medio para desconectar y controlar la potencia del motor. Las funciones básicas del tren de fuerza son: 

Conectar y desconectar la potencia del motor a la(s) rueda(s) de mando.



Modificar la velocidad y el par.



Proveer un medio para marcha en retroceso.



Regular la distribución de potencia a las ruedas de mando (para permitir que el vehículo gire). Potencia = Trabajo Tiempo Figura 3. Ecuación de potencia

Principios del tren de fuerza Potencia es un término usado para describir la relación entre trabajo y tiempo. La potencia se define como la velocidad a la que se realiza el trabajo o la transferencia de energía. En otras palabras, la potencia mide la rapidez con que se hace el trabajo. La potencia es igual al trabajo realizado dividido por el tiempo que toma en hacerlo, o P=W/t. Trabajo = Fuerza x Distancia Figura 4. Trabajo y fuerza

Trabajo y fuerza El trabajo es igual a la fuerza aplicada para mover un objeto multiplicada por la distancia que el objeto recorre. La fuerza es una medida de la potencia de empuje que un objeto ejerce sobre otro. De acuerdo con las leyes de movimiento del físico Isaac Newton, cuando se mueve un objeto, el trabajo es igual a la fuerza multiplicada por la distancia, o W = F x d. Potencia = Fuerza x Distancia Tiempo Figura 5. Potencia

Potencia Si sustituimos la definición de trabajo en la fórmula de la potencia, se demuestra que la potencia es igual a la fuerza aplicada para mover un objeto multiplicada por la velocidad que el objeto recorre, o P = F x d/t.

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Figura 6. Par

Par El par es un esfuerzo de torsión aplicado a un objeto que tiende a hacer que el objeto gire alrededor de su eje axial de rotación. El par es igual a la magnitud de la fuerza aplicada multiplicada por la distancia entre el eje de rotación del objeto y el punto donde se aplica la fuerza. Así como una fuerza aplicada a un objeto tiende a cambiar la velocidad del movimiento lineal del objeto, un par aplicado a un objeto tiende a cambiar la velocidad de movimiento de rotación del objeto. La cantidad de par disponible de una fuente de potencia es proporcional a la distancia desde el centro a la cual se aplica el par. En la figura 6, la palanca tiene más par cuando el punto de apoyo esta más cerca del objeto de la aplicación de la fuerza (diagrama de la derecha). Sin embargo, la palanca deber girarse aún más para obtener este par.

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UNIDAD II TIPOS DE TREN DE FUERZA Los trenes de fuerza usados en la mayoría de las máquinas de construcción actuales pueden clasificarse en uno de los siguientes tres tipos básicos: -

Mecánicos. Hidrostáticos Eléctricos

1.- TREN DE FUERZA MECÁNICO

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Figura 7. del tren de

Componentes fuerza mecánico

COMPONENTES DEL TREN DE FUERZA MECANICO  Motor.



Acoplamiento

 

Transmisión

 

Mando final

Diferencial Mecanismo de tracción Figura 8. Tren de fuerza mecánico

Componentes del tren de fuerza mecánico Los siguientes son los principales componentes del tren de fuerza mecánico típico: Motor: Suministra la potencia para operar el vehículo y el dispositivo de acoplamiento Acoplamiento: Conecta la potencia del motor al tren de fuerza. Los acoplamientos del embrague del volante pueden desconectar la potencia del motor del tren de fuerza. Esto permite que el motor funcione cuando la máquina no está en movimiento. Los convertidores de par y los divisores de par suministran siempre un acoplamiento hidráulico para conectar el motor al tren de fuerza. La conexión puede ser directa si la máquina tiene un embrague de traba. Transmisión: Controla la velocidad de salida, la dirección y el par de fuerza suministrado al tren de fuerza. En un tren de fuerza mecánico, la potencia del motor se transfiere a través de un acoplamiento (embrague o convertidor de par) a la transmisión. De la transmisión, la potencia se transfiere al diferencial, al mando final y a las ruedas o cadenas. Diferencial: Transmite la potencia al mando final y a las ruedas, para permitir que cada rueda gire a diferente velocidad. Mando final: Conecta la potencia a las ruedas o cadenas. Mecanismo de tracción: Impulsa la máquina a través de las ruedas o cadenas.

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Figura 9. Compactador 826G Caterpillar con los componentes de tren de fuerza mecánico

Figura 9- B . Cargador 962G Caterpillar con los componentes de tren de fuerza mecánico

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Figura 10. Tractor D11R Caterpillar con los componentes de tren de fuerza mecánico.

Figura 10-B. Retroexcaxadora 420-E Caterpillar con los componentes de tren de fuerza mecánico.

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        

Convertidor de torque (1) Eje cardan (2) Caja de transferencia (3) Transmisión (4) Diferencial (5) Mandos Finales (6) Filtro de la transmisión (7) Filtro del convertidor de par (8) Tanque hidráulico del convertidor – tanque de la transmisión (9)

Figura 10-C . Camion Minero 777-F Caterpillar con los componentes de tren de fuerza mecánico.

2.- TREN DE FUERZA HIDROSTATICO

Figura. 11.

Mandos hidrostáticos Como su nombre lo indica, los mandos hidrostáticos usan fluido para transmitir la potencia del motor al mando final de la máquina. La potencia del motor se transfiere a una bomba hidráulica. La bomba hidráulica suministra el flujo de aceite a un motor de mando. El motor de mando transfiere la potencia a la transmisión o directamente al mando final.

COMPONENTES DEL TREN DE FUERZA HIDROSTÁTICO  Motor  Bomba(s) hidráulica(s)  Motor(es) hidráulico(s)  Transmisión (si tiene)  Diferencial (si tiene) 10

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 

Mando final Mecanismo de tracción

Fig. 12. Componentes del tren de fuerza hidrostático

Componentes del tren de fuerza hidrostático Los siguientes son los componentes principales de un tren de fuerza hidrostático típico: Motor: Suministra la potencia necesaria para accionar el vehículo y la(s) bomba(s) hidráulica(s). Bomba(s): Produce(n) el flujo de fluido para accionar el(los) motor(es) de mando. Motor(es): Suministra(n) la potencia a la transmisión o al mando final. Transmisión (si está equipado): Controla la velocidad de salida, la dirección y el par de fuerza entregados al tren de fuerza. Diferencial (si está equipado): Transmite la potencia al mando final y a las ruedas, para permitir que cada rueda gire a diferente velocidad. Mando final: Conecta la potencia a las ruedas o cadenas. Mecanismo de tracción: Impulsa el equipo a través de las ruedas o cadenas.

Figura 13. Excavadora 330D Caterpillar con los componentes de tren de fuerza hidrostático

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Figura 14. Cargador de ruedas pequeño Caterpillar con los componentes de tren de fuerza hidrostático

Las máquinas mostradas en las figuras 13 y 14 están equipadas con tren de fuerza hidrostático.

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3- TREN DE FUERZA ELÉCTRICO En el mando eléctrico, se usa electricidad para transmitir la potencia del motor al mando final de la máquina. La potencia del motor se transfiere a un generador CA. La electricidad del generador CA se usa para accionar los motores del mando final.

Figura 15. Componentes del mando eléctrico CC. Mando Eléctrico CC  Motor  Generador CA  Mecanismo de tracción  Rectificador  Excitador de campo  Motores CC



Mando final

Figura 16. Componentes del mando eléctrico CC

Componentes del mando eléctrico CC Motor: Suministra la potencia necesaria para operar el vehículo. Generador CA: Convierte la potencia mecánica del motor en electricidad. Rectificador: Convierte la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC). Excitador de campo: Controla la velocidad de los motores eléctricos. Motores CC: Suministran la potencia al mando final. Mando final: Conecta la potencia a las ruedas. Mecanismo de tracción: Impulsa el equipo a través de las ruedas.

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Figura 17. Componentes del mando eléctrico CA.

Mando Eléctrico CA  Motor

    

Generador CA Mecanismo de tracción Rectificador Inversor CC a CA variable Motores CA



Mando final Figura 18. Componentes del mando eléctrico CA.

Componentes del mando eléctrico CA Motor: Suministra la potencia necesaria para operar el vehículo. Generador CA: Convierte la energía mecánica del motor en electricidad. Rectificador: Convierte la CA en CC. Inversor de CC a CA variable: Controla la velocidad de los motores. Motores CA: Suministra la potencia al mando final. Mando final: Conecta la potencia a las ruedas. Mecanismo de tracción: Impulsa el equipo a través de las ruedas.

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Figura 19. Ubicación típica del mando eléctrico CA.

Los mandos eléctricos se usan en algunos camiones de minería de la competencia. La mayoría de los camiones de minería de la competencia tienen un mando eléctrico CC; sin embargo, los camiones grandes de minería actuales tienen un mando eléctrico CA. Los camiones de minería con mandos mecánicos han demostrado que tienen un rendimiento mayor del tren de fuerza y una mayor velocidad de operación en pendientes fuertes. Los camiones de minería de la competencia también cuentan con frenado dinámico, en vez de frenos de discos enfriados por aceite.

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UNIDAD III ACOPLAMIENTO Introducción El embrague es uno de los componentes de la transmisión que permiten la aplicación y la desaplicación de la conexión entre el par del motor y la caja de cambios. El embrague (1) va instalado entre el motor y la caja de cambios. He aquí algunas de sus funciones: • Interrumpir la transmisión de potencia del motor a la caja de cambios al efectuar un cambio de marcha. • Transmitir el par de torsión del motor a la caja de cambios y a los demás componentes de la transmisión. El funcionamiento del embrague permite una transmisión uniforme y progresiva del par desde el motor a la caja de cambios.

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Embrague Mecánico Los embragues mecánicos disponen de un resorte de diafragma y están regulados por un cilindro servoasistido. Este tipo de embrague 1. cárter del embrague; 2. plato de apriete; 3. disco; 4. resorte de diafragma; 5. cojinete de embrague.

se

compone fundamentalmente de:

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PLATOS DE COMPRESIÓN Hay dos tipos de platos de compresión: 1. Platos de compresión con resortes helicoidales Este tipo de plato normalmente ya no se utiliza en embragues porque no tiene la suficiente resistencia para soportar las enormes velocidades de los motores actuales. Además, la presión que ejerce sobre el disco se reduce de forma dramática a medida que se va desgastando el forro de disco, lo que aumenta por tanto el esfuerzo que debe aplicarse al pedal del embrague. 2. Platos de compresión con resortes de diafragma

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La gran resistencia a las grandes velocidades desarrolladas por el motor junto con la compactibilidad construcción que

de

su

permite un cárter de embrague de escaso tamaño (de gran importancia para el ahorro de espacio) son los motivos por los que el plato con resortes de diafragma es norma en todos los vehículos fabricados hoy en día. La construcción con resorte de lámina posibilita, además, que el motor trabaje con cargas iniciales más bajas y casi constantes durante la vida del plato, por lo que se reduce el esfuerzo que debe aplicarse al pedal de freno.

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1. 2. 3. 4. 5.

Diafragma Plato de presión Carcaza Pernos de fijación Anillos

6. 7. 8. 9.

Collarín Palanca de accionamiento Disco de embrague Volante del motor

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CONVERTIDOR DE PAR

Figura 1. Acoplamiento hidráulico

Introducción El convertidor de par es una forma de acoplamiento hidráulico usado para transmitir potencia del motor al eje de entrada de la transmisión. Los convertidores de par usan fluido (aceite) para conectar hidráulicamente el volante del motor al eje de entrada de la transmisión. A menos que la máquina esté equipada con un embrague de traba, no hay conexión directa entre el motor y la transmisión y sólo actúa el mecanismo de mando hidráulico. Hay tres tipos de mecanismos hidráulicos que se usan para transmitir potencia: el acoplamiento hidráulico , el convertidor de par y el divisor de par. Todos son dispositivos de mando hidráulico que usan la energía de un fluido en movimiento para transmitir potencia.

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Figura 2. Dos ventiladores

Acoplamiento hidráulico - Dos ventiladores La operación de un acoplamiento hidráulico se puede comparar con la operación de dos ventiladores eléctricos puestos frente a frente (figura 2). Si un ventilador está funcionando, la energía del aire en movimiento hace girar el otro ventilador. En un acoplamiento hidráulico, el fluido actúa como el aire entre los dos ventiladores. Al igual que en los ventiladores, la fuerza del fluido de salida del componente impulsor actúa como la fuerza de entrada del componente impulsado. Como el líquido tiene mayor masa que el aire, el líquido transmite mayor energía. La energía mecánica del motor se convierte en energía hidráulica y la energía hidráulica se convierte en energía mecánica para accionar el eje de salida.

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Figura 3. Rodete y turbina

Rodete y turbina La figura 3 ilustra las dos mitades de un acoplamiento hidráulico. Un número de álabes radiales rectos se extiende del borde interno al borde externo. Los álabes de la pieza del lado derecho son una parte de la caja. Esta pieza se denomina rodete o bomba. Los álabes de la pieza izquierda son parte de la turbina. El rodete cambia la energía mecánica del motor en energía hidráulica, y la turbina cambia la energía hidráulica en energía mecánica para impulsar la transmisión. El rodete y la turbina se montan muy cerca uno de la otra para lograr el rendimiento requerido.

Figura 4. Sección transversal de la turbina

Sección transversal de la turbina La turbina y el rodete tienen perfil redondeado (figura 4). Si hacemos un corte transversal de la turbina del lado izquierdo de la figura, obtenemos la forma de la

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figura de la derecha. Usted reconocerá esta forma en los diagramas siguientes de cortes transversales del acoplamiento hidráulico.

Figura 5. Flujo de aceite del acoplamiento hidráulico

Flujo de aceite del acoplamiento hidráulico La figura 5 representa el acoplamiento hidráulico. El rodete de bomba se muestra en rojo. El eje de la bomba se conecta al volante del motor. La turbina se muestra en azul. El eje de salida de la turbina se conecta a la unidad impulsada. La caja se muestra en gris. El rodete y la turbina giran juntos en la caja y no se conectan directamente en ningún momento. La caja está llena de aceite. Cuando el motor se pone en funcionamiento, el rodete gira. Al girar el rodete, lanza el aceite desde el centro hasta el borde externo. La forma del rodete y la fuerza centrífuga envían el aceite hacia afuera y a través de la turbina. El aceite golpea los álabes de la turbina. La turbina absorbe la energía del aceite en movimiento e inicia su propio movimiento. A medida que el aceite golpea la turbina, el aceite resbala y fluye dentro, hacia el centro, para volver al rodete. Cuando el aceite deja la turbina, fluye en dirección opuesta al flujo de aceite del rodete y tiende a oponerse al rodete. Este hecho, que se explicará posteriormente, es una diferencia importante entre el acoplamiento hidráulico y el convertidor de par. Las flechas amarillas gruesas indican el aumento de velocidad y energía del aceite cuando se mueve a través del rodete. Las flechas pequeñas indican el aceite que baja lentamente y pierde su energía en la turbina.

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Figura 6. Flujo de aceite giratorio

Flujo de aceite giratorio La figura 6 muestra los dos tipos básicos de flujo de aceite de un acoplamiento hidráulico: flujo giratorio (flechas rojas) y flujo de vórtice (flechas amarillas). El flujo giratorio ocurre cuando el aceite viaja con el rodete y la turbina en el sentido de rotación. Esto sucede cuando el rodete y la turbina están viajando casi a la misma velocidad, por ejemplo, cuando el equipo está en vacío o cuando se desplaza sin carga o con muy poca carga. El aceite se lanza hacia afuera debido a la fuerza centrífuga del rodete y de la turbina (flechas amarillas). El aceite simplemente fluye girando todo el tiempo en el rodete y en la turbina (flechas rojas). Con el flujo de aceite giratorio hay un mínimo deslizamiento o diferencia entre la velocidad de rotación del rodete y la turbina. El par de la salida de la turbina es cero.

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Figura 7. Flujo de aceite de vórtice

Flujo de aceite de vértice El flujo de aceite de vórtice, mostrado en la figura 7, ocurre cuando el aceite viaja hacia afuera a través del rodete, atraviesa la turbina y regresa hacia adentro a través de la turbina al rodete. El rodete gira con el motor. La turbina está calada o sostenida fija por una carga. El aceite que viaja a través y golpea los álabes de la turbina, limita el movimiento de aceite en la dirección de rotación con el rodete. La trayectoria del flujo de aceite se asemeja a una espiral. Cuando se tiene un flujo de vórtice hay un "patinaje" máximo entre el rodete y la turbina. El par de salida es más grande cuando la turbina está calada. En condiciones de operación normal, el flujo de aceite de un acoplamiento hidráulico combina el flujo giratorio y el flujo de vértice. La trayectoria del flujo imaginario es como una espiral de alambre que se suelta o aprieta dependiendo de la cantidad o grado de "patinaje" entre el rodete y la turbina. En un acoplamiento hidráulico, el par de entrada es igual al par de salida. El acoplamiento hidráulico transmite fuerza, pero no multiplica el par. Como en un acoplamiento hidráulico el aceite fluye del rodete a la turbina, el aceite no viaja en el mismo sentido de la turbina. Esto produce una carga innecesaria sobre el motor. Se requiere un estator para multiplicar el par.

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Figura 8. Convertidor de par

Convertidor de par Un convertidor de par es un acoplamiento hidráulico al que se ha añadido un estator. Al igual que en el acoplamiento hidráulico, el convertidor de par acopla el motor a la transmisión y transmite la potencia requerida para mover la máquina. La figura 8 muestra un corte del convertidor de par. La caja se ha cortado transversalmente para permitir ver las piezas internas. A diferencia del acoplamiento hidráulico, el convertidor de par puede también multiplicar el par del motor, con lo cual aumenta el par a la transmisión. El convertidor de par usa un estator que dirige de nuevo el fluido al rodete en el sentido de rotación. La fuerza del aceite del estator incrementa el par que se transfiere del rodete a la turbina y multiplica el par. Los componentes básicos del convertidor de par son una caja de rotación, el rodete, la turbina, el estator y el eje de salida.

