EL TRACTOR. TIPOS Y COMPONENTES 1. DEFINICIÓN La Ley de seguridad Vial define como tractor agrícola: “Vehículo especial autopropulsado, de dos o más ejes, concebido y construido para arrastrar o empujar aperos, maquinaria o vehículos agrícolas”. El tractor es un vehículo autopropulsado, para lo cual está dotado con un motor de combustión interna, que está especialmente diseñado para: - desplazarse sobre el suelo agrícola o forestal. - empujar, tirar, remolcar y accionar máquinas agrícolas o forestales. Otras características generales son: - es capaz de suministrar un gran esfuerzo de tracción (capacidad de tirar de grandes fuerzas en relación con su peso). - es capaz de desplazarse aun donde la adherencia no es buena. - tiene por diseño una velocidad máxima de desplazamiento de 40 km/h. 2. CONSTITUCIÓN DEL TRACTOR Aunque existe bastante diversidad en el diseño de tractores, en uno convencional se pueden distinguir una serie de partes fundamentales (fig. 5.1): Bastidor. Es un armazón metálico, muy consistente, sobre el cual se sujetan los mecanismos fundamentales del tractor. Motor. Conjunto de órganos y sistemas destinados a transformar la energía calorífica, liberada en la combustión del gas-oil, en energía mecánica, produciendo el giro del cigüeñal (eje del motor). Transmisión. Es el conjunto de elementos que transportan la energía generada por el motor hasta las ruedas y los dispositivos específicos para accionar otras máquinas agrícolas (toma de fuerza, polea,...). La transmisión está a su vez compuesta de: - Embrague. Es el dispositivo por el que se puede transmitir o interrumpir el movimiento de giro del motor al resto de la transmisión (caja de cambios, diferencial,...) - Caja de cambios. Es el conjunto de ejes y engranajes mediante los cuales se consigue adecuar la velocidad de avance y el esfuerzo de tracción del tractor a las necesidades de cada máquina, apero, o situación. - Diferencial: Es el conjunto de engranajes que permiten que las dos ruedas motrices del tractor tengan diferentes velocidades de giro para que éste pueda tomar las curvas con facilidad. - Reducción final. Es el mecanismo encargado de reducir, después de la caja de cambios, la velocidad de giro de las ruedas y aumentar el esfuerzo de tracción. - Palieres. Son los ejes encargados de transmitir el movimiento desde el diferencial hasta las ruedas, pasando por la reducción final. Cada palier está dividido en dos semi-palieres. - Ruedas. Son los elementos que, apoyándose en el suelo, soportan el peso del tractor y le permiten desplazarse sobre el mismo. - Toma de fuerza. Es el eje que, accionado por el motor, se encarga de dar movimiento a determinado tipo de máquinas acopladas al tractor. Figura 5.1. Componentes del tractor 1. Ruedas directrices 4. Diferencial 7. Ruedas motrices 2. Motor 5. Toma de fuerza 8. Caja de cambios y grupo reductor 3. Embrague 6. Palier y reducción final 9. Bastidor Elevador hidráulico. Es el elemento que permite elevar, suspendiéndolos en el aire, o descender, posándolos en el suelo, los aperos acoplados al tractor. Enganche. Es mecanismo que permite acoplar máquinas o aperos al tractor. Dirección. Es el conjunto de piezas destinado a dirigir al tractor hacia el lugar elegido por el tractorista. Actúa sobre las ruedas delanteras, llamadas por esto directrices. Frenos. Son los dispositivos encargados de disminuir la velocidad del tractor e incluso de detenerlo totalmente. 3. TRABAJOS QUE PUEDE REALIZAR El tractor es una máquina de múltiples aplicaciones en la agricultura y selvicultura actuales. Los trabajos que puede realizar un tractor se pueden clasificar en: Estacionarios - por medio de la toma de fuerza. Por ejemplo: accionar una bomba de riego (Fig. 5.2.). - por medio del equipo hidráulico. Por ejemplo: accionar un elevador de grano (Fig. 5.3.). De transporte. Por ejemplo: tirar de un remolque (Fig. 5.4.). De arrastre. Por ejemplo: tirar de un arado (Fig. 5.5.). De empuje. Por ejemplo: trabajar con una pala cargadora (Fig. 5.6.). Combinados. - Transporte y toma de fuerza. Por ejemplo: remolque accionado (Fig. 5.7.). - Arrastre y toma de fuerza. Por ejemplo: llevar una fresadora. Fig. 5.2. Tractor accionando una bomba de riego Fig. 5.3. Tractor accionando un elevador de grano Fig. 5.4. Tractor tirando de un remolque Fig. 5.5. Tractor tirando de un arado Fig. 5.6. Tractor con pala Fig. 5.7. Tractor tirando y accionando un remolque Todas estas posibilidades se resumen en 4 grandes acciones que constituyen las aplicaciones básicas del tractor: Remolcar. Arrastrar. Empujar. Transmitir movimiento. 4. TIPOS DE TRACTORES En el mercado español se puede encontrar una gran variedad de marcas, modelos y tipos de tractores, que se clasifican atendiendo a diferentes criterios. A. POR EL TREN DE RODAJE o Tractores de ruedas neumáticas (fig. 5.8). o Tractores de cadenas u orugas metálicas (fig. 5.9). En estos tractores las ruedas son sustituidas por dos cadenas, con lo que la superficie de contacto con el suelo es muy grande. Las ventajas de estos tractores respecto a los de ruedas neumáticas son: Tienen mayor adherencia en suelos muy húmedos o sueltos que los tractores de ruedas neumáticas debido a su mayor superficie de contacto. La presión sobre el suelo sea menor, con lo que la compactación del suelo también lo será. La estabilidad del tractor en terrenos en pendiente es mayor porque llevan el centro de gravedad más bajo. Maniobran en poco espacio. Por el contrario, este tractor presenta algunos inconvenientes de los que los más destacables son: Una prohibición de circular por carretera, si no va debidamente preparado. Su velocidad de avance en transporte es muy lenta. El precio de coste es elevado. o Tractores de orugas de goma (fig. 5.10). Presentan las mismas ventajas que los tractores de orugas metálicas, pero al ser las orugas de goma pueden circular por carretera. Figura 5.8. Tractor de ruedas neumáticas Figura 5.9. Tractor de cadenas u orugas metálicas Figura 5.10. Tractor de orugas de goma B. POR EL TIPO DE BASTIDOR o Tractores rígidos (fig. 5.11). El bastidor del tractor es rígido. o Tractores articulados (fig. 5.12). El bastidor del tractor está dividido en dos partes (delantera y trasera) móviles alrededor de un punto central, lo que les permite tener un menor radio de giro Figura 5.11. Tractor rígido Figura 5.12. Tractor articulado C. POR LA TRACCIÓN o Tractores con simple tracción (fig. 5.13). El tractor dispone de ruedas directrices en el tren delantero, y motrices en el trasero. o Tractores con doble