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Figura 9. Componentes del convertidor de par

Componentes del convertidor de par La caja de rotación y el rodete (rojo) giran con el motor, la turbina (azul) impulsa el eje de salida y el estator (verde) está fijo y se mantiene estacionario por medio de la caja del convertidor de par. El aceite fluye hacia adelante desde el rodete, pasa alrededor del interior de la caja y desciende a la turbina. De la turbina, el aceite pasa de nuevo al rodete por el estator. La caja de rotación se conecta al volante y rodea completamente el convertidor de par. Una válvula de alivio de entrada y una de salida controlan la presión de aceite en el convertidor de par.

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Figura 10. El rodete envía con fuerza el aceite contra la turbina.

El rodete envía con fuerza el aceite contra la turbina El rodete es el elemento impulsor del convertidor de par. Está conectado con estrías al volante y gira a las revoluciones del motor. El rodete contiene álabes que envían con fuerza el aceite contra los álabes de la turbina (figura 10). Mientras la turbina gira, el rodete "lanza" el aceite hacia afuera al interior de la caja de rotación. El aceite se mueve en el sentido de rotación cuando deja los álabes del rodete. La turbina es el elemento impulsado del convertidor de par y contiene álabes que reciben el flujo de aceite del rodete. El impacto de aceite del rodete en los álabes de la turbina hace que ésta gire. La turbina hace girar el eje de salida (que está conectado con estrías a la turbina). El aceite se mueve en dirección opuesta a la rotación del motor/volante cuando sale de los álabes de la turbina.

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Figura 11. El estator dirige el aceite nuevamente al rodete

El estator dirige el aceite nuevamente al rodete El estator es el elemento de reacción estacionaria con álabes que multiplican la fuerza al hacer que el flujo de la turbina regrese al rodete. El propósito del estator es cambiar el sentido del flujo de aceite entre la turbina y el rodete. La figura 11 muestra este cambio de sentido, que aumenta el momento del fluido y, por tanto, la capacidad de par del convertidor. El estator está conectado a la caja del convertidor de par. El momento del aceite está en el mismo sentido del rodete. El aceite golpea la parte de atrás de los álabes del rodete y hace que gire. Esto se conoce como reacción.

Figura 12. El aceite fluye continuamente entre los componentes del convertidor de par

El aceite fluye continuamente entre los componentes del convertidor de par. Al seguir las flechas amarillas de la figura 12, se puede ver el flujo de aceite enviado con fuerza hacia afuera del rodete y alrededor de la caja dentro de la turbina. El aceite impulsa la turbina, y el par se transmite al eje de salida. Cuando el aceite deja 33

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los álabes de la turbina, el aceite golpea el estator, que envía el aceite hacia el sentido de rotación del rodete. El flujo de aceite se envía hacia arriba para entrar nuevamente al rodete. El aceite fluye continuamente entre los componentes del convertidor de par. El eje de salida, que está conectado por estrías a la turbina, envía el par al eje de entrada de la transmisión. El eje de salida está conectado a la transmisión mediante una horquilla y un eje de mando, o directamente al engranaje de entrada de la transmisión.

Figura 13. Flujo de aceite del convertidor de par

Flujo de aceite del convertidor de par La figura 13 muestra una sección transversal del convertidor de par. La caja de rotación y el rodete se muestran en rojo, la turbina y el eje de salida se muestran en azul y el estator se muestra en verde. Las flechas indican el flujo de aceite en el convertidor de par. El orificio de entrada de aceite está justo encima del eje de salida y el de salida está en el soporte del convertidor, debajo del eje de salida. El aceite de la bomba fluye a través de la válvula de alivio de entrada (no mostrada) del convertidor de par. La válvula de alivio de entrada del convertidor de par controla la presión máxima del aceite en el convertidor de par. El aceite fluye a través de la maza al rodete y lubrica el cojinete en la maza. El aceite fluye luego a través del convertidor de par como se describió anteriormente. El aceite sale del convertidor de par y fluye a través de la válvula de alivio de salida. La válvula de alivio de salida controla la presión mínima del convertidor de par. El aceite se debe mantener con presión en el convertidor de par, a fin de evitar la cavitación, que reduce la eficiencia del convertidor. Cavitación es la formación de burbujas de vapor de aceite alrededor de los álabes. 34

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Principios del convertidor de par El convertidor de par absorbe las cargas de impacto. La viscosidad del aceite del convertidor de par es un buen medio para transmitir la potencia. El aceite reduce la cavitación, lleva afuera el calor y lubrica los componentes del convertidor de par. El convertidor de par se ajusta a la carga del equipo. A carga alta, el rodete gira más rápido que la turbina para aumentar el par y reducir la velocidad. Con una pequeña carga en el equipo, el rodete y la turbina giran prácticamente a la misma velocidad. La velocidad aumenta y el par disminuye. En condición de calado, la turbina permanece fija y el rodete queda girando. Se produce el máximo par y se para la turbina.

Figura 14. Ventajas del convertidor de par

Ventajas del convertidor de par El convertidor de par multiplica el par cuando la carga lo requiere y ayuda a proteger el motor del calado durante las aplicaciones de cargas altas. El convertidor de par también permite que los sistemas hidráulicos de la máquina continúen funcionando y permite el uso de la servotransmisión.

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Divisor

de par

Figura 15.

Divisor

de par

Un divisor de par (figura 15) brinda las ventajas combinadas del convertidor de par y del mando de engranajes planetarios. El divisor de par es un convertidor de par convencional con un conjunto de engranajes planetarios integrados en la parte delantera. Esta disposición permite una división variable del par del motor entre el convertidor y el conjunto de engranajes planetarios. La división puede ser tan alta como 70/30, dependiendo de la carga de la máquina. Tanto el convertidor como la salida del conjunto de engranajes planetarios están conectados al eje de salida del divisor de par. 36

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Figura 16. Convertidor de par y conjunto de engranajes planetarios

Convertidor de par y conjunto de engranajes planetarios El divisor de par está unido al volante del motor. Durante la operación, el convertidor de par y el conjunto de engranajes planetarios funcionan juntos para proveer la más eficiente división del par del motor. El convertidor de par (figura 16, izquierda) provee multiplicación del par para cargas pesadas, mientras que el conjunto de engranajes planetarios (figura 2.2.15, derecha) suministra cerca de 30 % del mando directo durante operaciones de carga ligera.

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Figura 17. Componentes del divisor de par 38

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Componentes del divisor de par Los divisores de par combinan un mando hidráulico con un mando mecánico y se ajustan a las condiciones de la carga. Al igual que el convertidor de par, el divisor de par (figura 17) consta de cuatro componentes contenidos en una caja que se llena de aceite mediante una bomba: el rodete (elemento impulsor), la turbina (elemento impulsado), el estator (elemento de reacción) y el eje de salida. Estos funcionan del mismo modo que en un convertidor de par. El divisor de par también contiene un conjunto de engranajes planetarios. El conjunto de engranajes planetarios diferencia el divisor de par del convertidor de par. El conjunto de engranajes planetarios permite mando directo cuando el equipo está con carga ligera. En carga pesada, el divisor de par funciona como un convertidor de par convencional para aumentar el par de salida. El conjunto de engranajes planetarios consta de un engranaje central, una corona, ruedas planetarias y un portaplanetarios. La corona se conecta por estrías a la turbina. El portaplanetarios se conecta por estrías al eje de salida. El engranaje central se conecta al volante del motor mediante estrías y gira a las revoluciones por minuto del motor. Con una carga ligera en la máquina, el portaplanetarios tiene baja resistencia para girar, de modo que el engranaje central, los engranajes planetarios, el portaplanetarios y la corona giran a la misma velocidad. El par del convertidor y del conjunto de engranajes planetarios se transmite a través del portaplanetarios al eje de salida y a la transmisión. Ni el convertidor de par ni el conjunto de engranaje planetario multiplican el par del motor cuando giran a la misma velocidad. Cuando el equipo está con carga pesada, el portaplanetarios se resiste a girar. Dado que el engranaje central está girando a la velocidad del motor, esta resistencia hace que los engranajes planetarios giren sobre sus ejes. Su rotación es contraria a la rotación de la corona. Esto causa una disminución en la velocidad de la corona. Dado que la turbina está conectada a la corona, una disminución en la velocidad hará que el convertidor de par aumente el par de salida. Este par se envía al portaplanetarios y al eje de salida a través de la corona. Con la disminución de la velocidad de la corona, el par del motor a través del engranaje central y del conjunto de engranaje planetario también se multiplica. Este par también se envía al portaplanetarios y al eje de salida a través de la corona. Si la resistencia por girar del portaplanetarios es muy alta, la corona se detiene. Durante algunas condiciones de carga muy altas, la rotación del portaplanetarios y el eje de salida se pararán y esto se conoce como convertidor calado. Esto hace que la corona gire lentamente en sentido contrario. En este momento, se tiene la multiplicación máxima del par del convertidor de par y del engranaje central.

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Figura 18. Ventajas del divisor de par

Ventajas del divisor de par Los divisores de par brindan una aplicación continua de potencia y aumentan el par de salida disponible en cargas altas. Los divisores de par absorben los choques de potencia y aumentan así la vida útil del tren de fuerza. Los divisores de par permiten una operación de mando directo de la máquina, que a su vez aumenta la eficiencia y la economía de combustible.

Figura 19. Tractor de cadenas con divisor de par

Tractor de cadenas con divisor de par Los divisores de par se usan en tractores de cadenas para impulsar la máquina a través de terrenos difíciles sin producir crestas de potencia. Los convertidores de par de los tractores de cadena permanecen calados más que en cualquier otra máquina Caterpillar. En la figura se muestra un Tractor de Cadenas equipado con un divisor de par.

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Convertidor de par de embrague de traba

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Figura 20. Convertidor de par de embrague de traba

Algunas máquinas requieren mando de convertidor de par en ciertas condiciones y de mando directo en otras. El convertidor de par de embrague de traba brinda una conexión directa entre la transmisión y el motor. Este también opera de igual forma que un convertidor de par convencional cuando no está en el modo de traba. El embrague de traba está en la caja del convertidor de par. Cuando el embrague de traba se acopla, el embrague conecta la caja de rotación directamente al eje de salida y la turbina. El eje de salida girará a la velocidad del motor. El mando directo provee la más alta eficiencia del tren de mando en velocidades altas. El embrague de traba conecta la turbina a la caja de rotación. La caja de rotación gira a la misma velocidad del rodete. El embrague de traba se conecta automáticamente en cualquier momento en que las condiciones de operación del equipo exijan mando directo.

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Figura 21. Componentes del convertidor de par de embrague de traba

Componentes del convertidor de par de embrague de traba La figura 21 muestra los componentes del embrague de traba. El embrague de traba consta de un pistón de embrague, planchas y discos. Una válvula de control del embrague de traba, ubicada en la cubierta externa, controla el flujo de aceite para la conexión del embrague de traba. En algunas aplicaciones, el embrague de traba se controla mediante un solenoide activado por el Módulo de Control Electrónico (ECM) de la transmisión. Cuando se requiere activar el embrague de traba, el aceite fluye a través de un conducto de aceite en el eje de salida al pistón de embrague de traba. El pistón de embrague de traba y las planchas se conectan a la caja del convertidor mediante estrías. La caja del convertidor gira a la velocidad del motor. Los discos están conectados al adaptador con estrías y el adaptador está apernado a la turbina. La presión de aceite del pistón empuja el pistón contra las planchas y los discos del embrague de traba. Las planchas y los discos giran juntos y hacen que la turbina y el eje de salida giren a la misma velocidad que la caja del convertidor. La turbina y el rodete giran ahora a la misma velocidad y no hay multiplicación de par del convertidor de par. Cuando el embrague de traba se libera, el convertidor de par multiplica el par como en un convertidor de par convencional.

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Figura 22. Ventajas del convertidor de par de embrague de traba

Ventajas del convertidor de par con embrague de traba El convertidor de par con embrague de traba permite flexibilidad en la aplicación de la máquina. Cuando la máquina está con carga alta, el convertidor de par con embrague de traba funciona como un convertidor de par convencional, u multiplica el par. Cuando el equipo viaja a alta velocidad, el convertidor de par del embrague de traba provee mando directo para las velocidades altas y economiza combustible.

Figura 23. Equipos con embrague de traba

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Convertidor de par de embrague unidireccional

Figura 24. Convertidor de par de embrague unidireccional

El convertidor de par de embrague unidireccional opera en forma similar al convertidor de par convencional. El rodete usa fluido para accionar la turbina y el eje de salida. Sin embargo, el estator va montado en un embrague unidireccional en vez de una caja estacionaria. Este embrague unidireccional permite que el estator gire libremente cuando no se requiere multiplicación de par. El embrague unidireccional también se usa con los convertidores de par de embrague de traba. En los convertidores de par de embrague de traba, el embrague unidireccional permite que el estator gire libremente cuando el equipo está en mando directo.

Figura 25. Convertidor de par de embrague unidireccional

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Convertidor de par de embrague unidireccional El disco de leva conecta el embrague unidireccional al estator y está conectado por estrías al estator. Los rodillos proveen la conexión mecánica entre la leva y la maza. Los resortes sostienen los rodillos en la abertura de la leva. La maza conecta el embrague unidireccional al portador y se conecta mediante estrías a éste. Cuando se tiene una carga pesada y se requiere multiplicar el par, la fuerza del aceite sobre la parte delantera de los álabes del estator tratará de hacer girar el disco de leva a la derecha. Esta acción hace que los rodillos se "amontonen" entre el disco de leva y la maza, y bloqueen el estator en su lugar. El estator entonces envía de nuevo el aceite al rodete para multiplicar el par. Cuando se incrementa la velocidad del rodete y la turbina, la fuerza del aceite empieza a golpear la parte de atrás de los álabes del estator y giran el estator a la izquierda. Cuando rota en este sentido, los rodillos no se "amontonan" y pueden rodar en la maza, y el estator se desplaza a rueda libre. El estator no envía el aceite al rodete, y permiten que el convertidor de par actúe más como un acoplamiento hidráulico.

Figura 26.

Ventajas del embrague unidireccional La multiplicación par ocurre sólo con cargas pesadas. El estator gira en rueda libre durante cargas ligeras, lo cual resulta en menor producción de calor y disminución del arrastre del convertidor.

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Figura 27. Equipos con embragues unidireccionales

Las mototraíllas, las retroexcavadoras, los camiones de obras y los volquetes articulados están equipados con embragues unidireccionales.

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Convertidor de par con embrague impulsor

Figura 28. Convertidor de par con embrague impulsor

El convertidor de par con embrague impulsor hace posible variar en una amplia gama el par de salida del convertidor. Este es similar al convertidor de par convencional, excepto que la caja de rotación impulsa el rodete a través de un embrague impulsor. La caja de rotación gira a la velocidad del motor. El embrague impulsor es un conjunto de embrague de disco múltiple. El embrague impulsor se activa hidráulicamente y se controla mediante la válvula solenoide del embrague impulsor. La válvula solenoide del embrague impulsor se controla mediante el Módulo de Control Electrónico (ECM) de la transmisión y se activa por presión en el pedal del freno izquierdo.

Figura 29. Componentes del convertidor de par con embrague impulsor

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Componentes del convertidor de par con embrague impulsor La figura 29 muestra los componentes del embrague impulsor. El embrague impulsor acopla el rodete a la caja del convertidor y consta de un pistón de embrague impulsor, planchas y discos. Cuando el ECM aumenta la corriente del solenoide del embrague impulsor, disminuye la presión del embrague impulsor. Cuando la corriente del ECM está en cero, la presión del embrague impulsor está al máximo y el convertidor funciona como un convertidor convencional.

Figura 30. Operación del embrague impulsor

Operación del embrague impulsor Cuando la válvula solenoide del embrague impulsor no está energizada por el ECM no hay flujo de corriente al solenoide. El aceite fluye al conducto de aceite del embrague impulsor desde el portador y empuja el pistón de embrague impulsor contra las planchas y discos .El pistón y las planchas están conectados a la caja del embrague impulsor con estrías. El adaptador está asegurado al rodete con pernos. La fricción entre los discos y las planchas traba el rodete en la caja del convertidor y hace que el rodete gire a la misma velocidad de la caja del convertidor. El rodete desplaza todo el aceite y el convertidor de par estará en el máximo par de salida. Cuando se aumenta la corriente al solenoide, disminuye la presión de aceite al pistón. La fricción entre las planchas y los discos disminuye, el rodete patina (gira más lentamente) y envía menos aceite a la turbina. Con menos fuerza en la turbina, disminuye el par en el eje de salida. El desplazamiento del rodete depende de su velocidad. Una menor velocidad significa menor desplazamiento y menor transferencia de potencia. El embrague patina para evitar el patinaje de las ruedas. El operador del equipo puede ajustar el patinaje para adecuarlo al trabajo por realizar variando la corriente que envía al solenoide, que a la vez varía la presión del pistón del embrague. 51

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Figura 31. Ventajas del convertidor de par con embrague impulsor

Ventajas del convertidor de par con embrague impulsor La ventaja más importante del embrague impulsor es su capacidad de evitar el patinaje de las ruedas. Las ruedas de un cargador de ruedas son particularmente propensas a patinar durante la operación de cargue del cucharón. Los neumáticos se desgastan más rápidamente cuando ocurre el patinaje y su reemplazo es muy costoso en la operación del cargador de ruedas. El embrague impulsor también aumenta la disponibilidad de potencia del motor.

Figura 32. Cargador de Ruedas 992G con convertidor de par con embrague impulsor

Cargador de Ruedas 992G con convertidor de par con embrague impulsor La figura 32 muestra un Cargador de Ruedas 992C equipado con un convertidor de par con embrague impulsor.

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Figura 33. Convertidor de par de capacidad variable

Convertidor de par de capacidad variable El propósito del convertidor de par de capacidad variable (figura 33) es permitir que el operador limite el aumento de par en el convertidor de par, para reducir el giro de la rueda y desviar la potencia al sistema hidráulico. Los componentes principales de la unidad son el rodete interior, el rodete exterior, el embrague impulsor, la turbina y el estator. El rodete interior, la turbina y el estator funcionan esencialmente igual que en el convertidor de par convencional. La diferencia principal es que el rodete está dividido, de modo que hay un rodete adicional para aumentar la flexibilidad del manejo del par muy alto.

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Figura 34. Rodete exterior

Rodete exterior El rodete exterior (figura 34) es el segundo rodete dentro del convertidor de par. El rodete exterior gira con la caja del convertidor cuando la presión de aceite actúa en el pistón del embrague al conectar el conjunto de embrague. Cuando la máxima presión de aceite conecta completamente el embrague, el rodete exterior gira con el rodete interior. Cuando hay una disminución de la presión de aceite, el embrague patina y da como resultado un giro más lento del rodete exterior y una disminución de la capacidad del convertidor de par.

Figura 35. Embrague impulsor

Embrague impulsor El embrague impulsor (figura 35) se activa hidráulicamente y se controla mediante el sistema hidráulico de la transmisión. El embrague conecta el rodete exterior a la caja de rotación, para permitir que giren juntos el rodete interior y el rodete exterior.

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Figura 36. Flujo de aceite del embrague impulsor

Flujo de aceite del embrague impulsor En la modalidad de potencia plena (figura 36, izquierda), la presión de aceite actúa sobre el pistón de embrague, que conecta el embrague impulsor y hace que el rodete exterior gire con el rodete interior. Con ambos rodetes girando a la velocidad de la caja, los rodetes desplazan la totalidad del aceite y el convertidor de par produce el par máximo. Cuando el embrague está completamente conectado no hay patinaje del embrague y permite que el convertidor de par funcione como un convertidor de par convencional. En la modalidad de potencia reducida (figura 36, derecha) la presión de aceite disminuye en el pistón del embrague y permite que el embrague patine. El embrague transmite algo de la fuerza de la caja de rotación a un rodete. Un rodete gira a la misma velocidad que la caja de rotación y el otro rodete gira más lentamente. Los rodetes no desplazan la totalidad del aceite y se reduce la salida del convertidor de par. En capacidad mínima, la operación del convertidor de par de capacidad variable es similar a la operación de un convertidor de par convencional, excepto que el tamaño efectivo del rodete se reduce debido al patinaje del embrague impulsor. El desplazamiento del rodete depende de la velocidad de éste. Una velocidad más baja significa menor desplazamiento, y menor desplazamiento significa menor transferencia de potencia. El embrague patina para evitar que las ruedas patinen. El operador de la máquina calibra la cantidad de patinaje y varía la presión en el pistón del embrague.

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Figura 37. Ventajas del convertidor de par de capacidad variable

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Procesos de reparación Prueba de calado del convertidor de par La prueba de calado se realiza cuando se sospecha de un problema en el convertidor de par. Consulte siempre los manuales de servicio apropiados para los procedimientos de seguridad y pruebas. El calado del convertidor de par ocurre cuando la velocidad del eje de salida es cero. La prueba de calado del convertidor se realiza mientras el motor está funcionado a máxima aceleración. Esta prueba dará una indicación del rendimiento del motor y del tren de mando con base en la velocidad del motor. Una velocidad más baja o más alta que la especificada es indicación de problemas del motor o del tren de mando. Una velocidad de calado del convertidor baja es generalmente indicación de un problema de funcionamiento del motor. Una velocidad de calado del convertidor alta es generalmente indicación de un problema del tren de mando. Prueba de la válvula de alivio del convertidor de par Las pruebas de la válvula de alivio del convertidor de par incluyen la prueba de la válvula de alivio de entrada y la prueba de la válvula de alivio de salida. La válvula de alivio de entrada de un convertidor de par controla la presión máxima del convertidor. Su principal propósito es evitar daños en los componentes del convertidor cuando el motor se pone en funcionamiento con el aceite frío. Consulte siempre los manuales de servicio apropiados para los procedimientos de las pruebas y de seguridad. La válvula de alivio de salida mantiene la presión en el convertidor de par. La presión se debe mantener en el convertidor de par, a fin de evitar cavitación y asegurar la operación correcta del convertidor. Una presión baja podría indicar una fuga en el convertidor, un flujo inadecuado de la bomba o un funcionamiento incorrecto de la válvula de alivio. Una presión alta podría indicar un funcionamiento incorrecto de la válvula de alivio o un bloqueo del sistema. Realice esta prueba, a través de la revisión de la presión de la válvula de alivio de salida en el orificio de toma de presión correspondiente.

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UNIDAD IV TRANSMISION CAJA DE CAMBIOS MECÁNICA Definición - Información general La caja de cambio es el componente de la transmisión que se ocupa de la regulación de los cambios de par del vehículo. El par de torsión se modifica de acuerdo con la marcha seleccionada en la caja de cambios. Si el vehículo no dispusiera de caja de cambios, es decir, si el motor estuviera directamente conectado a las ruedas conducidas, la velocidad del vehículo no sobrepasaría los 8 km/h. Esto se debe a que las variaciones de par serían insignificantes.

Tipos de cajas de cambios En los últimos años, el desarrollo de la transmisión se ha concentrado en la caja de cambios. El objetivo es mejorar las características de conducción del vehículo y simplificar la labor del conductor. Se ha desarrollado una serie de modelos de caja de cambios construidas para vehículos específicos en función de las tareas que debe ejecutar el 58

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vehículo. Las cajas de cambios se dividen en tres grupos fundamentales: • Cajas de cambios manuales (1): los cambios de marcha los efectúa el conductor. • Cajas de cambios automáticas (2): los cambios de marcha son completamente automáticos con ayuda de la información obtenida por los sensores y otras unidades de mando del vehículo. • Cajas de cambio semiautomáticas (3): el conductor selecciona las marchas y un sistema electrónico controla los cambios.

Funciones de la caja de cambios mecánica El par generado por el motor diesel no puede estar conectado directamente a las ruedas del equipo. Esto se debe a que el motor trabaja a su máxima eficiencia en un corto rango de revoluciones, sin embargo en la operación del equipo se requiere de una amplia gama de velocidades. Otro inconveniente se genera debido a que el motor solo tiene un sentido de giro, si el 59

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acople fuera directo el equipo se desplazaría también en un solo sentido. Estos inconvenientes se superan instalando la caja de cambios en el sistema de transmisión del equipo. La función de la caja de cambios es de proporcionar una amplia gama de velocidades y de invertir el sentido de giro del eje de transmisión. Al realizar la transformación de la velocidad también se transforma el torque generado por el motor. Esta transformación del torque se realiza por medio de engranajes, aplicando el concepto de Relación de Transmisión.

Caja de cambios básica: árbol primario

y árbol secundario

Árbol primario (1) También llamado árbol de entrada, el primario se encarga de transmitir el par motor a la caja de cambios. El par se transmite a través del disco de embrague. Este árbol va apoyado en cojinetes instalados en el cárter de embrague.

Árbol principal (2) El árbol principal lleva los cinco piñones de cambios sincronizados. Estos piñones giran locos sobre cojinetes de agujas y cojinetes de rodillos. Este árbol va apoyado en el primario y en cojinetes de rodillos instalados en el cárter de la caja de cambios básica.

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Caja de cambios básica: árbol intermediario y árbol de marcha atrás Árbol intermediario (1) El árbol intermediario sólo lleva piñones fijos, es decir, piñones que se han instalado a presión en el árbol y que siempre giran a la misma velocidad que el árbol. El intermediario recibe el par transmitido por el primario y va apoyado en el interior del cárter del embrague y el cárter trasero de la caja de cambios. Árbol de marcha atrás (2) El piñón de marcha atrás va instalado en el árbol de marcha atrás. El piñón de marcha atrás está ubicado entre el piñón conductor, situado en el árbol principal, y el piñón de toma de fuerza, instalado en el intermediario. La función del piñón de marcha atrás es cambiar el sentido de giro del árbol principal y el árbol de salida o secundario. Cuando el piñón de marcha atrás cambia el sentido de giro del árbol principal, el movimiento inverso se transmite a través del secundario a las ruedas motrices y el vehículo retrocede.

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Caja de cambios básica: horquillas de selección y bomba de aceite Aparte de árboles y engranajes, la caja de cambios básica incluye horquillas de selección y la bomba de aceite. Horquillas de selección (1) Las horquillas de selección regulan el movimiento de los manguitos de acoplamiento del eje principal para engranar las diferentes velocidades. Las horquillas selectoras reciben el movimiento selector de los ejes selectores. Están instalados con fiadores formando juntos la unidad de selección. Bomba de aceite (2) Las cajas de cambios de mayor tamaño se engrasan mediante bombas de aceite que envía el aceite a todos los puntos de engrase de la caja. La bomba de aceite va sujeta en el interior de la caja de cambios. La acciona un piñón conectado al intermediario, a través del piñón de marcha atrás.

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Mecanismos de Accionamiento El desplazamiento de los engranajes de marchas y velocidades se realizan por medio de horquillas, las cuáles son impulsadas por una palanca de cambios.

La palanca de cambios posee además una placa selectora que evita que se acoplen más de un cambio a la vez. Para evitar que el cambio acoplado se desenganche, existe un mecanismo de enclavamiento compuesto por una billa cargada con un resorte que se fija sobre unas muescas existentes en las varillas de cambio.

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1. 2. 3. 4. 5.

Varilla de accionamiento Alojamiento Billa de acero Resorte Muesca

Caja de cambios manual: sincronización de componentes El objetivo de la sincronización es simplificar los cambios de marcha ajustando la diferencia de velocidad entre el árbol principal y el intermediario durante los cambios. La caja de cambios está equipada con muchos dispositivos de sincronización: 1. 2. 3. 4. 5.

Manguito de acoplamiento Anillo de acoplamiento Piñón Anillo de sincronización Cuerpo de embrague

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CAJA DE CAMBIOS POWER SHIFT

Figura 1. Conjunto de engranajes planetarios.

Mandos de engranajes Los conjuntos de engranajes planetarios se usan en las transmisiones, los divisores de par y los mandos finales. Los conjuntos de engranajes planetarios se denominan así por su funcionamiento similar al de un sistema solar. La figura 1 ilustra los componentes de un conjunto de engranajes planetarios. Los engranajes planetarios (1) se conocen también como piñones o engranajes locos. El engranaje central (4) también se denomina engranaje solar. Alrededor del engranaje central (4) giran dos o más engranajes planetarios (1) en contacto continuo con el engranaje central. Los engranajes planetarios se montan en un dispositivo portador (2) y giran sobre sus ejes mientras giran alrededor del engranaje central. Los engranajes planetarios también están en contacto continuo con los dientes internos de una corona más grande (3) que rodea el conjunto planetario. Con los conjuntos de engranajes planetarios se logran diferentes relaciones de engranajes, que impulsan y sostienen los tres miembros del sistema. Cuando un miembro se impulsa y otro se mantiene fijo, el tercer miembro es el que entrega la potencia de salida. Por ejemplo, si el engranaje central se impulsa y la corona se mantiene fija, los engranajes más pequeños del dispositivo portador irán alrededor de la corona en el mismo sentido que el engranaje central. El portador girará a una velocidad menor en una relación de engranajes baja. Si el portaplanetarios se impulsa y la corona se mantiene fija, los engranajes planetarios pequeños del portador irán alrededor de la corona y obligarán al 70

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engranaje central a girar en el mismo sentido. El engranaje central girará a una velocidad más alta. Si se mantiene fijo el portaplanetarios y se impulsa el engranaje central, los engranajes planetarios del portador giran en el sentido opuesto al engranaje central y obligan a la corona a girar en sentido contrario. Para alcanzar una gama infinita de par de salida y de relaciones de velocidad impulsada, se usan muchas variantes del sistema planetario.

Figura 2. Ventajas del conjunto de engranajes planetarios

Ventajas del conjunto de engranajes planetarios Las ventajas del conjunto de engranajes planetarios incluye un diseño compacto con muchas variaciones en un conjunto pequeño. Más dientes están en contacto para una suave transmisión de potencia, y la carga de los engranajes está equilibrada. El conjunto de engranajes planetarios también suministra un número infinito de selecciones de relaciones de engranaje. Sin embargo, los engranajes planetarios son más pesados y costosos que otros sistemas de mando.

Figura 3. Transmisión planetaria

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Figura 4. Mando final planetario

Transmisión planetaria y mando final planetario La transmisión planetaria de la figura 3 y el mando final planetario de la figura 4 son dos ejemplos de conjuntos de engranajes planetarios que se emplean en los trenes de fuerza.

Figura 5. Conjunto de engranajes de contraeje

Los engranajes de contraeje se usan principalmente en las transmisiones manuales y servotransmisiones. Los conjuntos de engranajes de contraeje (figura 5) permiten cambiar un conjunto de engranajes sin alterar las otras relaciones de engranajes. Los 72

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engranajes se montan sobre ejes paralelos. La dirección de la fuerza no se puede cambiar, a menos que un engranaje loco esté equipado al conjunto de engranajes de contraeje. Un engranaje en un eje impulsa a otro engranaje sobre un segundo eje. Un conjunto de engranajes de contraeje se puede equipar con varios engranajes y ejes para lograr velocidades diferentes.

Figura 6. Transmisión de contraeje

Transmisión de contraeje Las ventajas del conjunto de engranajes de contraeje incluyen menor número de piezas y menor peso. Un conjunto de engranajes de contraeje generalmente es menos costoso que un conjunto de engranajes planetarios.

Figura 7. Tren de engranajes de la servotransmisión y embragues hidráulicos

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Teoría de operación En una transmisión manual, la potencia se transmite a través de los engranajes de los ejes mediante el deslizamiento de los engranajes para obtener una conexión apropiada, o con el uso de un collar para sostener los engranajes impulsados en los ejes. Combinaciones de palancas, ejes, y/o cables controlan las horquillas de cambio que físicamente mueven los engranajes o los collares. En muchos casos, un embrague del volante se usa para interrumpir el flujo de potencia durante el cambio. La servotransmisión es un tren de engranajes que se puede cambiar sin interrumpir el flujo de potencia. En vez de deslizar físicamente un engranaje o un collar, embragues activados hidráulicamente controlan el flujo de potencia. En una servotransmisión, los engranajes están permanentemente acoplados. La principal ventaja de una servotransmisión es la respuesta rápida cuando se cambia de una velocidad a otra. Esto permite un cambio rápido de velocidades cuando se necesita. La servotransmisión puede cambiar las velocidades con cargas sin pérdida de productividad.

Figura 8 Embrague hidráulico

Embragues hidráulicos El embrague hidráulico consta de un paquete de embrague (discos y planchas) y un pistón de embrague. El embrague se conecta cuando el aceite presurizado empuja el pistón del embrague contra los discos y las planchas. Cuando los discos y las planchas entran en contacto, la fricción permite que la potencia fluya a través de ellos. Los discos están conectados a un componente. Las planchas están conectadas a otro. La potencia se transmite de uno de los componentes al otro a través del paquete de embrague. La servotransmisión usa presión de aceite interna para conectar los embragues hidráulicos. Cuando el operador selecciona una posición de velocidad, el aceite hidráulico conecta los embragues que dirigen la potencia a los engranajes seleccionados. Cada combinación de embragues brinda una relación de engranajes diferentes y por tanto una velocidad diferente. 74

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Cuando no se requiere que un embrague actúe más, se detiene el flujo de aceite y el embrague se libera. La fuerza del resorte mueve el pistón del embrague fuera de los discos y las planchas, y permite que el componente sostenido gire libremente y detiene el flujo de potencia a través de ese embrague.

Figura 9. Trenes de engranajes de las servotransmisiones

Tren de engranajes El tren de engranajes transmite la potencia del motor a través del tren de engranajes a las ruedas de mando. Los tipos más comunes de trenes de engranajes de las servotransmisiones son las transmisiones de contraeje (figura 3.2.4, derecha) y la transmisión planetaria (figura 10, izquierda). También se estudiará la servotransmisión de mando directo encontrada en los tractores agrícolas Challenger.

Transmisión de contraeje

Figura 10. Tren de engranajes de transmisión de contraeje

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Las transmisiones de contraeje usan embragues para transmitir la potencia a través de los engranajes. Las transmisiones de contraeje usan engranajes de dientes rectos conectados continuamente. La transmisión no tiene collares deslizantes. Los cambios de velocidad y de dirección se ejecutan mediante la conexión de varios paquetes de embrague. Entre las ventajas de la transmisión de contraeje están menos piezas y menos peso. Se usará una transmisión de contraeje (figura 10) de cuatro velocidades de avance y tres velocidades de retroceso, para explicar los componentes y la operación de la transmisión de contraeje.

Figura 11. Transmisión de contraeje - flujo de potencia en posición neutral

La figura 11 muestra algunos de los componentes internos de una transmisión de contraeje. Hay tres ejes de embrague principales. El eje de avance baja/alta y el eje de retroceso/segunda están en constante contacto con el eje de entrada que impulsan. El eje de retroceso/segunda está en constante contacto con el eje de tercera/primera y lo impulsan. El eje de avance baja/alta no está conectado con el eje de tercera/primera. El eje de tercera/primera velocidad está en contacto continuo con el eje de salida y lo impulsa, lo que acciona ambos ejes de mando delantero y trasero.