tracción (fig. 5.14). El tractor dispone de ruedas motrices tanto en el tren delantero como en el trasero. Las ruedas directrices pueden ser iguales o más pequeñas que las motrices. Figura 5.13. Tractor con simple tracción Figura 5.14. Tractor con doble tracción D. POR LA ADAPTACIÓN AL TRABAJO A REALIZAR o Tractores normales o estándar (fig. 5.15). o Motocultores (fig. 5.16). Disponen de un solo eje de ruedas y están sostenidos mediante manceras por el tractorista que los conduce a pie. Se emplean en pequeñas superficies. Figura 5.15. Tractor normal o estándar Figura 5.16. Motocultor o Tractores fruteros o viñeros (fig. 5.17). Son tractores más estrechos, para desplazarse más cómodamente por las calles de los huertos de frutales o las viñas. o Tractores elevados (fig. 5.18 y 5.19). Estos tractores tienen más de 1 m libre debajo del bastidor para poder desplazarse sobre cultivos con una cierta altura. Figura 5.17. Tractor frutero Figura 5.18. Tractor elevado o Tractores porta-útiles (fig. 5.20). Son tractores más polivalentes que los clásicos en cuanto a la posibilidad de acoplarles las máquinas agrícolas. 7 Figura 5.19. Tractor elevado Figura 5.20. Tractor portaútiles o Tractores forestales (fig. 5.21 y 5.22). Son tractores adaptados a las dificultades que encierra el medio forestal, es decir: Baja adherencia. Para superar esta dificultad los tractores forestales tiene tracción en todas las ruedas, elevado peso y disponen de neumáticos con una gran superficie de contacto (ruedas de mayores dimensiones, mayor número de ruedas, etc.) Condiciones accidentadas del terreno. El tractor debe ser capaz de salvar elevadas pendientes, piedras, tocones, etc. Esto obliga a diseñar los tractores con una altura de chasis mayor (40-62 cm sobre el suelo) y con ruedas de gran diámetro (más de 1,5 metros de diámetro). Difícil movilidad y manejabilidad. El tractor debe tener un radio de giro lo más pequeño posible. Los tractores forestales de ruedas neumáticas suelen ser articulados para reducir su ángulo de giro. Figura 5.21. Tractor adaptado al medio forestal Figura 5.22. Tractor forestal 5. TRANSMISIÓN DEL MOVIMIENTO EN EL TRACTOR A continuación se va a ver cómo se transmite el movimiento desde el eje del cigüeñal hasta las ruedas o la toma de fuerza (fig. 5.23). El movimiento de rotación producido por el motor pasa a través del volante de inercia al embrague, de aquí a la caja de cambios, de ésta al diferencial, y por último, de éste, a través de los semipalieres y de la reducción final, a las ruedas motrices. LEYENDA: 1. Cigüeñal 2. Volante de inercia 3. Embrague 4. Eje primario (CDC) 5. Eje intermediario (CDC) 6. Piñón de la marcha atrás 7. Eje secundario (CDC) 8. Piñón de ataque 9. Corona del diferencial 10. Planetarios 11. Satélites 12. Semipalier 13. Reducción final 14. Palier 15. Rueda Figura 5.23. Transmisión del tractor 5.1 EL EMBRAGUE La misión del embrague es la de cortar o transmitir el giro del motor a la caja de cambios o a la toma de fuerza. Su funcionamiento básico es: cuando el pedal del embrague está en la posición normal (suelto o sin pisar), el embrague transmite el movimiento a la caja de cambios, y el motor se dice que está embragado. al pisar el pedal, el embrague deja de transmitir dicho movimiento a la caja de cambio y el motor está desembragado. Según la forma adoptada para transmitir el movimiento del motor, los embragues pueden clasificarse en los siguientes tipos: Embragues hidráulicos (fig. 5.24). Este tipo de embrague se fundamenta en la transmisión de energía que una bomba centrífuga comunica a una turbina por mediación de un líquido que generalmente es aceite. El cigüeñal hace girar el volante de inercia y la bomba que está unida a él, provocando el desplazamiento del aceite hacia la turbina y el movimiento del eje de salida. Para comprender este principio se puede utilizar el símil de dos ventiladores colocados uno frente al otro. El ventilador (1) conectado a la red, mueve el aire y lo proyecta como impulsor o bomba sobre el otro ventilador (2) que está desconectado de la red. Éste último, al recibir el aire, se pone a girar como una turbina (fig. 5.25 y 5.26). El sistema funciona de manera automática, es decir, no dispone de elemento de mando ni de actuador. Su funcionamiento depende de la velocidad de rotación del eje del motor. - A baja velocidad, la fuerza de impulsión del fluido es incapaz de accionar la turbina y el movimiento no se transmite. - A medida que aumenta la velocidad, la fuerza de impulsión actúa progresivamente sobre la turbina. Así, a grandes velocidades el acoplamiento llega a ser perfecto y la relación de transmisión es igual a 1. Figura 5.24 Embrague hidráulico Figura 5.25. Principio de funcionamiento de un embrague hidráulico Figura 5.26. Funcionamiento de un embrague hidráulico Embragues de fricción. Este tipo de embrague dispone de uno o varios discos de fricción intercalados entre el volante de inercia del motor y el eje primario de la caja de cambios que transmiten el movimiento, al quedar acoplados al volante de inercia, por medio de un mecanismo de presión (fig. 5.27) Figura 5.24. Embrague de fricción Los embragues de fricción pueden ser: o Embragues monodisco o Embragues de doble disco o Embragues multidisco 5.1.1. Embrague monodisco El embrague monodisco (fig. 5.25) es el tipo más sencillo y consta de las siguientes partes: − La campana. Es una cubierta metálica que está unida al volante de inercia, sirve de protección a todo el conjunto del embrague, y aloja o sujeta los mecanismos de presión y accionamiento. − El disco de embrague. Está formado por un disco metálico sobre el cual, y en su parte periférica, van unidos mediante remaches o pegados los forros de embrague. En su parte central hay un orificio estriado en el cual se aloja el eje de salida del embrague, que es a su vez, el de entrada a la caja de cambios. Los forros de embrague, por contacto a presión con el volante de inercia, son los encargados de transmitir el movimiento sin que se produzcan resbalamientos, por lo que su material debe ser fuertemente adherente, muy resistente al desgaste por rozamiento y al calor. un plato opresor de la misma forma y tamaño que los forros de embrague y sobre el que actúan unos muelles o un diafragma apoyados en la campana. − El plato o disco opresor. Es la pieza metálica con forma de corona circular que va montada entre el disco de embrague y la campana. Si el pedal de embrague está suelto, el plato opresor empuja el disco del embrague contra el volante de inercia