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Figura 12. Vista del extremo posterior de la transmisión de contraeje

Vista del extremo posterior de la transmisión de contraeje La figura 12 muestra la vista del extremo posterior de la transmisión. Observe la posición relativa del eje de entrada y de salida con respecto a los ejes de embrague de velocidad y dirección.

Figura 13. Embragues de la transmisión de contraeje

Embragues de la transmisión de contraeje Los embragues (figura 13) se conectan hidráulicamente y se desconectan debido a la fuerza del resorte. La velocidad y la dirección seleccionadas por el operador

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determinan qué embragues se conectarán. Los embragues se seleccionan para obtener la relación correcta de engranajes.

Figura 14. Pistón de embrague de la transmisión de contraeje

Pistón de embrague de la transmisión de contraeje El pistón de embrague (figura 14) tiene un sello interior y uno exterior. La presión del embrague de velocidad o de dirección llena la cavidad detrás del pistón del embrague, mueve el pistón a la izquierda contra el resorte de pistón y conecta los discos y las planchas del embrague. Cuando los discos tienen desgastada la mitad de la profundidad de las ranuras de aceite, el pistón del embrague viaja lo suficiente para sacar de su asiento (soplar) el sello exterior. Esto evita que los discos y las planchas entren en contacto metal con metal.

Figura 15. Discos y planchas del embrague de la transmisión de contraeje

Discos y planchas del embrague de la transmisión de contraeje Los discos y las planchas del embrague (figura 15) están montados dentro de la caja del embrague. Las estrías del diámetro exterior de las planchas se conectan con las estrías de la caja del embrague. Las planchas y la caja giran juntas. Los discos del embrague están apilados entre las planchas del embrague. Los dientes interiores de los discos están conectados con los dientes exteriores de la maza. Los discos del embrague tienen adheridos en la superficie un material de fricción de modo que no hay contacto de metal con metal entre los discos y las planchas del embrague.

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Figura 16. Maza del embrague de la transmisión de contraeje

Maza del embrague de la transmisión de contraeje La maza (figura 16) es el componente del paquete de embrague donde el engranaje se conecta mediante estrías. Los discos del paquete de embrague también están conectados por estrías a la maza. Cuando el pistón del embrague conecta el embrague, las planchas y los discos transmiten la potencia al engranaje a través de la maza.

Figura 17. Ejes de la transmisión de contraeje

Ejes de la transmisión de contraeje Los ejes de la transmisión (figura 17) llevan los engranajes en la transmisión. El número de ejes y engranajes depende de la transmisión y del modelo de la máquina.

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Figura 18. Conductos de lubricación de los ejes de la transmisión de contraeje.

Conductos de lubricación de los ejes de la transmisión de contraeje Cada eje de la transmisión tiene tres conductos internos de aceite (figura 18). Un conducto lleva el aceite de lubricación y enfriamiento de los embragues, cojinetes y engranajes. Los otros dos conductos llevan aceite a presión para la conexión de los embragues de cada eje.

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Figura 19. Transmisión de contraeje

Flujo de potencia Cuando la transmisión está en posición NEUTRAL (figura 19) no hay embragues conectados. El par del motor se transmite por el eje del convertidor de par a la transmisión. El eje del convertidor de par está conectado por estrías al conjunto del eje de entrada de la transmisión y lo impulsa. Puesto que ni el embrague de RETROCESO ni el embrague de AVANCE están conectados, no hay transferencia del par desde el conjunto del eje de entrada a los conjuntos del contraeje o al conjunto del eje de salida.

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Figura 20. Transmisión de crontraeje - primera velocidad de avance

Transmisión de contraeje - primera velocidad de avance Para transmitir la potencia se deben conectar un embrague de dirección y un embrague de velocidad. Cuando se conecta el embrague, éste sostiene la maza que lleva el engranaje apropiado. Cuando está sostenida la maza, la potencia puede fluir a través del engranaje. En la PRIMERA VELOCIDAD DE AVANCE (figura 20), el embrague de avance de baja queda conectado igual que el embrague de primera velocidad. El embrague de avance en baja sostiene el engranaje del extremo del eje. La potencia se transmite del engranaje del eje de entrada al engranaje del extremo del eje de avance. El engranaje del medio del eje de avance de baja/alta impulsa un engranaje del eje de retroceso/segunda. El embrague de primera velocidad sostiene el engranaje grande del eje de tercera/primera. La potencia se transmite del engranaje del extremo del eje de retroceso/segunda al engranaje grande del eje de tercera/primera. Cuando el embrague de primera velocidad se conecta, la potencia se transmite del engranaje al eje. El engranaje del eje de tercera/primera transmite la potencia a un engranaje del eje de salida. 82

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Figura 21. Transmisión de contraeje - segunda velocidad de retroceso

Transmisión de contraeje - segunda velocidad de retroceso En segunda velocidad de retroceso (figura 21), el embrague de retroceso y el embrague de segunda velocidad están conectados. La potencia se transmite de un engranaje del eje de entrada a un engranaje del eje de retroceso/segunda. Cuando se conecta el embrague de segunda velocidad, la potencia fluye del engranaje del eje de retroceso/segunda a un engranaje conectado con estrías al eje de tercera/primera. El engranaje del extremo del eje de tercera/primera transmite la potencia al engranaje del eje de salida.

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Figura 22. Transmisión de contraeje - tercera velocidad de retroceso

Transmisión de contraeje - tercera velocidad de retroceso En la tercera velocidad de retroceso (figura 22), el embrague de retroceso y el embrague de tercera velocidad están conectados. La potencia se transmite de un engranaje del eje de entrada a un engranaje del eje de retroceso/segunda. Cuando el embrague de tercera velocidad está conectado, sostiene el engranaje del extremo del eje de tercera/primera. La potencia se transmite del engranaje del eje de segunda/retroceso al engranaje sostenido. El engranaje del otro extremo del eje de tercera/primera transmite la potencia al engranaje del eje de salida.

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Figura 23. Transmisión de contraeje- cuarta velocidad de avance

Transmisión de contraeje - cuarta velocidad de avance En CUARTA VELOCIDAD DE AVANCE (figura 23), el embrague de dirección de avance en alta y el embrague de tercera velocidad están conectados. La potencia se transmite de un engranaje del eje de entrada a un engranaje del eje de avance de baja/alta. El engranaje del medio del eje de avance de baja/alta impulsa un engranaje en el eje de retroceso/segunda. Cuando el embrague de tercera velocidad se conecta, sostiene el engranaje del extremo del eje de tercera/primera. La potencia se transmite del engranaje del eje de segunda/retroceso al engranaje sostenido. El engranaje del otro extremo del eje de tercera/primera transmite la potencia al engranaje del eje de salida.

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Transmisión planetaria

Figura 24. Transmisión planetaria

Transmisión planetaria Las transmisiones planetarias usan engranajes planetarios para transmitir la potencia y permitir los cambios de velocidad y de dirección. Los embragues hidráulicos controlan la rotación de los componentes del engranaje planetario y permiten al conjunto planetario servir como acoplador directo, como engranaje de reducción o como engranaje de retroceso. Los conjuntos de engranajes planetarios son unidades compactas, no tienen contraeje y tanto el eje de entrada como el de salida giran en un mismo eje. Un conjunto de engranajes planetarios permite cambiar la relación de engranajes sin tener que conectar o desconectar engranajes. Como resultado, habrá poca o ninguna interrupción del flujo de potencia. En los conjuntos de engranajes planetarios, la carga se distribuye sobre varios engranajes lo cual disminuye la carga en cada diente. El sistema planetario también distribuye la carga igualmente alrededor de la circunferencia del sistema, y elimina tensiones laterales en los ejes.

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Figura 25. Componentes de la transmisión planetaria

Componentes de la transmisión planetaria En su forma más simple un conjunto planetario consta de: 1. 2. 3. 4.

Un engranaje central (el centro del conjunto planetario) Tres o más engranajes intermedios (engranajes planetarios) Un portaplanetarios (sostiene los engranajes planetarios) Una corona (el límite externo del conjunto planetario)

La transmisión planetaria controla la potencia a través de los conjuntos planetarios con paquetes de embrague que constan de discos y de planchas. Cada paquete de embrague está contenido en una caja separada. En algunas transmisiones planetarias, los paquetes de embrague están montados en el perímetro del conjunto planetario. Los dientes internos de los discos están conectados con los dientes externos de la corona. Las muescas del diámetro exterior de las planchas se conectan con pasadores en la caja del embrague. Los pasadores evitan la rotación de las planchas. En los siguientes ejemplos se asume que se habla de este tipo de transmisiones.

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Figura 26. Embragues de transmisión planetaria

Embragues de transmisión planetaria La figura 26 muestra los componentes de un embrague. Los resortes están entre la caja del embrague y el pistón. Los resortes mantienen los embragues desconectados, para evitar que el pistón del embrague empuje las planchas. Los embragues se conectan cuando el aceite se envía al área detrás del pistón. Cuando la presión del aceite aumenta en el área detrás del pistón, el pistón se mueve a la derecha contra la fuerza del resorte y empuja los discos y las planchas unos contra otras. El embrague queda conectado y la corona fija. Cuando disminuye la presión del aceite que sostiene al pistón, el resorte obliga al pistón a regresar a la caja la caja, lo cual libera discos y las planchas. La corona ya no está sostenida y gira libremente.

Figura 27. Planchas de embrague de transmisión planetaria

Planchas de embrague de transmisión planetaria Las planchas de embrague (figura 27) están montadas dentro de la caja del embrague. Las muescas del diámetro exterior de las planchas están conectadas con pasadores en la caja del embrague y evitan la rotación de las planchas.

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Figura 28. Discos del embrague de transmisión planetaria

Discos del embrague de transmisión planetaria Los discos del embrague (figura 28) están conectados a la corona y giran con el engranaje. Los dientes internos de los discos están conectados con los dientes externos de la corona. Los discos se fabrican de material antifricción de acuerdo con los requerimientos de la aplicación.

Figura 29. Caja del embrague de transmisión planetaria

Caja del embrague de transmisión planetaria Cada embrague de la transmisión tiene su propia caja (figura 29). La caja mantiene el pistón del embrague y las planchas en su lugar. Se usan pasadores para evitar que las planchas giren.

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Figura 30. Conjunto de engranaje planetario

Conjunto de engranaje planetario Estudiar los conceptos básicos de los engranajes planetarios ayudará a entender cómo funciona una transmisión planetaria. Los engranajes planetarios se usan de muchas formas en las transmisiones planetarias. Los componentes de un conjunto de engranajes planetarios se muestran en la figura 31. Los engranajes planetarios (1) están contenidos en un portaplanetarios (2). El engranaje exterior se llama corona (3). El engranaje del centro se llama engranaje central (4). Los componentes del conjunto de engranajes planetarios se llaman así debido a que se mueven en forma parecida al sistema solar. Los engranajes planetarios giran alrededor del engranaje central justo como los planetas en el sistema solar giran alrededor del Sol. En la transmisión se requiere menos espacio si los conjuntos de engranajes planetarios se utilizan en vez de engranajes de dientes externos, debido a que todos los engranajes pueden estar dentro de la corona. Otra ventaja de la corona es que se puede tener el doble de contacto de dientes que en los engranajes de dientes externos. Los engranajes de dientes internos son más resistentes y de mayor duración que los engranajes de dientes externos. Cuando un engranaje de dientes externos es impulsado mediante otro engranaje de dientes externos, los dos engranajes giran en sentido opuesto. Cuando un engranaje de dientes externos y un engranaje de dientes internos están conectados, girarán en el mismo sentido. Los engranajes planetarios giran libremente en sus cojinetes y el número de dientes no afecta la relación de los otros dos engranajes. Con conjuntos de engranajes planetarios hay normalmente tres o cuatro engranajes planetarios que giran en cojinetes.

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Figura 31. Conjunto de engranajes planetarios - portaplanetarios restringido

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Combinaciones de conjunto de engranajes planetarios Los cambios de velocidad, dirección y par se logran mediante la restricción o impulso de los diferentes componentes del conjunto de engranajes planetarios. Hay varias combinaciones posibles. Para transmitir la potencia a través de un conjunto planetario, un miembro se mantiene fijo, otro es el impulsor y otro es el impulsado. La corona no siempre es el miembro que se mantiene fijo. En la figura 31 el portaplanetarios se mantiene fijo para suministrar la rotación contraria. Si el engranaje central es el impulsor y gira a la izquierda, y el portaplanetarios se mantiene estacionario, la rotación de los engranajes planetarios impulsarán la corona para que gire a la derecha. Si se mantiene fijo el engranaje central y la corona es el engranaje impulsor, entonces el portaplanetarios será el impulsado. Los engranajes planetarios giran alrededor de sus propios ejes impulsando el portaplanetarios a una velocidad más lenta que la corona y en el mismo sentido de ésta. Si se mantiene fija la corona y el engranaje central es el engranaje impulsor, entonces el portaplanetarios será el impulsado. Los engranajes planetarios giran alrededor de sus propios ejes, e impulsan el portaplanetarios a una velocidad más lenta que el engranaje central y en el mismo sentido que éste. El portaplanetarios será impulsado en velocidad baja. Si el portaplanetarios es el engranaje impulsor y la corona es el engranaje que se mantiene fijo, el engranaje central será impulsado en velocidad alta. Si no se restringe ningún miembro del conjunto de engranajes, los engranajes girarán en vacío y no se transmite la potencia. Si el engranaje central y la corona se impulsan a la misma velocidad y en la misma dirección, el portaplanetarios se mantendrá fijo entre ellos y operará en mando directo.

Figura 32. Transmisión planetaria armada

Transmisión planetaria armada Hemos visto las relaciones de los conjuntos de engranajes planetarios. La figura 32 muestra una servotransmisión planetaria armada.

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Figura 33. Eje de dos piezas

Eje de dos piezas El eje de dos piezas mostrado en la figura 33 se usará para explicar la disposición de la transmisión que empezaremos a estudiar. El eje de la izquierda es el eje de entrada. Los engranajes centrales de los grupos de engranajes planetarios de avance y de retroceso están montados en el eje de entrada. El eje de la derecha es el eje de salida. Los engranajes centrales de los grupos planetarios de primera y segunda velocidad están montados en el eje de salida.

Figura 34. Eje de dos piezas y engranajes planetarios

Eje de dos piezas y engranajes planetarios Pongamos ahora algunos engranajes planetarios en cada engranaje central para construir una servotransmisión planetaria básica (figura 34). Los conjuntos planetarios se indican mediante números, comenzando por el extremo de la entrada (izquierda), y están numerados como 1, 2, 3, y 4.

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Figura 35. Adición al eje del portaplanetarios

Adición al eje del portaplanetarios En la figura 35, se adicionó el portaplanetarios frontal del conjunto de engranajes planetarios de retroceso. Se realizó un corte del portaplanetarios para mostrar cómo está montado y cómo sostiene los engranajes planetarios.

Figura 36. Adición a los ejes del portaplanetarios central

Adición a los ejes del portaplanetarios central En la figura 36 se adicionó un portaplanetarios central al conjunto de la transmisión. El portaplanetarios central conecta el eje de entrada al eje de salida. Este contiene los engranajes planetarios de avance y de la segunda velocidad.

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Figura 37. Tres portaplanetarios en los ejes

Tres portaplanetarios en los ejes Los tres portaplanetarios están montados en los ejes en la figura 37. De izquierda a derecha están el portaplanetarios frontal, el portaplanetarios central y el portaplanetarios trasero.

Figura 38. Cuatro conjuntos de engranajes planetarios

Cuatro conjuntos de engranajes planetarios La figura 38 muestra los cuatro conjuntos de engranajes planetarios. Desde el extremo de la entrada (izquierda) están el No.1 (retroceso), el No. 2 (avance), el No. 3 (segunda velocidad) y el No. 4 (primera velocidad). Para completar la transmisión, se deben adicionar la corona y los embragues y poner el conjunto completo en una caja de protección.

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Figura 39. Grupo de cuatro conjuntos de engranajes planetarios

Flujo de potencia de la servotransmisión planetaria En algunas servotransmisiones planetarias, hay un conjunto de engranajes planetarios por cada velocidad de la transmisión: un conjunto para el avance y un conjunto para el retroceso. La figura 39 muestra los cuatro conjuntos de engranajes planetarios armados dentro de un grupo compacto.

Figura 40. Transmisión planetaria de dos velocidades y dos direcciones

Transmisión planetaria de dos velocidades y dos direcciones La figura 40 muestra una servotransmisión planetaria de dos velocidades y dos direcciones. Esta es una vista esquemática del conjunto de engranajes planetarios armados mostrado en la figura 39. La potencia del motor se transmite al eje de entrada (rojo) a través de un convertidor de par o de un divisor de par. Los engranajes solares tanto de avance como de retroceso se montan en el eje de entrada y siempre giran cuando se impulsa el eje de 97

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entrada. El portador central (gris) es el portador de los engranajes planetarios del conjunto de retroceso y del conjunto de segunda velocidad. El eje de salida (azul) y el engranaje central para la segunda velocidad se montan en él. El engranaje central para la primera velocidad se monta en el eje de salida. La disposición de los conjuntos de engranajes planetarios desde el motor al eje de salida (de izquierda a derecha) son: retroceso, avance, segunda velocidad y primera velocidad.

Figura 41. Conjuntos de engranajes planetarios de avance de dos direcciones

Conjuntos de engranajes planetarios de avance de dos direcciones La figura 41 muestra los conjuntos de engranajes planetarios de avance y de retroceso o la mitad direccional de la transmisión. La potencia se transmite del motor al eje de entrada (rojo). La corona del conjunto de engranajes planetarios de avance está detenida. Esta parte de la transmisión está ahora conectada al engranaje de avance. Si se impulsa el eje de entrada, debido a que los engranajes centrales (rojo) están montados en el eje de entrada, estos también son impulsados. El engranaje central de retroceso (el de la izquierda) gira los engranajes planetarios. Sin embargo, no se transmite potencia a través de los planetarios de retroceso debido a que ningún miembro del grupo planetario está sostenido. El engranaje central del planetario de avance gira con el eje de entrada. Por lo tanto, los engranajes planetarios giran en sentido contrario. Debido a que la corona está detenida, los engranajes planetarios deben girar en el mismo sentido de rotación del engranaje central. Esto hace que el portaplanetarios gire en el mismo sentido. Este es el flujo de potencia de la dirección de avance.

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Figura 42. Conjuntos de engranajes planetarios direccionales - de retroceso

Conjuntos de engranajes planetarios direccionales - de retroceso La figura 42 muestra el flujo de potencia cuando está detenido el portaplanetarios del conjunto planetario de engranajes de retroceso. El eje de entrada impulsa el engranaje central del conjunto planetario de retroceso. El engranaje central impulsa los engranajes planetarios. Debido a que el portaplanetarios está detenido, los engranajes planetarios deben girar en su sitio e impulsar la corona. La corona gira ahora en sentido contrario al engranaje central. La corona del conjunto planetario de retroceso está asegurada al portaplanetarios de los engranajes planetarios del conjunto planetario de avance. Por tanto, el portaplanetarios del conjunto planetario de avance también gira en sentido opuesto a la rotación del engranaje de entrada.

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Figura 43. Conjuntos de engranajes planetarios de segunda velocidad

Conjuntos de engranajes planetarios de segunda velocidad La figura 43 muestra la parte de velocidad de la transmisión. El portaplanetarios de la izquierda es parte del portaplanetarios del conjunto planetario de avance y es impulsado a la derecha o a la izquierda, dependiendo sobre cuál conjunto de engranajes planetarios (de avance o de retroceso) se está transmitiendo la potencia. En la figura 43, está detenida la corona del conjunto planetario del engranaje de la segunda velocidad. Debido a que el portaplanetarios está girando y la corona está detenida, se impulsa el engranaje central del conjunto planetario de segunda velocidad. El engranaje central y el eje de salida giran en el mismo sentido que el portaplanetarios. Ningún miembro del conjunto planetario de engranajes de primera velocidad está sostenido. Por tanto, todos los componentes están libres para girar y no transmiten potencia a través del conjunto planetario de primera velocidad.

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Figura 44. Operación de la primera velocidad

Operación de la primera velocidad Para la operación de la primera velocidad (figura 44), la corona del conjunto planetario de engranajes de segunda velocidad está libre y la corona del conjunto de engranajes de primera velocidad está detenida. El portaplanetarios de la izquierda está todavía impulsado por la mitad direccional de la transmisión. La carga del eje de salida provee la resistencia a la rotación del engranaje central. Por tanto, debe girar la corona del conjunto planetario de engranajes de segunda velocidad. Esta corona está sujeta al portaplanetarios del conjunto planetario de primera velocidad. Debido a que la corona del conjunto planetario de primera velocidad está detenida, se impulsa el engranaje central. Su rotación tiene el mismo sentido de la rotación del portaplanetarios de la izquierda. En resumen, se impulsa el portaplanetarios central. Este impulsa la corona de la segunda velocidad que está conectada al portaplanetarios de la primera velocidad. Debido a que la corona de la primera velocidad está detenida, los engranajes planetarios van alrededor del interior de la corona e impulsan el engranaje central de la primera velocidad y el eje de salida.

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Figura 45. Primera velocidad de avance

Primera velocidad de avance En la primera velocidad de avance (figura 45), están detenidas las coronas de los grupos planetarios de avance y de primera velocidad. La potencia no se transmite a través del conjunto planetario de retroceso debido a que ningún miembro está sostenido. Cuando la corona del conjunto planetario de avance se detiene, la rotación del engranaje central hace que los engranajes planetarios giren alrededor del engranaje central. Los engranajes planetarios de avance están montados en el portaplanetarios central, el cual debe girar. La rotación del portaplanetarios central impulsa la corona del conjunto planetario de segunda velocidad. El engranaje central del conjunto planetario de segunda velocidad es el miembro retenido porque su rotación está restringida por la carga del eje de salida. Los engranajes planetarios harán que la corona gire. La corona del conjunto planetario de segunda velocidad se conecta al portaplanetarios del conjunto planetario de primera velocidad. Debido a que la corona de primera velocidad está detenida, los engranajes planetarios impulsan el engranaje central de primera velocidad y entregan la potencia al eje de salida. La máquina se mueve hacia adelante en primera velocidad.

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Figura 46. Primera velocidad de retroceso.

Primera velocidad de retroceso En la primera velocidad de retroceso (figura 46), están sostenidos el portaplanetarios del conjunto planetario de retroceso y la corona del conjunto planetario de primera velocidad. Cuando el portaplanetarios del conjunto planetario de retroceso está sostenido, los engranajes planetarios giran e impulsan la corona de retroceso en dirección opuesta al eje de entrada. La corona de retroceso hace que el portaplanetarios central gire. La carga del eje de salida sostiene el engranaje central del conjunto planetario de segunda velocidad. El portaplanetarios central hará que los engranajes planetarios impulsen la corona de segunda velocidad. La corona de segunda velocidad se conecta al portaplanetarios del conjunto planetario de primera velocidad. La corona de primera velocidad está sostenida. Los engranajes planetarios giran alrededor del interior de la corona de primera velocidad e impulsan el engranaje central de la primera velocidad y el eje de salida.

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Figura 47. Segunda velocidad de avance

Segunda velocidad de avance En la segunda velocidad de avance, están detenidas las coronas de los grupos planetarios de avance y de segunda velocidad. La potencia no se transmite a través del conjunto planetario de retroceso debido a que ninguno de sus miembros está sostenido. Cuando la corona del conjunto planetario de avance se detiene, la rotación del engranaje central hace que los engranajes planetarios giren alrededor del engranaje central. Los engranajes planetarios de avance están montados en el portaplanetarios central y por tanto éste debe girar. La corona de segunda velocidad está sostenida. El portaplanetarios central hace que los engranajes planetarios giren alrededor del interior de la corona de segunda velocidad e impulsen el engranaje central de segunda velocidad y el eje de salida.

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Figura 48. Segunda velocidad de retroceso

Segunda velocidad de retroceso En la segunda velocidad de retroceso (figura 48), están sostenidos el portaplanetarios del conjunto planetario de retroceso y la corona del conjunto planetario de segunda velocidad. Cuando el portaplanetarios del conjunto planetario de retroceso está sostenido, los engranajes planetarios giran e impulsan la corona de retroceso en sentido contrario al del eje de entrada. La corona de retroceso hace que el portaplanetarios central gire. La corona de segunda velocidad está sostenida. El portaplanetarios central hace que los engranajes planetarios giren alrededor del interior de la corona de segunda velocidad e impulsen el engranaje central de segunda velocidad y el eje de salida.

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UNIDAD V DIFERENCIAL

Figura 1. Conjunto de engranajes de corona y piñón

Conjunto de engranajes de corona y piñón El conjunto de engranajes de corona y piñón consta de una corona y un engranaje de piñón. Los ejes de los engranajes están en ángulo recto entre sí. El conjunto de engranajes de corona y piñón se usa para cambiar el sentido del flujo de potencia. El engranaje piñón impulsa la corona. Cada engranaje está ahusado para permitir un contacto correcto de los dientes. El conjunto de corona y piñón permite que el flujo de potencia gire en curva.

Figura 2. Conjunto de engranajes cónicos de corona y piñón de un tractor de cadenas

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Figura 3.Conjunto de engranajes cónicos de corona y piñón en máquinas de ruedas

Conjunto de engranajes cónicos de corona y piñón en máquinas de ruedas Los engranajes cónicos de corona y piñón están en un conjunto acoplado. El conjunto de engranaje de corona de la figura 3 se usa en los tractores de cadenas, para transmitir la potencia desde la transmisión hasta el mando final. El conjunto de corona de la figura 4 se usa en los equipos de ruedas para transmitir la potencia desde la transmisión hasta el diferencial. Observe que la corona de los equipos de ruedas es parte del conjunto del diferencial.

1.TRANSMISIÓN ANGULAR Dos son los tipos básicos de transmisiones angulares que nos podemos encontrar en la transmisión final de vehículos con motor longitudinal, estos son: juego de engranajes cónicos (piñón de ataque y corona del diferencial) o transmisión por tomillo sin fin. Esta última está cayendo en desuso en los automóviles actuales ya que el engranaje de ruedas cónicas resulta más ligero, eficiente y barato, permitiendo además la reversibilidad del movimiento; aunque se sigue utilizando en ciertos vehículos, sobre todo si requieren unas reducciones notables. a) JUEGO DE PIÑÓN Y CORONA CÓNICOS Es, con mucho, la transmisión angular más extendida. Debido a que las ruedas cónicas con dientes rectos supondrían serios problemas de ruido, contactos deficientes (con un sólo par de dientes engranados en cada instante), vibraciones y marcha irregular del vehículo, éstos no se usan en absoluto. 107

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Podemos distinguir dos tipos principales de engranajes cónicos en función del tallado de los dientes: dentado en arco Gleason (figura 4 b) o Klingelberg (4 a ).

Figura 4.

En el dentado Gleason americano las líneas de los flancos constituyen un desarrollo en espiral de Arquímedes. Los dientes se adelgazan hacia el centro de la meda cónica. En el dentado Klingelberg alemán, en cambio, el curso de los flancos es paralelo; los dientes presentan en todos sus puntos igual sección transversal y, debido a esto, su carga es más uniforme. Son además más sencillos de construir que los de dentado Gleason. En general, podemos distinguir dos tipos de ruedas cónicas usadas en automoción, en función de la ubicación de los centros de los ejes de la transmisión.

Figura 5. Disposición de dentados piñón-corona del diferencial.

1. Ruedas cónicas de dentado espiral (figura 5 a) Las ruedas cónicas espirales o normales están dispuestas de forma que el eje del piñón y el de la corona se hallan en un mismo plano horizontal. Con este tipo de dentado se consigue generalmente una marcha suave y uniforme con una gran capacidad de carga. Debido a que un par de dientes empieza a engranar antes de que otro deje de hacerlo, hay más de un par de dientes en contacto en cada instante lo que hace que la presión en los flancos de los dientes no resulte excesiva -la carga se reparte entre los pares de dientes en contacto. Además la forma de los dientes hace que la superficie de contacto entre dos dientes sea mayor, lo que supone también menores presiones de contacto.

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Aunque estos tipos de transmisiones han sido sustituidos de forma casi absoluta en los vehículos de tracción trasera, sí que se pueden encontrar en algunos vehículos de tracción delantera y motor trasero. 2. Dentado hipoide (figura 5 b) Para el caso de que se desee una posición distinta del eje articulado, se dispone el piñón de ataque por debajo del centro del eje de la corona dentada. El dentado debe ser entonces especial, siguiendo el trazado geométrico de una hiperboloide, es el dentado hipoide. Con este tipo de dentado se suma al movimiento de rodadura uno adicional de deslizamiento. El rozamiento entre los flancos de los dientes dificulta la formación de una película de aceite coherente y, por tanto, requiere un aceite de mayor adherencia, lo que supone la aplicación de un aceite especial se lubricación. Un dentado de esta naturaleza origina poco ruido y es susceptible, debido a su perfección de engrane, de soportar grandes cargas. Además el dentado hipoide permite que el centro de gravedad del vehículo se sitúe más bajo con las mejoras que ello supone en cuanto a las propiedades de marcha y alarga el engrane entre los dientes. El tamaño del piñón irá en función del descentrado relativo de las ruedas de la transmisión.

b) TORNILLO SIN FIN

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Figura 6. Transmisión por tornillo sin fin.

Con esta disposición de tomillo sin fin accionando una corona helicoidal conseguimos, al igual que para las ruedas cónicas hipoides, una posición más baja del eje de entrada que de los semiejes de las ruedas. No obstante este tipo de transmisión apenas se utiliza en los turismos y ha quedado relegada tan sólo a vehículos pesados que requieren reducciones más fuertes y no precisan de la reversibilidad de la transmisión; con el tomillo sin fin se consiguen reducciones en torno a 8:1.

2. EL DIFERENCIAL. SATÉLITES Y PLANETARIOS Imaginemos un automóvil con las ruedas motrices unidas por un eje rígido, movido por el árbol de transmisión por medio de un par cónico (o cilíndrico, en el caso de motor transversal): sobre cada rueda actúa el par M / 2, siendo M el par que afecta a la corona del par cónico. Las ruedas motrices, a causa de la conexión rígida, son obligadas a girar con igual velocidad angular. Esto no presenta inconvenientes especiales durante la marcha en línea recta. Sin embargo, cuando un automóvil circula por una curva, la rueda que recorre la parte exterior de la curva debe recorrer un camino más largo que la que recorre la curva por su parte interior y, puesto que los dos recorridos deben ser descritos en el mismo tiempo, la velocidad angular de las ruedas debe ser distinta. Si éstas se encuentran unidas por un eje rígido, al ser obligadas a girar a la misma velocidad, una de ellas desliza sobre el terreno con grave daño para la duración del neumático y con la consiguiente pérdida de adherencia al piso; además los ejes de la transmisión se verían sometidos a unos esfuerzos de torsión a todas luces inaceptables. Para evitar este inconveniente, desde los comienzos del automovilismo se contó con la adopción del diferencial, es decir de un mecanismo que permitiera a las dos ruedas girar a velocidades angulares diferentes en caso de necesidad.

Figura 7.

El diferencial, en su forma más elemental, está constituido por: dos piñones cónicos, que reciben el nombre de planetarios, unidos a los extremos de los semiejes, generalmente de perfiles estriados, y otros dos piñones cónicos, 110

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llamados satélites, montados en los extremos de un eje portasatélites y que engranan con los planetarios (ver figura 8.). Puesto que los ejes de los satélites no están fijos en el espacio, el diferencial es un engranaje epicicloidal. Cuando los pares que se han de transmitir son elevados, como es el caso de vehículos pesados, los satélites suelen ser cuatro y van montados en una cruceta. El eje (o la cruz) del diferencial se fija entre dos medias cajas que forman la caja del diferencial, la cual a su vez está atornilladas o remachada a la corona del diferencial, girando solidariamente con ésta al ser arrastrada por el piñón de ataque, y que lleva en sus extremos dos ejes huecos apoyados sobre el cráter del diferencial mediante rodamiento.

Figura 8. Nomenclatura del diferencial.

Tanto los satélites como los planetarios son de dientes rectos, dadas las moderadas velocidades de funcionamiento y el bajo porcentaje de tiempo en el que existe movimiento relativo entre tales piñones: de hecho solo existe movimiento relativo entre éstos cuando el vehículo toma una curva. Los satélites, los planetarios y el eje portasatélites son generalmente de acero al carbono o débilmente tratado mediante cementación.

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Figura 9. Satélites y planetarios engranados.

Mientras la resistencia al giro de las dos medas motrices del vehículo y, por lo tanto, de los dos engranajes planetarios sea la misma, éstos serán arrastrados a la misma velocidad de giro que la cruz y no existirá movimiento relativo entre planetarios y satélites del diferencial (figura 11 A); pero cuando una de las ruedas ofrezca mayor resistencia, como sucede cuando el vehículo entra en una curva, el planetario correspondiente tenderá a girar más despacio que la cruz, lo que hará girar a los satélites, aumentando el régimen de giro del otro planetario ver figura 10 donde (1) representa al movimiento de arrastre de la corona, (2) el movimiento relativo de los planetarios y (3) el movimiento resultante de la composición de los dos anteriores con velocidad de giro mayor en uno de los ejes que en el otro. Se consigue así el efecto deseado en las curvas.

Figura 10. Esquema de funcionamiento de un diferencial.

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Figura 11. Cinemática del sistema diferencial.

Diferencial Nospin

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Es un diferencial de traba automática que obliga a ambas ruedas a girar a la misma velocidad, independientemente de las condiciones de tracción. El mismo traba eficazmente las ruedas en conjunto enviándoles hasta el 100 % del par disponible a una rueda, de ser necesario. Durante un giro la rueda exterior se desenganchara y quedara libre y el diferencial NoSPIN es un remplazo directo para los componentes internos del diferencial estándar. El mismo se ajusta directamente dentro del conjunto de la caja del diferencial estándar. Los principales componentes del diferencial NoSPIN son los engranajes laterales, los embragues impulsados, la leva central y la cruceta. 5- Engranajes laterales: Están conectados a los engranajes solares y a los embragues impulsados. Los embragues impulsados hacen girar los engranajes laterales y estos envían potencia, a través de los engranajes solares a los mandos finales. 6- Embragues impulsados: Están empalmados en estrías a los engranajes laterales y engranan con los dientes de la cruceta. Ambos embragues impulsados engranan con la cruceta en maniobras en línea recta y un embrague se desengrana de la cruceta de giro. 7- Leva central: Se encuentra dentro de la cruceta y permite que la rueda exterior quede libre en un giro. 8- Cruceta: Es impulsado por la caja del diferencial y sirve de montaje a los piñones diferenciales.

FUNCIONAMIENTO Cuando la maquina se mueve en línea recta, la presión de los resortes mantiene el embrague impulsado y los engranajes laterales engranados con la cruceta. Ambas ruedas giran a la misma velocidad. Durante un giro, el recorrido de la rueda exterior es mayor que el de la rueda interior. Cuando la maquina gira con potencia, el diferencial NoSPIN continua impulsando la rueda interior. El embrague impulsado para la rueda exterior gira más rápido que la cruceta. Los dientes del embrague impulsado de la leva para la rueda exterior suben los dientes de la leva central. Esto hace que el embrague impulsado exterior se separe y se desengrane de la cruceta. Cuando la maquina termina en giro, el embrague impulsado de la rueda exterior vuelve a engranarse con la cruceta y ambas ruedas giran a la misma velocidad.