transmitiéndose el movimiento al eje de salida del embrague (eje primario de la caja de cambios). Cuando se aprieta el pedal del embrague, el plato opresor deja de empujar el disco del embrague y se corta la transmisión del movimiento a la caja de cambios. − Las patillas y los muelles. Los muelles son los elementos encargados de empujar el plato opresor contra el disco del embrague. Las patillas se encargan de separar el plato opresor del disco del embrague, comprimiendo los muelles, al presionar el pedal del embrague. − El collarín de rodamientos y el sistema de varillas, palancas y muelles. Sirven para transmitir el movimiento desde el pedal de embrague a las patillas, y garantizar la recuperación del pedal cuando deja de accionarse. Figura 5.25. Embrague monodisco El funcionamiento de un embrague de este tipo se puede apreciar en la fig. 5.26. Figura 5.26. Funcionamiento de un embrague monodisco 5.1.2. Embrague de doble disco Hasta hace unos años la toma de fuerza era accionada por el eje primario de la caja de cambios (CDC), lo cual tenía como consecuencia que al pisar el pedal del embrague se detenía el movimiento del tractor y de la toma de fuerza. Esto suponía un gran inconveniente cuando el tractor iba remolcando una máquina accionada por la toma de fuerza (empacadora, etc.) pues era motivo de atascos y alteraciones en el trabajo de la máquina. Para evitar este inconveniente, muchos tractores llevan independiente el movimiento de la caja de cambios del movimiento de la toma de fuerza, consiguiendo esto, gracias al embrague de doble disco. El embrague de doble disco lleva dos discos de embrague y dos platos opresores. El primer disco de embrague está conectado con el eje primario de la caja de cambios y el segundo está unido a un eje que transmite el movimiento a la toma de fuerza del tractor (fig. 5.27). Figura 5.27. Embrague de doble disco Los dos platos opresores van unidos mediante unos tornillos, en uno de cuyos extremos se intercala un muelle de presión que se apoya por un lado sobre la tuerca del tornillo, y por el otro sobre el segundo plato opresor. El volante de inercia del motor lleva unos topes para limitar el recorrido del primer plato opresor. Tal y como se ha comentado, el embrague de doble disco va a permitir hacer independiente el desembragado de la caja de cambios del de la toma de fuerza (fig. 5.28): • Al pisar el pedal de embrague hasta la mitad de su recorrido se libera el primer disco de embrague, desconectándose el movimiento a la caja de cambios. Como no se libera el segundo disco de embrague se sigue transmitiendo el movimiento a la toma de fuerza (fig. 5.28.B). • Si interesa la desconexión de ambos movimientos no hay mas que pisar hasta el fondo el pedal del embrague, quedando entonces liberados los dos discos de embrague (fig. 5.28.C). Figura 5.28. Funcionamiento de un embrague de doble disco Fig. 5.28.A. Embrague de doble disco cuando los dos discos de embrague están embragados. Se transmite el movimiento a la caja de cambios y a la toma de fuerza Fig. 5.28.B. Embrague de doble disco cuando está desembragado el eje primario de la caja de cambios. Se transmite el movimiento a la toma de fuerza Fig. 5.28.C. Embrague de doble disco cuando los dos discos de embrague están desembragados. No se transmite el movimiento ni a la caja de cambios, ni a la toma de fuerza. 5.1.3. Embrague multidisco La potencia que es capaz de transmitir un embrague depende de las características de los forros y de la superficie de éstos. Al objeto de aumentar la capacidad de los mismos, a la vez que se reduce su tamaño, aparecen en los tractores los embragues multidisco en los que la conexión motor-transmisión se efectúa a través de varios discos en lugar de uno sólo como en el embrague convencional. Figura 5.28. Embrague multidisco 5.2. LA CAJA DE CAMBIOS 5.2.1. Misión de la caja de cambios La potencia (N) es igual a la fuerza del tractor (F) por la velocidad de avance (V), por tanto, si la potencia suministrada por el motor fuera una constante (por ejemplo, la potencia nominal) y quisiéramos ir a una velocidad elevada, la fuerza (F) que debería hacer el tractor tendría que ser baja. Por el contrario, si quisiéramos que el tractor tuviera mucha fuerza, obligatoriamente debería ir a baja velocidad. Las labores agrícolas y forestales requieren el empleo de gran cantidad de máquinas siendo la velocidad de avance y la fuerza de tracción diferentes en cada una de ellas. Esto nos obliga a que el tractor disponga de un elemento en la transmisión que adapte la velocidad del tractor y su capacidad de tracción a las requeridas por cada máquina. La caja de cambios del tractor (CDC) es el elemento de la transmisión que permite obtener un elevado número de relaciones de desmultiplicación (número de marchas) entre el eje de entrada y el de salida de dicha caja, con lo cual, para un mismo régimen de funcionamiento del motor se pueden obtener tantas velocidades de avance como marchas tenga la caja de cambios. La caja de cambios es un elemento de la máxima importancia para el trabajo eficiente del tractor y está sufriendo continuos avances. Como el par motor se transmite a las ruedas y origina en ellas una fuerza de impulsión que vence la resistencia que se opone al movimiento, la potencia transmitida debe ser igual, en todo momento, a la potencia absorbida en la rueda, es decir: N (constante) = M ⋅ w = M ⋅ w t r r o también: N (constante) = M ⋅ n = M ⋅ n t donde: M = Par desarrollado por el motor. t M = Par resistente en las ruedas. r n = número de revoluciones por minuto en el motor n = número de revoluciones por minuto en las ruedas r r r w = velocidad angular del eje del motor w = velocidad angular de las ruedas. r Si no existiera caja de cambio el número de revoluciones del motor (n) se transmitiría a las ruedas (n=n ), r con lo cual el par a desarrollar por el motor (M ) sería igual al par resistente en las ruedas (M ). t r Según esto, si en un momento dado el par resistente aumentara, habría que aumentar igualmente la potencia del motor para mantener la igualdad M = M . En tal caso, se debería contar con un motor de una t r potencia exagerada, capaz de absorber en cualquier circunstancia los diferentes regímenes de carga que se originan en las ruedas durante su desplazamiento. La caja de cambios, por tanto, se dispone en los vehículos para obtener, por medio de engranajes, el par de salida a cambio de reducir el número de revoluciones en las ruedas. Con la caja de cambios se logra mantener, dentro de unas condiciones