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Traba de diferencial Sin una traba de diferencial, cuando una rueda motriz se encuentra en malas condiciones del terreno y no puede desarrollar la tracción, la misma girara libremente mientras que la otra se queda inmóvil. Cuando esto ocurre, se detiene el movimiento de avance de la maquina. La traba de diferencial traba el diferencial e impide la acción del diferencial, con lo que fuerza ambas ruedas a girar simultáneamente a la misma velocidad. Existen dos tipos de sistemas de traba diferencial. El sistema de traba de diferencial de embrague de mandíbula se activa mediante la acción de un pedal. El sistema de traba diferencial de discos múltiples se activa mediante un interruptor de traba diferencial situado en la cabina del operador. 9- Traba de diferencial de embrague de mandíbula: Deja que el diferencial engrane o se libere mientras el vehículo esta bajo potencia y cuando las ruedas están girando a la misma velocidad. El operador elige cuando engranar o liberar el embrague de mandíbula. Un ejemplo de cuando se necesita hacer esto es cuando la rueda comienza a patinar. La velocidad de la maquina debe de reducirse antes de engranar los embragues si las ruedas están girando a diferentes velocidades. El pedal de traba diferencial engrana el embrague de mandíbulas, el cual traba el semieje a la caja del diferencial, así ambas ruedas se traban conjuntamente y se ven obligadas a girar a la misma velocidad. La activación del embrague de mandíbulas puede realizarse tanto mediante un mecanismo mecánico como neumático. Traba de diferencial con discos múltiples: Deja que el diferencial engrane o se libere mientras el vehículo esta a plena potencia, independientemente de si la rueda patina o no. El operador elige cuando engranar la traba diferencial. Un ejemplo de cuando es necesario hacer esto es cuando una rueda comienza a

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patinar. La velocidad de la maquina no necesita reducirse antes de engranar la traba diferencial si las ruedas están girando a diferentes velocidades.

Sistema de control de tracción TCS

Es un sistema auxiliar de cuatro ruedas propulsoras que transfiere para a la rueda que tiene la mejor tracción cuando un neumático patina . El TCS recoge información proveniente de los sensores de velocidad ubicados en las cuatro ruedas y de un sensor de articulación para determinar ala relación de velocidad del rueda que se requiere para que se comporten como diferenciales abiertos mientras la maquina esta girando. Cuando una rueda patina, el TCS aplica el freno de servicio a dicha rueda y transfiere el par a las ruedas que están sobre el terreno más sólido. El sistema solo proporciona ayuda de tracción cuando es necesario, porque el mismo solamente reacciona cuando ocurre un patinaje. El TCS brinda información que es visualizada en el sistema de monitoreo de la máquina, para ayudar a diagnosticar el problema de la máquina. Más adelante se abordan los principales componentes de sistemas hidráulico y eléctrico del TCS. 116

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Componentes hidráulicos Estos controlan la aplicación y liberación hidráulica de los frenos según la información proveniente del sistema de control eléctrico . 10-Válvula de carga del acumulador: Mantiene la presión del freno hidráulico en los acumuladores en una gama constante mientras el motor esta funcionando. La válvula de carga también mantiene un nivel de presión más bajo para el TCS. 11- Válvula de conexión/desconexión: Permite que se suministre aceite bajo presión a las cuatro válvulas de control proporcional de los frenos.

Sistemas de tren de mando inferior. Propósito del sistema del tren de mando inferior. El propósito del sistema de tren de mando inferior en las maquinas de cadenas es transferir la potencia de la transmisión a las cadenas, dirigir y detener la máquina, y proporcionar una reducción final al engranaje e incremento de par en el tren de mando.

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.Transferir potencia a partir de la transmisión. La potencia se transfiere desde el eje de salida de la transmisión hasta los engranajes de transferencia. El juego de la corona recibe potencia del piñón diferencial que esta conectado a 90° y la transmite a través de los semiejes a los embragues de dirección y a los frenos.

Dirigir la maquina. La maquina de cadenas es dirigida haciendo que una cadena gire más rápido que la otra. En el sistema de embrague de dirección, un embrague de dirección interrumpe el flujo de potencia a una de las cadenas. En el sistema de dirección con diferencial, el diferencial de dirección utiliza la entrada de potencia de un motor hidráulico para aumentar la velocidad de una cadena e igualmente reducir la velocidad de la otra cadena.

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Detener la maquina. El tren de mando inferior incluye los frenos de servicio para reducir la velocidad o detener la maquina. En el sistema de embrague de dirección, los frenos son parte del conjunto del embrague de dirección y también ayudan a hacer girar la maquina. En el sistema de dirección con diferencial, los frenos forman parte del grupo diferencial de dirección en lado izquierdo del tractor y el grupo planetario en el lado derecho del tractor. Los frenos no ayudan a girar el tractor con sistema de dirección con diferencial.

119

Tren de Fuerza

Reducción final del engranaje e incremento de par. Los mandos finales proporcionan la ultima reducción de velocidad e incremento del par en el tren de mando. Los mandos finales pueden ser engranajes principales o juegos de engranajes planetarios.

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121

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122

Tren de Fuerza

Características y ventajas con rueda motriz elevada .

Sistema de dirección con diferencial. 1. Mandos finales de diseño modular = reduce el tiempo de desmontaje. 2. Diseño de rueda motriz elevada = aísla los mandos finales del impacto del tren de rodamiento y de las cargas inducidas por la hoja, lo que brinda mayor vida útil. 3. Frenos de discos múltiples enfriados por aceite = proporciona una alta capacidad de acarreo y larga vida útil. No requiere ajuste y están aislados de contaminantes. 4. Sistema de dirección hidráulica = elimina los discos de embrague y el desgaste asociado con los mismos. 123

Tren de Fuerza

5. Control de los giros con una sola mano = menor cansancio del operador. 6. Radio de giro infinito = ofrece un enorme beneficio en el movimiento de materiales reduciendo el tiempo de ciclo. 7. Mantiene velocidad sobre el terreno durante los giros = mejoría de hasta 50% con respecto a los tractores equipados con sistemas de embrague de dirección.

124

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125

Tren de Fuerza

UNIDAD VI MANDOS FINALES

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127

Tren de Fuerza

Grupo planetario Los grupos planetarios pueden ser de reducción simple o de doble reducción. 12-Reducción simple Proporciona la última reducción de velocidad y aumento del par en el tren de mando. El grupo planetario consiste de engranajes planetarios, corona, engranaje solar, portasatélite, eje planetario y cojinetes. 13-Engranaje solar: Esta empalmado en estrías al semieje y recibe la potencia del engranaje lateral, a través del semieje, para luego transferirla a los engranajes planetarios. 14-Corona Planetaria Esta fijada a la maza de la rueda y no gira. La corona reacciona ante el par de torsión proveniente de los engranajes planetarios. 15-Juego de engranajes planetarios: Consta de tres o más engranajes planetarios, ejes y cojinetes montados en un portasatélites. El portasatélites esta fijado al conjunto de la rueda. Los engranajes planetarios son impulsados por el engranaje solar y giran alrededor del interior de la corona fija para transmitir par al conjunto de la rueda.

128

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129

Tren de Fuerza

16-Doble reducción Consta de dos engranajes solares, dos coronas y dos juegos de engranajes planetarios. Las coronas están fijadas a la maza de la punta del eje y no giran. Al igual que en una reducción simple, la corona reacciona ante el par proveniente de los engranajes planetarios.

Engranaje principal. Los dientes del engranaje principal se interceptan con los del piñón diferencial. El piñón hace girar el engranaje principal y este transmite potencia, a través del semieje, a la rueda motriz que impulsa la cadena.

130

Tren de Fuerza

Grupo de freno Frenos de semiejes Se encuentran en algunos grandes cargadores de ruedas y compactadores de suelos. Los frenos se hallan ubicados entre la caja del eje y la punta del eje y son completamente hidraulicos. Los principales componentes son los pistones, los discos, los platos, los resortes, el anclaje de freno y la carcaza de freno.

131

Tren de Fuerza

Frenos

de

velocidad de las ruedas Se utiliza en los camiones de obras y en algunos grandes cargadores de ruedas. Los frenos de velocidad de las ruedas están empalmados en estrías a la rueda y giran a las mismas rpm que los neumáticos. Los cargadores de ruedas usan frenos en cada rueda, mientras que algunos modelos de camiones tienen esos frenos solamente en los ejes traseros. Los frenos de velocidad se enfrían mediante la transferencia de calor al cárter de aceite. Los frenos que funcionan en un cárter sin flujo de aceite se llaman frenos “sumergidos”. A los sistemas de frenos que tienen enfriadores y fuerzan el aceite a través de los frenos se les llama “enfriamiento forzado”. Los frenos de servicio de velocidad de las ruedas se aplican por acción hidráulica y se liberan 132

Tren de Fuerza

mediante resortes. Los principales componentes son los pistones, los discos, los platos, los resortes y los pasadores.

UNIDAD VII TREN DE RODAJE

1.

FINALIDAD



Aumentar la tracción y la flotación en terrenos difíciles.



Permitir que la máquina sea todo terreno.

2. 

De sprocket bajo.



De sprocket elevado.

TIPOS DE TREN DE RODAJE

133

Tren de Fuerza

3.

3.1.

TREN DE RODAJE DE SPROCKET BAJO

Rueda Motriz y Segmentos

134

Tren de Fuerza

Función : Transmite la potencia de los mandos finales a los bujes de las cadenas.

3.2.

Cadenas

4 7

3

6

2

5

135

1

Tren de Fuerza

10

11

8 9

12 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Eslabón. Eslabón maestro. Zapata. Garra. Pin. Buje.

7. 8. 9. 10. 11. 12.

Función : Sirven de rieles para el tractor.

136

Perno. Tapón. Clavija. Anillo de tope. Sello en C. Anillo.

Tren de Fuerza

3.3.

Rueda Guía 1

5 3 2 4

9

7 6

1. Cuerpo. 2. Eje. 3. Portabocinas. 4. Bocina. 5.Función: Soporte.

8 6. 7. 8. 9.

Guía interior. Guía exterior. Bastidor de rodillos. Sellos.

Permite que la cadena retorne.

3.4.

Bastidor de Rodillos

Función: Soporta los componentes del tren de rodaje.

137

Tren de Fuerza

3.5.

Rodillos Superiores 3

1

4 6

5 2 1. 2. 3.

Cuerpo. Eje. Tapa.

4. 5. 6.

Función: Guían y soportan el peso de la cadena.

138

Rodamiento cónico. Collar. Sellos.

Tren de Fuerza

3.6.

Rodillos Inferiores

5

2

6

4

1

3

1. 2. 3.

Cuerpo. Eje. Portabocinas.

4. 5. 6.

Bocina. Collar. Sellos.

Función: Soportan el peso de la máquina y guían las cadenas.

139

Tren de Fuerza

3.7.

Barra Estabilizadora

Función: Permite que el cuerpo del tractor no se incline demasiado cuando está en una ladera.

4.

TIPOS DE ZAPATAS

De 1 garra:  penetración y  tracción De 2 garras:  resist. al giro De 3 garras:  Maniobrabilidad. De extremo servicio: con un 30% más del material para trabajos en terrenos rocosos. Pantaneras: más anchas para  flotación.

140

Tren de Fuerza

5.

TIPOS DE RODILLOS

6.

TIPOS DE CADENAS

De simple pestaña: 17- exterior. 18- Interior. De doble pestaña.

19- Selladas y secas. 20- Selladas y lubricadas.

7. 7.1.

Características  

7.2.

CADENAS SELLADAS Y LUBRICADAS

Lubricados: con aceite de transmisión SAE 90 EP para reducir al máximo. Sellados: para evitar la salida del lubricante o la entrada de partículas extrañas.

Aplicación  

En tractores de orugas. En cargadores frontales de orugas.



Limitado en excavadoras.

7.

VENTAJAS

8.     

Eliminan virtualmente el desgaste interno entre pines y bujes entonces ya no  paso de la cadena y por tanto se mantiene la coincidencia entre bujes y concavidades de los dientes. Son menos ruidosos al funcionar entonces mayor confort para el operador por tanto sube la producción. Tener un desgaste más parejo de los componentes del tren de rodaje entonces más capacidad de reutilización y más facilidad de reconstrucción por tanto menos costo por hora. Aumentar la vida útil de la parte externa del buje un 50% más porque poseen más material.



Mayor potencia utilizable debido a menor consumo de potencia en mover las articulaciones lubricadas entre pin y buje por tanto mayor eficiencia. Ya no se tiene que voltear los pines, pues no se desgastan, solo se voltean los bujes.



Requieren menor labor de mantenimiento.

141

Tren de Fuerza

9.

FUNCIONAMIENTO DE LAS CADENAS

TREN DE RODAJE DE SPROCKET ELEVADO 1.

COMPONENTES PRINCIPALES 2

1

6 5

4 3

1. 2. 3. 4. 5. 6.

8 Rueda Motriz y Segmentos Cadenas Ruedas Guías Delanteras Ruedas Guías Posteriores Bastidor de Rodillos Delantero Bastidor de Rodillos Posterior

142

9 7. 8. 9.

Rodillos Superiores Rodillos Inferiores Bogies

Tren de Fuerza

2.

VENTAJES DEL SPROCKET ELEVADO      

3.

El montaje y desmontaje de los módulos del tren de fuerza es más fácil por tanto mayor mantenibilidad. Los mandos finales se encuentran menos expuestos a las condiciones de desgaste por abrasión o impacto. Los componentes del tren de fuerza reciben menos cargas de impactos inducidas por el tren de rodaje o las de la hoja topadora. Los mandos finales ya no soportan el peso de la máquina por tanto baja la a carga a los sellos duocone. Permite cierta flexibilidad en la suspensión por tanto la cadena sigue el perfil del terreno por tanto mayor punto de contacto. Se ha mejorado la visibilidad porque la cabina se encuentra a mayor altura.

DESVENTAJAS



Se requieren más componentes, ruedas guías posteriores, cadenas más largas.



Menor estabilidad debido a que el centro de gravedad está más arriba.

143

Tren de Fuerza

4.

DISPOSICIÓN DE LAS CADENAS

144

Tren de Fuerza

4.1.

Disposición Estándar Un tren de rodaje de uso general que sirve para muchas aplicaciones en condiciones de terreno firme.

4.2.

Disposición XL (extra largo) Rendimiento sin igual en aplicaciones Típicas de explanación. Más cadena hacia el frente proporciona una plataforma más equilibrada para tracción, control de la hoja y estabilidad superiores para el nivelado final. Rodillo superior que mejora el rendimiento de empuje de acabado. Bastidor de rodillos más largo para mejorar la flotación en suelo blando. Configuración de la entrevía intermedia La entrevía más ancha prolonga la temporada de trabajo. Es ideal para trabajos en suelos muy mojados pero no pantanosos. El tractor se debe utilizar en aplicaciones moderadas.

4.3.

Disposición XR (más largo hacia atrás) -

4.4.

El tren de rodaje de la configuración XR esta hecho para aplicaciones de arrastre con la barra de tiro, de troncos y desgarramiento. Con más cadena hacia atrás, el peso del tractor queda hacia delante aumentando la tracción y estabilidad en aplicaciones de arrastre con la barra de tiro.

Disposición LPG (baja presión sobre el suelo) -

El tren de rodaje LGP está diseñado para trabajar en terrenos blandos y esponjosos.

-

Las zapatas anchas y el bastidor largo aumenta el área de contacto, reducen la presión sobre el suelo, proporcionando excelente flotación en suelos pantanosos.

Eslabón de cadena reforzado -

Prolonga la duración de la cadena.

-

Mejora la capacidad de sellado.

-

Prolonga la duración de rodillos y eslabones.

-

Amplia gama de anchos y configuraciones de zapatas para ajustar su tractor a aplicaciones específicas.

145

Tren de Fuerza

5.

PROCEDIMIENTOS DE AJUSTE DE CADENAS

1. Mueva la máquina hacia delante y permite que se pare gradualmente sin aplicar los frenos. Luego, estacione la máquina y apague el motor. Coloque una cuerda tensa sobre las puntas de las garras desde la rueda motriz hasta la rueda guía delantera. Mida la comba como se muestra en la figura y si la cadena requiere ajuste, lleve a cabo los pasos siguientes: Tractores de Sprocket Bajo

Tractores de Sprocket Elevado sin Rodillos Superiores

Tractores de Sprocket Elevado con Rodillos Superiores

146

Tren de Fuerza

Observación :

2. Conecte la pistola de engrase a la conexión de engrase en el mecanismo “A” de ajuste de la cadena, ubicado debajo de la plancha de inspección. “B” es el conjunto de cojinete de la rueda guía delantera. 3. Agregue grasa para alargar el tensor hidráulico de la cadena hasta que la rueda guía quede en su posición máxima hacia delante. La válvula de alivio debe permanecer cerrada. Después de agregar grasa, la cadena debe estar casi en línea recta entre el rodillo superior delantero y la rueda guía. 4. En las máquinas con un rodillo superior por lado, ponga una marca en el bastidor de rodillos, a 10 mm (0,4 pulg) por detrás del borde trasero del conjunto de cojinete de rueda guía deltantera “B”. En las máquinas con más de un rodillo por lado, marque el bastidor de rodillos a 13 mm (0,5 pulg) por detrás del borde trasero del conjunto. 5. Abra la válvula de alivio hidráulico. 6. Ponga un pasador de cadena o un pasador de barra de tiro entre los dientes de la rueda motriz ceca del conjunto de eslabones. 7. Desplácese en retroceso hasta que rueda guía se mueva hacia atrás por los menos 13 mm (0,5 pulg). Mueva la máquina hacia delante hasta que el pasador se separe de la cadena; luego saque el pasador. 8. Cierre la válvula de alivio hidráulico.