óptimas, la potencia desarrollada por el motor. Así, dada una potencia transmitida desde el motor a un determinado régimen de giro y grado de carga, el par disponible en las ruedas motrices variará con la velocidad (marcha) elegida. Es decir: N (constante) = M ⋅ w = M ⋅ w t r ri Siendo: i = número de marcha. N = potencia transmitida (constante). M = par disponible en las ruedas en la marcha i. ri w = velocidad angular en las ruedas en la marcha i. ri El tractor tendrá mas fuerza de tiro a una velocidad corta que a una larga. Para adaptarse a las distintas velocidades de avance necesarias en los trabajos que realiza el tractor, los modelos modernos tienen 12,16, 24 o incluso más de 32 marchas. Tal diversidad de relaciones de desmultiplicación sólo puede conseguirse colocando varias cajas de cambio en serie (una caja de cambios de 4 o 6 marchas y uno ó varios grupos reductores). El número de marchas total resulta del producto de las posibilidades que incluyen las diferentes cajas de cambio (4x3, 6x4....) (fig.5.29). Figura. 5.29. Velocidades de una caja de cambios El escalonamiento de las marchas del tractor corresponde a una progresión regular para un determinado régimen del motor, elegido por el fabricante en función de las características del motor y de la vocación del tractor. Para una determinada faena, la marcha óptima es la que confiere al vehículo la velocidad de avance adecuada aprovechando de la mejor manera las características del motor (potencia, par, consumo). 5.2.2. Componentes y funcionamiento de la caja de cambios y del grupo reductor: Tal y como hemos comentado en el punto anterior, con el fin de aumentar el número de velocidades los tractores disponen, generalmente de un grupo reductor colocado antes de la caja de cambios propiamente dicha. Existen diferentes tipos de cajas de cambios, aunque todas consiguen el mismo fin. Vamos a explicar una caja de cambios de tipo convencional que es la que puede verse en la figura 5.30. – EL GRUPO REDUCTOR El grupo reductor consta de una palanca, llamada palanca reductora, que tiene tres posiciones: *velocidades cortas, punto muerto y velocidades largas. La palanca reductora mueve un desplazable, el cual va visto de dos piñones L y C de diferente tamaño, uno a cada lado. El desplazable se desliza sobre un eje estriado que recibe el movimiento del disco del embrague. Figura 5.30. Caja de cambios y grupo reductor Debajo de este conjunto hay un eje con tres piñones de distinto tamaño fijos a él: dos (L’ y C’) que sirven para engranar con los del desplazable, y el tercero que, en toma constante, transmite el movimiento a la caja de cambios. Cuando la palanca reductora engrana el piñón grande (L) del eje primario, con el piñón pequeño (L’) del intermediario se consigue un aumento de revoluciones en el eje intermediario y secundario. En este caso, se diría que se ha elegido en la palanca reductora la opción de marchas Largas. Cuando la palanca reductora engrana el piñón pequeño (C) del eje primario, con el piñón grande (C’) del intermediario se consigue una disminución de revoluciones en el eje intermediario y secundario. En este caso, se diría que se ha elegido en la palanca reductora la opción de marchas Cortas. Si la palanca reductora no engrana ningún piñón, el eje intermediario y secundario del grupo reductor no se moverán, y habremos elegido punto muerto. De esta forma se consigue a la entrada de la caja de cambios dos velocidades diferentes de giro, lo cual duplica el número de velocidades de la caja de cambios. – LA CAJA DE CAMBIOS Fundamentalmente tiene tres ejes denominados: primario (eje de entrada), intermediario y secundario (eje de salida). El eje primario recibe el movimiento del grupo reductor, luego, un par de piñones en toma constante lo transfieren al eje intermediario. El eje intermediario, en este caso, lleva cuatro piñones de diferentes tamaños solidarios a él, uno en toma constante con un piñón del eje primario, otro (MA’) engranado con un pequeño piñón para conseguir la macha atrás, y dos (1 y 2’) que engranan alternativamente, según se desee, con los del eje secundario para conseguir las velocidades 1ª o 2ª. Sobre el eje secundario van colocados dos desplazables, uno el de 1ª y marcha atrás y otro el de 2ª y 3ª, independientes uno del otro, que pueden deslizarse sobre el estriado de este eje. Cada desplazable se compone de un piñón unido a un collarín, en la garganta del cual se aloja una horquilla que se acciona por medio de la palanca del cambio mediante unas barras. Hay que indicar que al ser los desplazables estriados interiormente y el eje secundario también, si giran engranados con un piñón que les da movimiento y fuerza, transmiten su movimiento al eje secundario que girará a su misma velocidad, y transmitirá su fuerza. La palanca de cambio de esta caja de cambios tiene cinco posiciones: punto muerto, primera velocidad, segunda velocidad, tercera velocidad o directa y marcha atrás. En la posición de punto muerto no se encuentra engranado ningún piñón del eje secundario con ninguno del eje intermediario, por lo que no hay transmisión de movimiento. Al colocar la palanca en la primera velocidad el desplazable de 1ª-MA se desliza hacia la izquierda engranando su piñón conducido con el piñón motriz correspondiente del intermediario (1). Al ser, en este caso, el motriz pequeño y el conducido grande, la velocidad de giro del eje secundario será pequeña. Para pasar a segunda velocidad habrá que pasar la palanca de cambio de la posición 1ª a PM con lo cual el desplazable de 1ª-MA queda desconectado del intermediario. A continuación la palanca pasa a la barra correspondiente al desplazable de 2ª-3ª, y engrana al piñón de este desplazable (conducido) con el correspondiente del eje intermediario (motriz) En este caso el piñón motriz 2’ y el conducido 2 son prácticamente, de las mismas dimensiones, de lo que se deriva una velocidad de giro en el eje secundario mayor que la alcanzada por él en la primera velocidad. Para pasar de 2ª a tercera velocidad la palanca pasará primero por el punto muerto desengranando los piñones de la segunda velocidad, y después pasará a la posición de tercera velocidad, con lo que las almenas del desplazable de 2ª-3ª, encajarán con las almenas del piñón del eje primario, pasando el movimiento directamente del eje primario al secundario sin sufrir la reducción de toma constante primario-intermediario, consiguiéndose de esta manera la velocidad mayor de giro de esta caja de cambios (figura 5. 