147

Tren de Fuerza

Utilizando la pistola de engrase, alargue el tensor hidráulico de la cadena hasta que el borde trasero del conjunto de cojinete de rueda guía se alinee con la marca en el bastidor de rodillos. La comba resultante debe ser de aproximadamente 50 mm (2 pulg). Opere la máquina en avance y en retroceso; luego, vuelva a inspeccionar el ajuste de la cadena.

148

Tren de Fuerza

SERVICIO ESPECIAL DE CADENAS 1.-FACTORES QUE DETERMINAN LA DURACIÓN DEL TREN DE RODAJE Los factores que determinan la vida útil del tren de rodaje y desgaste equilibrado entre componentes se pueden dividir en tres grupos. En el primero están aquellos que se pueden controlar. Estos son ajuste de la tensión de las cadenas, ancho de zapatas y en algunos casos alineación. En el segundo grupo o factores no controlables, de que trataremos más tarde, están aquellos variantes llamados “supuestos”. Son los que dependen de la obra. Están determinados en su totalidad por las condiciones del suelo e incluyen impacto, abrasivos, compactación, humedad, terreno y aplicación (lo que la máquina hace). El último grupo, llamado a veces factores controlables parcialmente, se relaciona con los hábitos o costumbres del operador de la máquina. Se necesita un completo conocimiento de los elementos de estos tres grupos para que el experto del SEC pueda no sólo explicar lo que ocurre, sino también lo que se espera que ocurra especialmente cuando uno de estos factores cambia. Hemos puesto en primera línea este tema porque es muy importante estar al tanto del papel que estos factores juegan en el desgaste de un componente en particular y en la vida útil total del sistema. El empleo de este manual sin haber comprendido esta parte es contraproducente.

2.

FACTORES CONTROLABLES

Los factores controlables que determinan la vida útil del tren de rodaje deben tratarse por separado porque, como en el caso de los dos primeros pueden tener consecuencias de carácter económico en la operación del tren de rodaje. El ajuste de las cadenas es de vital importancia en el desgaste externo de los bujes, puede aun determinar si es necesario un volteo costoso para poder utilizar el sistema de rodillos y eslabones. La tensión de las cadenas puede también afectar la estanqueidad del sello. El ajuste de las cadenas es un factor controlable. El operador mismo puede ajustarlas. El ancho de las zapatas puede también controlarlo el usuario. Con su consejo, él escoge la zapatas para su nueva máquina /o las cambia cuando cambia las cadenas o pasa a otro trabajo. El ancho de las zapatas puede relacionarse con efectos tan distantes entre sí como integridad de la lubricación y sello de la cadena, rajaduras de eslabones, desgaste de pestañas de rodillos y ritmo de desgaste de bujes. La alineación, el tercer factor y el menos crítico, lo veremos aquí también porque, particularmente en las máquinas con rueda motriz baja, se lo culpa sin razón debido a muchos sintamos. Para poder identificar la causa real, sea controlable o no, es útil saber si la desalineación influye en los patrones de desgaste. Trataremos también de la vibración causada por las cadenas aunque el control de este aspecto depende exclusivamente del diseño de la máquina.

149

Tren de Fuerza

2.1.

Ajuste de las cadenas Aunque el método de medir la combra de referencia y el ajuste de las cadenas varía con cada tipo de máquina, la importancia que tiene para estos diferentes tipos no varía. Como se dijo antes, las cadenas demasiado tensas pueden disminuir la vida externa de los bujes (aumentando el ritmo de desgaste tanto como tres veces) y por esta sola razón figura como causa o acelerador bajo la sección relacionada con problemas estructurales y de desgaste de componentes. Para las instrucciones completas sobre ajuste de las cadenas ver la sección correspondiente a cada máquina.

2.2.

Ancho de las Zapatas Como el ancho de las zapatas y los choques a que están sometidas influyen en la vida útil del tren de rodaje, se recomienda, para obtener más rendimiento y vida útil, escoger el ancho de zapata que convenga a cada aplicación.

2.2.1. Factores que afectan la producción de la maquina a. Flotación Seleccione una zapata cuyo ancho de la flotación adecuada para todos sus trabajos. Cuanto más ancha sea una zapata mayor flotación ofrece, sin embargo, no debe exceder los límites de flotación necesaria. Lo importante es seleccionar una zapata del ancho que impida el hundimiento de la máquina. b. Penetración – Tracción Si la zapata es más ancha no quiere decir que tenga mejor penetración o tracción, ni que la producción de la máquina sea mayor. Lo que se busca con el mayor ancho de zapata es la flotación adecuada. c. Maniobrabilidad Cuanto más ancha sea la zapata tanto más resistencia al giro. Es decir, la máquina tiene menos maniobrabilidad y menos capacidad de producción. d. Versatilidad Con las zapatas más anchas la máquina puede trabajar igualmente en suelos duros y en suelos blandos. Sin embargo, cuanto más ancha sea la zapata más acelerado es el desgaste.

150

Tren de Fuerza

3.

FACTORES NO CONTROLABLES

Una variedad de factores fuera de control afecta el ritmo y patrones de desgaste del tren de rodaje. Para poder explicar sus efectos hay necesidad de comprender estos factores. Los factores no controlables comprenden suelo y condiciones del terreno (abrasión, impacto, compactación y otros), aplicación (trabajo asignado a la máquina).

3.1.

Condiciones de Suelo y de Tracción Generalmente, las condiciones del suelo y de tracción no pueden controlarse. Estas condiciones incluyen abrasión, impacto, acumulación, e incluso efectos corrosivos y de temperatura del medio ambiente inmediato.

3.1.1. Abrasión La condición abrasiva de los terrenos es la más difícil de medir con exactitud, excepto por sus efectos. Para identificar el grado abrasivo en términos de alto, moderado y bajo usamos estas descripciones. Descripción de la Evaluación Abrasiva a. Alto – Suelos mojados saturados que contienen una mayoría de partículas de arena duras, angulares o afiladas. b. Moderado - Suelos ligeros o intermitentemente húmedos que contienen una pequeña porción de partículas duras, angulares o afiladas. c. Bajo – Suelos secos o rocas que contienen una porción muy pequeña de partículas duras, angulares o afiladas, o de fragmentos de roca. La cantidad de humedad desempeña un importante papel al definir el grado de abrasión. Por ejemplo, la arena de cuarzo puro, seca puede ser sólo la décima parte de la abrasiva que es la mezcla pastosa de arena de cuarzo puro mojada saturada, y sólo la mitad de lo abrasiva cuando esta condición húmeda. Eso se debe a que la humedad afecta la relación en que las partículas se transportan hasta las superficies de metal que se desgastan y se pegan a ellas. Algunas condiciones abrasivas tienden a atacar los bujes, otras las garras, y aún otras atacan los eslabones y rodillos. Esas diferencias son difíciles de enumerar, excepto con la experiencia adquirida en la práctica, pero conviene estar apercibido de esa posibilidad. Usualmente, el eslabón es el mejor componente para comparar los efectos abrasivos relativos en total, porque es el componente menos sujeto a otras variables al mismo tiempo. Por eso usamos el eslabón como “base” o “barómetro” cuando comparamos las vidas útiles hasta el límite de servicio de distintos componentes en diferentes condiciones abrasivas. 3.1.2. Impacto El impacto no es afectado por otras condiciones variables tales como la humedad o el endurecimiento de las partículas que componen el suelo. El impacto se puede definir como alto, moderado o bajo. El impacto determinado por el peso y velocidad de la máquina está definido en la parte APLICACION Y CONDICIONES DE OPERACIÓN tratada más adelante en esta unidad. 151

Tren de Fuerza

Descripción de las Evaluaciones de Impacto a.

Alto – Superficies duras impenetrables que constantemente presentan protuberancias de 15 cm (6 pulg) o más altas.

b. Moderado - Superficies parcialmente penetrables que constantemente presentan protuberancias más pequeñas. c.

Bajo - Superficies completamente penetrables (que proporcionan apoyo completo a la plancha de la zapata) con muy pocas protuberancias.

El efecto más conmensurables del impacto está en los problemas estructurales como por ejemplo, doblamiento, rajadura, rotura, descamación, astillado, arrollamiento, y retención de los herrajes, pasadores y bujes. Sin embargo, cuando el grado de impacto se combina con condiciones abrasivas puede afectar la cantidad de desgaste y vida útil por un factor de dos o más. Por ejemplo, un D6 en trabajo con hoja de empuje a una velocidad dada sobre suelo suelto arenoso completamente compactado o congelado, en superficie con surcos hondos (alto impacto) puede resultar en solo la mitad de vida de desgaste de los eslabones, en comparación a si ese mismo suelo fuese suelto, blando o suave (bajo impacto). Generalmente, la vida útil de las máquinas más grandes se ve menos afectada por los distintos impactos que la vida útil de las máquinas más pequeñas. Las zapatas anchas acentúan los efectos de las condiciones de impacto. Las maquinas con zapatas de una garra son más susceptibles a los efectos de altos impactos que las maquinas con zapatas de bajo perfil o de más de una garra. 3.1.3. Acumulación de Material La acumulación se refiere a cualquier condición en que el material del suelo se adhiere o se acumula entre los componentes móviles del tren de rodaje. Esta condición causa dos importantes efectos. Primero, puede impedir que las piezas de contacto se enganchen apropiadamente entre sí, produciéndose interferencia, cargas altas y desgaste acelerado. Los mejores ejemplos de este efecto son acumulación en los dientes de la rueda motriz, o entre la zapata y bujes, lo cual hace que los dientes se enganchen bajo interferencia con los bujes. El segundo efecto más importante de la acumulación es la adherencia de partículas abrasivas en los componentes móviles lo cual hace aumentar el desgaste. El mejor ejemplo de esta condición es una mezcla de arena y arcilla acumulada alrededor de las ruedas guía, rodillos superiores e inferiores, que causan una abrasión continua cuando estos componentes giran, de manera similar a como lo hace una rueda moledora o pulidora. Las piezas sujetadas a este efecto usualmente tiene un aspecto muy pulido. Los casos severos de acumulación impiden el giro de los rodillos, particularmente los superiores, en cuyo caso los eslabones deben deslizarse a través de las bandas de los rodillos, causando porciones planas que son fáciles de identificar. Los materiales de acumulación varían considerablemente, y son algo más que arcilla y barro que normalmente causan los efectos mencionados 152

Tren de Fuerza

anteriormente. Los materiales de la lista de más bajo pueden causar uno o ambos de los efectos importantes descritos arriba. Obviamente, el contenido de humedad de la mayoría de estos materiales ayuda a determinar sus características adherentes y de compactabilidad. Muchos terrenos están compuestos de una combinación de estos materiales y el efecto puede ser acumulativo. Los materiales de acumulación pueden clasificarse en dos categorías: (A) los que usualmente pueden exprimirse hacia fuera cuando están mojados para sacarlos de entre las piezas, y (B) los que no pueden exprimirse bajo presión por las aberturas normalmente disponibles en las máquinas de cadenas.

Materiales de Acumulación A

B

Exprimibles (cuando están mojados)

No Exprimibles

Rellenos Sanitarios (basura) Suelos arcillosos Suelos arenosos Hielo y nieve Menas metálicas (taconita) Menas no metálicas (yeso)

Rellenos Sanitarios (basura) Ramas, vástagos y matorrales Piedras rocas y grava Materiales parecidos a césped

Por lo general, los efectos de la acumulación no pueden controlarse, excepto con su continua limpieza y eliminación. La modificación más común en los componentes del tren de rodaje, o el uso de accesorios optativos consiste en proporcionar alivio (agujeros) para que el material acumulado se exprima hacia afuera o hacer que se desprenda, reduciéndose así la presión. Estas modificaciones o accesorios sólo deben usarse cuando haya materiales del tipo exprimible (lista a de arriba). 1. Agujeros centrales en las zapatas. Actualmente Caterpillar recomienda a los distrubuidores que abran agujeros en las zapatas, en los casos específicamente necesarios. En la mayoría de los casos ya no se suministran zapatas con agujeros centrales, para reducir los casos en que estas zapatas se usen erróneamente en materiales no exprimibles. En la circulación de información 75 – 12 con fecha 13 de junio de 1975 se indica el procedimiento que los distribuidores o usuarios pueden seguir para abrir agujeros en las zapatas. 2. Las guardas de los rodillos no deben usarse en materiales del tipo de acumulación, excepto cuando las rocas pueden penetrar entre los rodillos y causar daños por estrujamiento. Las guardas de los rodillos impiden que la mayoría de materiales puedan exprimirse hacia fuera o que se desprendan, y causar más daños del que realmente evitan.

153

Tren de Fuerza

3. Las ruedas motrices y segmentos para barro y nieve sólo deben usarse ante la continua presencia de materiales blandos de acumulación que son exprimibles. En cualquier otro tipo de material el resultado será un desgaste externo mucho más acelerado de los bujes, por reducirse el área de contacto en la raíz de los dientes de la rueda motriz donde están las ranuras. Esto es particularmente cierto con la Cadena Sellada y Lubricada, porque los bujes se pasan mas tiempo expuestos a la zona de la raíz de los dientes de la rueda motriz.

3.2.

Condiciones Ambientales Existen otras condiciones que pueden o no relacionares con las condiciones de suelo y de terrenos.

3.2.1. Humedad Los efectos de la humedad que influyen en las condiciones abrasivas y de acumulación de materiales ya se han explicado anteriormente. De por si, la humedad y el agua pueden corroer (oxidar) el acero con la consiguiente pérdida de material de desgaste. Cantidades moderadas de humedad aumentan los efectos corrosivos de muchos otros materiales y compuestos químicos, ambos están en su estado natural o han sido fabricados por el hombre como por ejemplo, azufre, sales y fertilizantes. El agua en cantidad considerable tiene el efecto beneficioso de lavar y eliminar las partículas abrasivas, ablandando los materiales de acumulación de muchas clases, para facilitar su expulsión y finalmente, diluir algunos de los agentes químicos corrosivos para disminuir sus efectos oxidantes. 3.2.2. Compuestos Químicos Los materiales químicos en estado natural, más los compuestos fabricados por le hombre pueden destruir el material de desgaste de las piezas o fomentar el desarrollo de ciertos tipos de grietas. Es irónico que la mayoría de los aceros endurecidos son más susceptibles a la corrosión y grietas causadas por esta corrosión, que los aceros más blandos no endurecidos. Los suelos muy ácidos y salinos pueden contribuir a estos efectos. Los compuestos químicos orgánicos tales como los derivados del petróleo, pueden atacar los anillos de empuje y ruedas guía cuando se hinchan y fallan. 3.2.3. Temperatura El efecto de las altas temperaturas es intensificar la acción de los compuestos químicos. Las temperaturas extremadamente altas como, por ejemplo, las que ocurren en la remoción de la escoria en los altos hornos siderúrgicos, pueden dañar los ellos y ablandar los aceros endurecidos que hay en el tren de rodaje, reduciéndose su solidez y resistencia al desgaste. El efecto de la temperatura por debajo de 0ºC (32ºF) es congelar los suelos y el agua, creándose todos los efectos de acumulación de materiales que normalmente no lo son y que ya indicamos anteriormente. Las temperaturas muy bajas de 2/340ºC (2/340ºF) pueden volver quebradizo el acero (pérdida de la resistencia contra el agrietamiento), causar la pérdida de 154

Tren de Fuerza

elasticidad de los sellos de goma y reducir el flujo de lubricante tan necesario en la Cadena Sellada y Lubricada, y rodillos y rueda guía de lubricación permanente.

3.3.

Condiciones del Terreno En todos los efectos de las diversas aplicaciones influye mucho el terreno en el cual se trabaja. Los efectos más comunes se describen a continuación, cualquiera sea el grado de impacto de condiciones de operación existentes.

3.3.1. Trabajo Cuesta Arriba

El equilibrio del peso y de la carga cambia a la parte trasera, causando un desgaste relativamente mayor en los rodillos traseros y aumentando el desgaste del lado de propulsión de avance en la rueda motriz y bujes. 3.3.2. Trabajo Cuesta Abajo

El equilibrio del peso y de la carga cambia hacia delante causando un desgaste relativamente mayor en la parte delantera de la cadena y rodillos superiores. Debido al diseño de la cadena, con la operación en avance se reduce al mínimo el desgaste de los bujes y rueda motriz. 3.3.3. Trabajo en Laderas

155

Tren de Fuerza

El equilibrio del peso y de la carga cambia hacia el lado cuesta debajo de la maquina; esto aumenta el desgaste en los componentes que están en el lado cuesta arriba. En este efecto se incluyen los lados de los rieles, pestañas de los rodillos y de la rueda guía, extremos de los bujes y extremos de las garras. 3.3.4. Trabajo en abovedados

Los componentes internos soportan más carga. Esto ocasiona más desgaste en los eslabones internos, rodillos y llantas de rueda guía, y en los extremos de las garras. En los peores casos, el desgaste puede acelerarse en las superficies de contacto entre rueda dentada y bujes. 3.3.5. Trabajo en Depresiones

Hace que las cargas sean soportadas por los componentes exteriores, aumentando el desgaste en los eslabones exteriores, rodillos y bandas de las ruedas guía, extremos de las garras y en casos severos, las superficies de contacto entre la rueda motriz y bujes.