31). Figura 5.31. Caja de cambios- tercera Para poner la marcha atrás, partiendo de punto muerto, se desplaza la palanca hacia la posición MA con lo cual el desplazable 1ª-MA engrana con un piñón de marcha atrás, el cual a su vez está engranado siempre con un piñón del intermediario (MA’). El piñón situado entre el piñón del eje secundario y el piñón del eje intermediario invierte el sentido de giro, y por tanto, el tractor se desplazará hacia detrás (figura 5. 32). Figura 5.32. Caja de cambios- marcha atrás 5.2.3. Relación de transmisión total. Una vez elegida la posición de la palanca del grupo reductor y la posición de la palanca de la caja de cambios, la velocidad del eje de salida de la caja de cambios dependerá de la relación de transmisión total (K ). T La relación de transmisión total se puede calcular a partir de la relación entre los diámetros, radios, dientes o velocidades angulares de cada par de engranajes, tal y como se muestra a continuación: KT=(n1/n2)⋅(n3/n4)⋅(n5/n6)⋅(n7/n8)=n1/n8 KT= (R2/R1).(R4/R3).(R6/R5).(R8/R7) KT= (Z2/Z1).(Z4/Z3).(Z6/Z5).(Z8/Z7) donde: KT = Relación de transmisión total Ri = Radio del engranaje i ni = Velocidad angular del engranaje i Zi = Número de dientes del engranaje i 5.2.4. Cambio en toma constante En esta caja de cambios (figura 5.33) los piñones del secundario y del intermediario permanecen engranados constantemente. Los piñones del secundario poseen un piñón lateral y no van unidos al eje mediante estrías, con lo cual pueden girar libremente sobre dicho eje. Entre cada dos piñones del eje secundario va colocado un desplazable que es interiormente estriado. Este desplazable podrá desplazarse lateralmente sobre el eje secundario y al girar lo hará solidariamente con éste. En ambos lados del desplazable van impresos interiormente los negativos de los piñones laterales. En la posición de punto muerto el desplazable se encuentra situado en el centro de los piñones, sin engranar con ningún piñón lateral. En esta posición, el eje intermediario puede estar girando y los piñones del secundario también, mientras el eje secundario no gira. Para conectar una velocidad se desliza el desplazable a uno de los lados, con lo que el desplazable engrana con el piñón lateral del piñón en toma constante elegido, pasando el movimiento al eje secundario a través del propio desplazable. Para elegir la otra velocidad se desliza el desplazable en el otro sentido hasta engranar con el otro piñón lateral. Figura. 5.33. Cambio en toma constante 5.2.5. Cambio sincronizado Cuando se intentar engranar un piñón que no gira con otro que está girando, hay una gran dificultad en hacer coincidir los dientes del primero con los huecos del segundo, con lo cual se produce un fuerte rozamiento y golpeteo de uno contra otro, provocándose desgastes y roturas en ambos piñones. Estos inconvenientes desaparecen cuando los dos piñones están quietos o moviéndose a la misma velocidad. En las cajas de cambio, al ser los piñones de distinto diámetro, sus dientes giran a distintas velocidades, existiendo mucha dificultad para poder realizar el cambio de velocidades si estos mismos piñones son los que deben engranarse directamente, tal y como ocurre en las cajas de cambio convencionales donde un piñón situado en el secundario es el que debe engranarse con otro del intermediario. En las cajas de cambio que disponen de cambios en toma constante, el cambio de velocidades es más fácil, ya que los desplazables y piñones laterales tiene el mismo tamaño, con lo cual, sus dientes y huecos pueden girar a la misma velocidad. Aún así, al presionar el embrague, el eje intermediario se frena y el secundario sigue girando arrastrado por las ruedas, con lo cual, es muy difícil conseguir que los piñones que se quieren engranar giren a la misma velocidad. Para solucionar este problema, se viene empleando en las cajas de cambio los cambios sincronizados (figura 5.34), en el que los piñones laterales llevan adosada una pieza en forma de tronco de cono llamada cono de sincronización. El núcleo dentado es estriado interiormente con lo que puede desplazarse sobre el eje secundario y girar solidariamente con él. Unidos al núcleo lateralmente, van dos piñones de sincronismo cuyo interior tiene una cavidad de forma cónica. Sobre el núcleo se sitúa un desplazable cilíndrico dentado interiormente, coincidente en negativo con el dentado exterior del núcleo. Figura. 5.34. Cambio sincronizado El cambio sincronizado funciona de la siguiente forma: al mover la palanca de cambio, el desplazable cilíndrico es desplazado hacia uno de los dos lados arrastrando los piñones de sincronismo laterales hasta que su cono interior entra en contacto con el cono de sincronismo del piñón lateral. En ese momento, el rozamiento que se produce entre los dos conos hace que alcancen la misma velocidad de giro, instante en el cual, el desplazable engrana con toda facilidad con el piñón lateral. 5.2.6. Inversor En muchos trabajos que realiza el tractor es necesario invertir el sentido de avance muchas veces, para ello, normalmente, se recurre al empleo de la marcha atrás de la caja de cambios del tractor. Sin embargo, cuando es necesario efectuar muchos cambios, el trabajo se hace lento, cansado y con muchas posibilidades de equivocarse. Por ello, muchos tractores vienen provistos de un inversor del sentido de avance. El inversor, normalmente, va montado delante de la caja de cambios y se compone de (figura 5.35): Un eje de entrada con un piñón solidario (1) con él. Un eje intermediario con dos piñones solidarios (2 y 3). Un piñón (I) para invertir el sentido de giro. Un eje de salida estriado sobre el que gira loco un piñón (4) engranado con el anterior. Un mecanismo de mando accionado desde el puesto de conducción (mecánico o hidráulico). Figura. 5.35. Cambio sincronizado El inversor funciona de la siguiente forma: Avance: el mecanismo de mando conecta el piñón (1) con el eje de salida, con lo que el movimiento para directamente desde el eje de entrada hasta el de salida, por lo tanto el sentido de giro de los dos ejes es el mismo. Retroceso: El mecanismo de mando conecta el piñón (4) con el eje de salida. El movimiento pasa del eje de entrada al eje intermediario a través de los piñones (1) y (2). Desde el piñón (3) de éste último eje el movimiento pasa al piñón (4), pero con una inversión en el sentido de giro proporcionada por el piñón (1), por lo que el piñón (4) girará en sentido inverso al piñón (1). Como el eje de salida está conectado ahora al piñón (4), girará en sentido contrario al eje de entrada. Dado que este mecanismo va instalado delante de la caja de cambios, el tractor dispondrá del mismo número de marchas hacia delante que hacia detrás, y además con las mismas relaciones de transmisión, ya que los piñones (1) y (2) por un lado y (3) y (4) por otro, tienen el mismo número de dientes, con lo que la velocidad de giro del eje de salida es la misma que la del de entrada. 5.2.7. Cajas de cambio automáticas El funcionamiento de un tractor con caja de cambios convencional exige desembragar el motor cada vez que se debe cambiar de velocidad (marcha). Esto provoca una interrupción momentánea de la potencia transmitida a las ruedas que, durante el trabajo, plantea bastantes inconvenientes ya que el tractor se frena, e incluso se para, y para volver a moverse es necesario muchas veces elevar el apero con lo que la labor es irregular. En cualquier caso, es necesario que el embrague soporte una fuerte sobrecarga en el momento de iniciar el movimiento, produciendo un desgaste prematuro del mismo. Además, hay un aumento de los tiempos muertos con lo que disminuye la eficacia en el trabajo realizado. Para evitar estos problemas, muchos tractores montan hoy en su transmisión cajas de cambio automáticas, también llamadas “Power Shift” o semiautomáticas, “Semi-Power-Shift”. Se trata de cambios en los que no es necesario pisar el pedal del embrague para cambiar de marcha. Fundamentalmente, existen dos grandes tipos de cambios automáticos: el primero de ellos se basa en los trenes de engranajes planetarios (o solares) comandados hidráulicamente, mientras que en el segundo la conexión entre piñones y ejes se efectúa mediante engranajes multidisco de accionamiento hidráulico (figura 5. 36) . Figura. 5.36. Cambio automático con tres velocidades adelante y marcha atrás. 5.3. DIFERENCIAL 5.3.1. Misión del diferencial Cuando un tractor toma una curva, las ruedas interiores recorren una distancia más corta que las exteriores; por tanto, si las dos ruedas motrices se unieran rígidamente al mismo eje darían el mismo número de vueltas y, en este caso, al tomar una curva, la rueda interior sería arrastrada y patinaría sobre el terreno. Para contrarrestar este efecto, en los vehículos autopropulsados se dispone de un mecanismo diferencial, que tiene la misión de adaptar las revoluciones de las ruedas motrices al recorrido que tienen que efectuar. 5.3.2. Elementos y funcionamiento del diferencial El diferencial va colocado detrás de la caja de cambio, y consta de los siguientes elementos (fig. 5.37 y 5.38): Un piñón de ataque cónico colocado al final del eje secundario de la caja de cambios y que engrana sobre la corona. Una gran corona cónica que está unida a la caja de satélites. Dos piñones cónicos, llamados planetarios, situados en el interior de la caja de satélites, engranados con los satélites, y unidos a los semipalieres que transmiten el movimiento a la reducción final. dos o cuatro piñones cónicos, llamados satélites, engranados con los planetarios, situados en el interior de la caja de satélites, con sus ejes de giro unidos a la caja. Figura. 5.37. Diferencial, reducción final y ruedas Figura. 5.38. Diferencial. A. Planetarios B. Caja de satélites C. Semipalier D. Corona E. Satélite F. Piñón de ataque Figura. 5.39. Funcionamiento del diferencial El diferencial funciona de la siguiente forma: • Cuando el tractor va en línea recta el eje secundario de la caja de cambios mueve el piñón de ataque, éste la corona, y ésta arrastra la caja de satélites que está unida solidariamente a ella. Los ejes de los satélites al estar unidos a la caja giran arrastrando a los planetarios, y por tanto, a través de los semipalieres y la reducción final, hacen girar las ruedas (figura 5.39-izquierda). Los planetarios giran en el mismo sentido y velocidad que la corona mientras el vehículo marcha en línea recta. • Cuando el tractor toma una curva, la rueda interior ofrece más resistencia al giro que la exterior, ya que ésta última no puede moverse a la misma velocidad por tener que recorrer un camino mayor. Al quedar frenada la rueda, frena también el movimiento de su planetario correspondiente y entonces los satélites tienden a rodar sobre él, multiplicando el giro en la otra rueda. De esta forma, lo que pierde en giro una rueda lo gana en la otra, ajustándose sí automáticamente el giro en cada una de ellas por la acción compensatoria de los satélites. Cuando con el freno individual se frena una rueda, ésta se detiene totalmente y automáticamente la otra pasa a dar el doble de vueltas (figura 5.39 -derecha). Los tractores con tracción en las ruedas delanteras y traseras, llevan dos diferenciales, tal y como se observa en la figura 5.40. El principal inconveniente del diferencial estriba en que si una rueda pierde adherencia con el suelo, gira con velocidad doble que la corona, mientras que la otra se queda inmóvil. Este caso puede darse en zonas con hielo, barro, etc. Para solucionar este problema, los tractores los tractores llevan un mecanismo de bloqueo del diferencial, (fig. 5.41) que permite anular su función y obliga a las dos ruedas a ir a la misma velocidad. Este bloqueo debe utilizarse únicamente para resolver ese tipo de situaciones pues en otro caso puede originar averías en el diferencial y hasta el vuelco del tractor si éste intenta girar. Figura. 5.40. Tractor con tracción en las cuatro ruedas Al bloquear el diferencial (figura 5.41-b) uno de los dos palieres se une a la caja de satélites, dando los dos planetarios obligatoriamente el mismo número de vueltas, con lo cual, las ruedas girarán a la misma velocidad. Figura 5.41. Bloque del diferencial 5.4. LA REDUCCIÓN FINAL A pesar de las desmultiplicaciones sufridas en la caja de cambios y en el conjunto piñón de ataque-corona del diferencial, la velocidad de giro de los semipalieres sigue siendo alta si tenemos en cuenta las bajas velocidades de desplazamiento de los tractores y sus grandes ruedas motrices. Para reducir la velocidad de las ruedas se coloca al final de los semipalieres otra reducción, llamada, reducción final. Ésta puede ser de dos tipos: o Convencional o de piñones (fig. 5.42). Consta de un piñón pequeño unido al semipalier y de un piñón más grande unido al eje de la rueda. o Reducción de tren epicicloidal o sistema solar. Esta reducción es mucho más frecuente (fig. 5.43) y está formada por: - Un piñón llamado planetario que está unido al eje de entrada. - Dos o tres piñones llamados satélites que engranan con el planetario y cuyos ejes están unidos a la caja de satélites. - Una caja de satélites que es arrastrada por los ejes de los satélites y está unida al eje de salida. - Una corona dentada interiormente sobre la que pueden girar los satélites. Figura 5.42. Reducción de piñones Figura 5.43. Reducción solar Cuando el planetario, la corona y los satélites pueden girar libremente, entonces el eje de salida y de entrada giran a la misma velocidad. Si se frena la corona, entonces, el planetario gira, obligando a los satélites a girar y desplazarse por dentro de la corona, reduciéndose, en consecuencia, la velocidad de giro del eje de salida debido a la relación de transmisión existente entre los piñones (figura 5.44). Cuando el sistema solar se emplea como reducción final, la corona está frenada para reducir al velocidad del eje de salida. Este mecanismo también puede utilizarse en otros elementos del tractor como la caja de cambios y los grupos reductores. 