Juego de herramientas SEC 6V9413 HERRAMIENTAS INDIVIDUALES Descripción

Empleo

Estuche SEC Raspador Regla de acero de 12” Calibrador de 4” Calibrador de 6” Calibrador de 12” Cinta métrica (12”)

Para guardar las herramientas Limpieza de componentes de T/R Para ancho y profundidad Para diámetro exterior de bujes Para diámetro exterior de bujes D11N Para diámetro de rodillos Para paso de la cadena 156

Tren de Fuerza

Medidor de rueda motriz Medidor de rueda motriz Medidor de profundidades

Para segmentos de D6, D5, D4 Para segmentos de D9, D8, D7 Uso múltiple para todos los modelos

El juego de herramientas completo SEC permite medir con precisión y rapidez todos los componentes del tren de rodaje. Pida el juego completo o las herramientas por separado al departamento de repuestos. Las piezas suministradas en el juego de herramientas SEC Caterpillar son de la más alta calidad y precisión con precisión de 0.25 mm (0.01”). Los substitutos de estas herramientas que se adquieran localmente deben tener esa misma precisión y el medidor de profundidad debe tener una base por lo menos de 457 mm (18”) para poder utilizarlo en el método de medición de rodillos de la Cadena Sellada y Lubricada.

MEDICIONES DEL DESGASTE DEL TREN DE RODAJE 5.1.

Finalidad

6. 

Método por comba.



Método por soltura.

7. 7.1.

De Eslabones

7.2.

De Bujes

METODOS DE MEDICION

TECNICAS DE MEDICION

157

Tren de Fuerza

7.3.

De Zapatas

7.4.

De Rodillos

7.5.

De Ruedas Guías

7.6.

De Segmentos

158

8.

TABLAS DE DESGASTE EJEMPLO ESLABONES 9W5265 – 66 . 7T0715 – 16

Medidor de pulg (mm)

Impactos Impactos Bajos a Grandes % Desgastado % Desgastado

Ultrasónico pulg (mm)

7.12

(181.0)

0

0

2.36

(60.0)

7.10

(180.5)

5

4

2.34

(59.5)

7.08

(180.0)

10

8

2.32

(59.0)

7.06

(179.5)

15

12

2.30

(58.5)

7.04

(179.0)

20

16

2.28

(58.0)

7.02

(178.5)

25

20

2.26

(57.5)

7.00

(178.0)

30

24

2.24

(57.0)

6.98

(177.5)

35

28

2.22

(56.5)

6.96

(177.0)

40

32

2.20

(56.0)

6.94

(176.5)

45

36

2.18

(55.5)

6.92

(176.0)

50

40

2.16

(55.0)

6.90

(175.5)

55

44

2.14

(54.5)

6.88

(175.0)

60

48

2.12

(54.0)

6.86

(174.0)

64

52

2.10

(53.5)

6.84

(173.5)

68

55

2.08

(53.0)

6.82

(173.0)

71

58

2.06

()52.5

6.80

(172.5)

74

60

2.04

(52.0)

6.78

(172.0)

77

63

2.02

(51.5)

6.76

(171.5)

81

65

2.00

(51.0)

6.74

(171.0)

84

68

1.98

(50.5)

6.72

(170.5)

87

70

1.96

(50.0)

6.70

(170.0)

90

73

1.94

(49.5)

6.68

(169.5)

94

75

1.92

(49.0)

6.66

(169.0)

97

78

1.90

(48.5)

6.64

(168.5)

100

80

1.88

(48.0)

6.62

(168.0)

103

83

1.86

(47.0)

6.60

(167.5)

107

85

1.84

(46.5)

6.58

(167.0)

110

88

1.82

(46.0)

6.56

(166.5)

113

90

1.80

(45.5)

6.54

(166.0)

116

93

1.78

(45.0)

6.52

(165.5)

120

95

1.76

(44.5)

6.50

(165.0)

98

1.74

(44.0)

6.48

(164.5)

100

1.72

(43.5)

6.46

(164.0)

103

1.70

(43.0)

6.44

(163.5)

105

1.68

()42.5

6.42

(163.0)

108

1.66

(42.0)

6.40

(162.5)

110

1.64

(41.5)

6.38

(162.0)

113

1.62

(41.0)

6.36

(161.5)

115

1.60

(40.5)

6.34

(161.0)

118

1.58

(40.)

6.32

(160.5)

120

1.56

(39.5)

9.

REPORTE DE INSPECCION 159

INFORME DE INSPECCCION DEL SEC PROX. FECHA DE INSPECCION________ NOMBRE DEL DISTRIBUIDOR _________ Serie Número ________________ Modelo ________________ Equipo Número 1 ________________ Fabricante ________________ Nombre del Cliente ________________ Número ________________ Ubicación ________________ Especialista del SEC ________________ ¿Funciona el Horómetro? SI M No M Código de Tren de Rodaje ________________ Marca de Tren de Rodaje ________________

Fecha de inspección __________________ Notas : ___________________________________ UMS ________________________________________ __________________ ________________________________________ Horas / Semana ________________________________________ __________________ ________________________________________ Lugar de Trabajo __________________ ________________________________________ Cond. del Suelo BAJO MOD. ALTO ________________________________________ 3M Impacto m M ________________________________________ Humedad M M M ________________________________________ ________________________________________ Acumul M M M ________________________________________ Desig. Permis. del Buje ________________________________________ Mayor M Menor M Comba de la Cadena Izq._____ Der. ______ Juntas Secas Izq. ____ _Der. ______

UMS O FECHA INSTALACION

COMPONENTES

2 4

Nuevo

Volteado/ soldado

Izq.

ESLABONES N° Pieza _______ Cant. Secciones____ BUJES Escalonados Sellados Sellados y Lubr. Externo Escalonados

Profund. Sónico

ZAPATAS Cond.Ser.Con.MuySer 1 Garra 3 Garras ancho______ 2 Garras RUEDAS GUIAS Del.

Profund. Sónico

metro Calibr. Profund. Sónico

Profund. Sónico Profund.

Tra Dos tamaños RODILLOS SUP.

% DESGASTE MEDICION

HORAS en Super. MEDIDOR Desgaste UTILIZADO **

Sónico

Del. 2 3 Posición/Tipo RODILLOS INF. Delante____ 2 ________ n° Pieza 3________ una pestaña 4________ _________ 5 ________ dos pestañas 6 ________ ____________ 7 ________ 8 ________ 9 ________ 10 ________ Promedio

Calibr. Sónico

RUEDAS MOTRICES

Metro

Profund. Calibr. Sónico

160

Der.

Izq.

Der.

HORAS POTENC. TOTALES

Izq.

5

Der.

Izq.

Der.

Tren de Fuerza

PROYECCIONES DE LA VIDA UTIL REMANENTE 1. RECOMENDACIONES PARA LAS ACCIONES DE MANTENIMIENTO

161

Tren de Fuerza

162

Tren de Fuerza

163

Tren de Fuerza

164

Tren de Fuerza

2.

CALCULO DE LAS HORAS POTENCIALES TOTALES (HPT)

165

Tren de Fuerza

166

Tren de Fuerza

167

Tren de Fuerza

168

Tren de Fuerza

169

Tren de Fuerza

UNIDAD VIII PROGRAMAS DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO LUBRICANTES Aceites Multigrado Caterpillar para Motores Diesel (DEO) Los aceites multigrado Caterpillar DEO se formulan con detergentes, con dispersantes y con suficiente alcalinidad. Estos aceites proporcionan un rendimiento excepcional en los motores diesel Caterpillar. Los aceites multigrado DEO Caterpillar se mezclan en los siguientes grados de viscosidad. 

SAE 10W – 30



SAE 15W – 40

Aceite para transmisión/Mandos finales (TDTO) Caterpillar Todos los aceites TDTO de Caterpillar están equilibrados para maximizar la vida del material de fricción que hay en las servotransmisiones. Este aceite también elimina el golpeteo en aplicaciones de frenos mojados. Las transmisiones que usaban aceite API CD/Cat TO-2 ahora usan un aceite TDTO. Este aceite ha sobrepasado los requisitos de la nueva norma Caterpillar (TO-4). La norma Caterpillar (TO-4) es una especificación de aceite que incluye requisitos de fricción y de desgaste de engranajes. Use este aceite para lubricar los siguientes componentes: 

Cabrestante



Placas de embrague



Sistemas de engranajes



Cojinetes

Aceite Hidráulico (HYDO) Todos los aceites hidráulicos Caterpillar tienen en su fórmula un sistema equilibrado de aditivos. Este sistema incluye los siguientes componentes: 

Detergentes



Inhibidores de herrumbre



Agentes antidesgaste 170

Tren de Fuerza



Antiespumantes

Todos los aceites hidráulicos Caterpillar ofrecen máxima protección contra el desgaste mecánico, la herrumbre y el desgaste corrosivo. Este aceite protegerá todos los sistemas hidráulicos y todos los sistemas de transmisiones hidrostáticas. Se debe usar un aceite hidráulico Caterpillar para obtener máxima vida útil de los componentes del sistema hidráulico y de la transmisión hidrostática. Use este aceite para el máximo rendimiento de estos sistemas. Se recomienda usar aceite hidráulico Caterpillar en la mayoría de los sistemas hidráulicos e hidrostáticos. Grasa lubricante Cat El Instituto Nacional de Grasas Lubricantes (National Lubricating Grease Institute) (NLGI) clasifica la grasa. Estas clasificaciones se basan en las características de penetración trabajada según la especificación ASTM D217-68. Las características de la grasa reciben un número de consistencia definido. Viscosidades Recomendadas de Lubricantes VISCOSIDADES DE LUBRICANTES PARA TEMPERATURAS AMBIENTE 1

Compartimiento o Sistema

Cárter del motor DEO (CF-4/CG-4)

Servotransmisión y cabrestante TDTO

°C

Viscosidad del aceite

°F

Mín

Máx

Mín

Máx

SAE 0W20

-40

+10

-40

+50

SAE 5W30

-30

+30

-22

+86

SAE 5W40

-30

+40

-22

+104

SAE 10W30

-20

+40

-4

+104

SAE 15W40

-15

+50

+5

+122

SPC SAE 5W 20

-30

+10

-22

+50

SAE 10

-20

+10

-4

+50

SAE 30

0

+35

+32

+95

SAE 40

+5

+45

+41

+113

SAE 50

+10

+50

+50

+122

SPC SAE 5W20

-30

+40

-22

+104

171

Tren de Fuerza

Sistemas hidráulicos HYDO

SAE 5W20

-25

+10

-13

+50

SAE 10W

-20

+40

-4

+104

SAE 10W30

-20

+40

-4

+104

SAE 15W40

-15

+50

+5

+122

SAE 30

+10

+50

+50

+122

VISCOSIDADES DE LUBRICANTES PARA TEMPERATURAS AMBIENTE 1

Compartimiento o Sistema

°C

Viscosidad del aceite

Mandos finales y ejes pivote TDTO

Resorte de retroceso y cojinetes del bastidor de rodillos (Pivote)TDTO

°F

Mín

Máx

Mín

Máx

SPC SAE 5W20

-30

-10

-22

+14

SAE 10W20

-30

0

-22

+14

SAE 30

-20

+15

-4

+59

SAE 40

-10

+30

+14

+86

SAE 50

0

+50

+32

+122

SAE 30

-30

+50

-22

+122

Programa de intervalos de mantenimiento Nota : Toda información sobre seguridad, advertencias e instrucciones deben ser leídas y entendidas antes de realizar cualquier operación o procedimiento de mantenimiento. Antes de realizar las tareas correspondientes a cada intervalo consecutivo, también se deben llevar a cabo todos los requerimientos de mantenimiento del intervalo anterior.

.Cuando sea necesario Batería – Inspeccionar Disyuntores de circuito – Rearmar Cuchillas y Cantoneras – Inspeccionar/Reemplazar Elemento del filtro de aire primario del motor Limpiar/Reemplazar Elemento secundario del filtro del aire del motor/Reemplazar 172

Tren de Fuerza

Antefiltro de aire del motor – Limpiar Pasador central de la barra compensadora –Inspeccionar Filtro de aceite – Inspeccionar Núcleo del radiador – Limpiar Tapa de presión del radiador – Limpiar/Reemplazar Protector de vástago y punta de desgarrador Inspeccionar/Reemplazar Colador imantado de la transmisión – Limpiar Cable de alambre de acero del cabrestante Instalar Depósito del lavaparabrisas – Llenar Limpiaparabrisas – Inspeccionar/Reemplazar

.Cada 10 horas de servicio o cada día Alarma de retroceso - Probar Frenos, indicadores y medidores – Comprobar Nivel del sistema de enfriamiento – Comprobar Nivel de aceite del motor – Comprobar Agua y sedimentos del tanque de combustible –Drenar Nivel del aceite del sistema hidráulico - Comprobar Cinturón de seguridad – Inspecciónelo Ajuste de las cadenas – Comprobar Nivel de aceite de la transmisión – Comprobar Inspección alrededor de la máquina Nivel de aceite del cabrestante – Comprobar Ventajas – Limpiar

Cada 50 horas de servicio o cada semana Filtro de aire de la cabina – Limpiar /Reemplazar Ventilador (Velocidad variable)- Lubricar Varillaje y cojinetes del cilindro del desgarrador – Lubricar Pasadores de cadena – Inspeccionar

Cada 250 horas de servicio o cada mes Acondicionador de aire – Comprobar Correa del acondicionador de aire – Inspeccionar/Ajustar /Reemplazar Sistemas de frenos – Probar Elemento del sistema de enfriamiento – Añadir 173

Tren de Fuerza

Aceite de motor y filtro – Cambiar Pasadores de extremo de la barra compensadora – Lubricar Aceite de la maza del ventilador (Variable) – Comprobar Nivel de aceite de los mandos finales – Comprobar Ajuste de la cadena – Ajustar

Cada 500 horas de servicio o cada 3 meses Respiradero del cárter – Limpiar Tacos de la barra compensadora – Inspeccionar/Reemplazar Filtro primario del sistema Limpiar/Inspeccionar/Reemplazar

de

combustible

–

Filtro secundario del sistema de combustible – Reemplazar Sistemas de combustibles – Cebar Tapa y rejilla de llenado del tanque de combustibles – Limpiar Filtro de aceite del sistema hidráulico – Reemplazar Nivel del aceite del compartimiento del resorte tensor – Comprobar Filtro del aceite de la transmisión – Cambiar Filtro del cabrestante y colador imantado Reemplazar /Limpiar Cada 1000 horas de servicio o cada 6 meses Cojinetes de los cilindros de levantamiento – Lubricar Estructura de protección en caso de vuelco (ROPS)- Inspeccionar Aceite de la transmisión – Cambiar Aceite del cabrestante – Cambiar Cada 2000 horas de servicio o cada año Aceite de la maza del ventilador (Variable) – Cambiar Aceite de mandos finales – Cambiar Aceite del sistema hidráulico – Cambiar Bastidor de rodillos de cadena – Inspeccionar Bastidor de rodillos – Inspeccionar Cada 3000 horas de servicio o cada 2 años Refrigerante del sistema de enfriamiento – Cambiar Prolongador de refrigerante /anticongelante de larga duración del sistema de enfriamiento – Añadir Termostato del sistema de enfriamiento – Limpiar/Reemplazar Montajes del motor y amortiguador de vibraciones del cigüeñal – Inspeccionar 174

Tren de Fuerza

Juego de las válvulas del motor – Comprobar Rotadores de válvulas del motor – Inspeccionar .Cada 5000 horas de servicio o cada 3 años Alternador y motor de arranque – Inspeccionar Bomba de agua del motor –Inspeccionar Turbocargador – Inspeccionar .Cada 6000 horas de servicio o cada 4 años Refrigerante de larga duración – Cambiar

175

Tren de Fuerza

Tabla de Torques La siguiente tabla proporciona los valores de torque para pernos, tuercas y espárragos de grado SAE 5 o de mejor calidad. Las excepciones están dadas en otras secciones del Manual de Servicio donde sea necesario. DIAMETRO DE LA ROSCA Pulgadas

TORQUE NORMAL

Milímetros

Lb. Ft.

rosca corriente

N.m*

Use estos torques para pernos y tuercas con rosca corriente

9 3

12  4

7.94

18  5

25  7

9.53

32  5

45  7

7/16

11.11

50  10

70  15

½

12.70

75  10

100  15

9/16

14.29

110  15

150  20

5/8

15.88

150  20

200  25

¼

6.35

5/16 3/8

¾

19.05

265  35

360  50

7/8

22.23

420  60

570  80

1

25.40

640  80

875  100

1 1/8

28.58

800  100

1100  150

1¼

31.75

1000  120

1350  175

1 3/8

34.93

1200  150

1600  200

1½

38.10

1500  200

2000  275

Use estos torques para pernos y tuercas en cuerpos de válvulas hidráulicas 5/16

7.94

13  2

20  3

3/8

9.53

24  2

35  3

7/16

11.11

39  2

50  3

½

12.70

60  3

80  4

5/8

15.88

118  4

160  6 Use estos torques para espárragos

¼

6.35

52

73

5/16

7.94

10  3

15  5

3/8

9.53

20  3

30  5

7/16

11.11

30  5

40  10

½

12.70

40  5

55  10

9/16

14.29

60  10

80  15

5/8

15.88

75  10

100  15

¾

19.05

110  15

150  20

7/8

22.23

170  20

230  30

1

25.40

260  30

350  40

1 1/8

28.58

320  30

400  40

1¼

31.75

400  40

550  50

1 3/8

34.93

480  40

650  50

1½

38.10

550  50

750  70

176

Tren de Fuerza

INDICE UNIDAD I TREN DE POTENCIA ……………………………………………………1 UNIDAD II TIPOS DE TREN DE FUERZA…………………………………………5 UNIDAD III ACOPLAMIENTO……………………………………………………16 UNIDAD IV TRANSMISION ……………………………………………………59 UNIDAD V DIFERENCIAL ……………………………………………………106 UNIDAD VI MANDO FINAL ……………………………………………………122 UNIDAD VII CADENAS ……………………………………………………129 UNIDAD VIII MANTENIMIENTO PREVENTIVO……………………………………165

177