29 1. Eje de entrada 2. Eje de salida A. Planetario B. Satélite C. Corona D. Caja de satélites Figura 5.44. Funcionamiento de la reducción solar 6. RUEDAS 6.1. GENERALIDADES Los tractores pueden llevar ruedas neumáticas o orugas de goma o metálicas, tal y como hemos visto en el punto 4 de este tema. Las ruedas neumáticas están constituidas por (fig. 5.45): • Un disco de acero sujeto con tornillos al plato del semipalier. • Una llanta de acero en cuya parte externa hay unas pestañas donde se alojan los talones del neumático, y en su parte interna, unas orejas para unir la llanta al disco. • El conjunto neumático montado sobre la llanta. Dado que las ruedas motrices y las directrices tienen misiones diferentes, sus neumáticos también lo son en cuanto a tamaño, constitución y dibujo. A su vez, el conjunto neumático está constituido por: Una cámara. Tiene forma de anillo hueco, y en ella queda encerrado el aire, a moderada presión, que tiene por misión amortiguar las irregularidades de la marcha. Incluye una válvula para introducir el aire o agua. Una cubierta. Está formada básicamente por una carcasa a base de una superposición de lonas embebidas en caucho y que van rodeando en los extremos unos aros de acero colocados en los talones (fig. 5.46). Según la dirección de las lonas, se distingue entre neumáticos diagonales (convencionales) o radiales. Figura 5.45. Elementos de una rueda Figura 5.46. Cubierta La cubierta radial lleva un armazón formado por capas de cuerdas textiles o cables que van de forma radial de un talón a otro de la cubierta; o sea, son perpendiculares al eje circunferencial de rodadura. Esto les confiere mayor adherencia por aumento de la superficie de contacto con el suelo (huella). Figura 5.46. Tipo de cubiertas. a) Cubierta diagonal b) Cubierta radial c) Cubierta diagonal reforzada 6.2. DIBUJO DE LA CUBIERTA Los dibujos de las ruedas son muy diferentes dependiendo del trabajo que vayan a realizar (fig 5.47). o Cuando las ruedas son directrices, el dibujo está constituido por resaltes longitudinales de una cierta profundidad para asegurar la dirección. o En las ruedas motrices, el dibujo dispone de grandes resaltes en forma de V ( sin unir en el centro). Estos resaltes aseguran la adherencia al suelo y tienden a desplazar la tierra blanda hacia el exterior (para no embozar la rueda). El ángulo que forman los resaltes con respecto a la dirección de avance, así como la altura y anchura de los mismos, varían según el trabajo para el que está diseñada la cubierta: tracción, dirección, transporte, etc., y el tipo de suelo en el que, en principio se va a mover: suelo seco, húmedo, cubierta vegetal, etc. b. Rueda motriz a. Rueda directriz Figura 5.47. Dibujo de las ruedas 6.3. IDENTIFICACIÓN DE LA CUBIERTA NEUMÁTICA En los flancos van marcadas, además de la marca y modelo, una serie de características normalizadas (figura 5.48): Dimensiones Tipo de estructura Índice de carga Código de velocidad Referencia Tipo de utilización de banda de rodaje Figura 5.48. Identificación de la cubierta neumática 6.3.1. Dimensiones de los neumáticos viene definida por 2 cifras: • La primera cifra indica la anchura de balón, es decir, el ancho exterior que tiene la cubierta. Esto nos permite conocer el espacio que ocupa sobre el suelo en condiciones normales de utilización. Viene en pulgadas si tiene un decimal y en milímetros si la cifra es entera. Si lleva dos decimales la cifra está expresando la altura de la cubierta y no su anchura. • La segunda cifra indica el diámetro interior de los talones de la llanta, en pulgadas, y debe coincidir con el diámetro de la llanta para que encaje perfectamente en ella. En cubiertas normales la altura es el 80% de la anchura, sin embargo, cuando la cubierta es especial y tiene una forma ovalada, no se mantiene esta proporción y se distinguen dos medidas claramente, la altura y la anchura del óvalo. En estas cubiertas detrás de la anchura del balón se indica la proporción altura anchura colocando una barra (/) y la proporción correspondiente. Por ejemplo 185/70 R 13: en este caso la anchura del balón es 185 mm, la altura es el 70% de la anchura, la cubierta es radial y el diámetro entre talones de 13 pulgadas. 6.3.2. Tipo de estructura El tipo de estructura, radial o diagonal, se indica entre los cifras de las dimensiones. Así si aparece: • un guión (-), se trata de una cubierta diagonal. • una “R” se trata de una cubierta radial. 6.3.3. Índice de carga El índice de carga señala la carga que puede soportar la cubierta sin reventarse y se expresa como: • Un número seguido de las siglas PR, que indica el número de telas de algodón que soportarían la misma carga máxima. • Un número que indica el índice de carga. Hay una tabla que relaciona el índice con la carga máxima en kilogramos que puede soportar Así por ejemplo, para un índice 84, la carga máxima es 500 Kg, para un índice 108, la carga es 1.000 kg, para un índice 156, la carga máxima es 4.000 Kg, para un índice 217, la carga es 23.000 Kg. Índice Carga (kg) Índice Carga (kg) 60 250 100 800 61 257 140 2500 63 272 160 4.500 64 280 … … 6.3.4. Código de velocidad Para cubiertas radiales, existe un código de velocidad (una letra impresa en la cubierta) que nos indica la máxima velocidad a la que puede circular ese neumático. Así, por ejemplo: Índice Velocidad (km/h) Índice Velocidad (km/h) A1 5 A8 40 A2 10 B 50 A3 15 C 60 A4 20 … …. 6.3.5. Referencia de utilización Indica la presión de inflado recomendada para su utilización. Esta referencia tiene cierta relación con el uso de la cubierta. 2 Referencia Presión (kg/cm ) * 1,6 Suelo suelto (campo) ** 2,4 Suelo medio (campocamino) *** 3,2 Suelo duro (camino) Uso Es muy importante respetar las recomendaciones de inflado pues si no es así se producen daños en los neumáticos (figura 5. 49) Figura 5. 49. Presión de los neumáticos Cuando las ruedas llevan mucha presión se produce: Pérdida de tracción por mal agarre. Mayor patinamiento. Desgaste excesivo en la zona central, donde se concentra el rozamiento con el suelo. El tractor se hunde mas fácilmente en suelos blandos. Mayor consumo derivado del mal agarre y mayor patinamiento. Por el contrario, cuando las ruedas llevan poca presión: La llanta y el neumático quedan sueltos y pueden patinar entre sí, rompiéndose la válvula. Excesiva flexión de las telas con lo que pueden romperse por fatiga. Desgaste irregular de la banda de rodaje. Se desgastan más los lados que el centro del neumático. Disminuye el radio de la rueda y por la tanto la velocidad de avance. Peligro de cortes en los flancos que sobresalen más. 6.3.6. Banda de rodaje El relieve o dibujo de las cubiertas agrícolas depende del uso al que están destinadas. Los tipos específicos de dibujo que se pueden distinguir en las ruedas de tracción son (figura 5.50) : • garra normal (R-1): de uso general, término medio entre las diferentes necesidades de tracción, flotación y vida útil. • garra profunda (R-2): para máxima tracción en terrenos fangosos. Se desgastan rápidamente en superficies duras. • garra superficial (R-3): suficiente tracción y flotación en terrenos sueltos pero no dañan superficies delicadas (césped). • garra intermedia (R-4): para tractores que se desplazan sobre todo por carretera (remolques). Las entallas son mas cortas y anchas, con lo que hay mayor superficie de contacto sobre el asfalto. Figura 5.50. Tipos de banda de rodaje en ruedas motrices a) Garra normal (R1) b) Garra profunda (R2) c) Garra superficial (R3) d) Garra intermedia (R4) 6.4. ANCHO DE VÍA Para que los tractores puedan realizar las labores agrícolas, pasando las ruedas entre las líneas de los cultivos, es necesario variar el ancho de vía, es decir, la distancia entre las ruedas de un mismo eje. Este ajuste es necesario realizarlo tanto en las ruedas delanteras como en las traseras. Para realizar el ancho de vía trasero existen varios procedimientos de los cuales el más generalizado es el que está basado en la excentricidad de la oreja de la llanta y en la concavidad del disco de la rueda. Combinados estos dos elementos se pueden obtener ocho posiciones distintas (figura 5. 51). Figura 5.51. Variación del ancho de vía trasero Una vez realizado el ancho de vía trasero, se procederá a regular el ancho de vía delantero para que las dos ruedas pisen por el mismo sitio. Para esta regulación los semiejes delanteros suelen llevar unos orificios para sujetarlos al cuerpo del eje (figura 5.52.). Según en que orificio se coloquen los tornillos de sujeción la distancia entre las ruedas variará. Figura 5.51. Variación del ancho de vía delantero TEMA 5: EL TRACTOR. TIPOS Y COMPONENTES................................................1 1. DEFINICIÓN....................................................................................................1 2. CONSTITUCIÓN DEL TRACTOR...................................................................1 3. TRABAJOS QUE PUEDE REALIZAR.............................................................3 4. TIPOS DE TRACTORES.................................................................................4 5. TRANSMISIÓN DEL MOVIMIENTO EN EL TRACTOR..................................9 5.1 El embrague..................................................................................................9 5.1.1. Embrague monodisco..........................................................................11 5.1.2. Embrague de doble disco....................................................................13 5.1.3. Embrague multidisco...........................................................................15 5.2. La caja de cambios.....................................................................................15 5.2.1. Misión de la caja de cambios...............................................................15 5.2.2. Componentes y funcionamiento de la caja de cambios reductor..........................................................................................................17 5.2.3. Relación de transmisión total...............................................................20 5.2.4. Cambio en toma constante..................................................................21 5.2.5. Cambio sincronizado...........................................................................22 5.2.6. Inversor................................................................................................23 5.2.7. Cajas de cambio automáticas..............................................................25 5.3. Diferencial..................................................................................................25 5.3.1. Misión del diferencial...........................................................................25 5.3.2. Elementos y funcionamiento del diferencial.........................................26 5.4. La reducción final.......................................................................................28 6. RUEDAS........................................................................................................30 6.1. Generalidades............................................................................................30 6.2. Dibujo de la cubierta...................................................................................32 6.3. Identificación de la cubierta neumática.......................................................33 6.3.1. Dimensiones de los neumáticos..........................................................33 6.3.2. Tipo de estructura................................................................................34 y del grupo 6.3.3. Índice de carga....................................................................................34 6.3.4. Código de velocidad............................................................................34 6.3.5. Referencia de utilización......................................................................34 6.3.6. Banda de rodaje...................................................................................36 6.4. Ancho de vía..............................................................................................36
