INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO AZCAPOTZALCO
TESIS CÁLCULO Y SELECCIÓN DE TRANSMISIONES PARA AUTOTRANSPORTES A DIESEL
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO MECÁNICO P
R
E
S
E
N
T
A:
ARTURO SAIZ CALDERÓN GALLEGOS
Asesores: Ing. Idelfonso Juan Martínez Sánchez Ing. Marcos Gerardo Ladrón de Guevara García
México D.F. D.F. Junio 2009
DEDICATORIA. Este trabajo es para Arturo y Martha, porque inspirado en su ejemplo y cobijado en su amor y soporte incondicional decidí ser un profesionista, para Myrna porque con su amor, compañía y apoyo es más fácil compartir y alcanzar mis metas, para Cinthya, que su determinación y claridad por el estudio me mostró las bondades de concluir esta etapa, y por supuesto para Arturito que simplemente es mi inspiración y la mejor razón para dejar marcado el camino que un hombre de bien debe seguir. Para mi tío Jorge, donde quiera que estés…
CÁLCULO Y SELECCIÓN DE TRANSMISIONES PARA AUTOTRANSPORTES A DIESEL. Cálculo y Selección. ÍNDICE. ♣
Glosario.
3.
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Objetivo.
6.
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Introducción.
7.
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Capitulo I. o
o
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Transmisiones. ♣ Relación de Transmisión. ♣ Porcentaje de Paso. Engranes. ♣ Aplicaciones de los Engranes. ♣ Mecanizado de los Engranes. ♣ Cálculo de engranes. ♣ Deterioro y fallo de los engranes.
Capítulo II. Transmisiones Manuales.
9. 11. 12. 13. 21. 24. 27. 31. 33.
Funcionamiento de Transmisiones manuales. Clasificación de Transmisiones Manuales. ♣ Por su sistema de cambios. ♣ Por su relación final. Operación de Transmisiones Manuales. ♣ Transmisiones Sincronizadas. ♣ Transmisiones No Sincronizadas.
33. 61. 61. 64. 65. 65. 67.
Capítulo III. Análisis de fallas y mantenimiento.
71.
o o
o
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Definiciones.
o
Análisis de Fallas. ♣ Calentamiento. ♣ Ruido. ♣ Fugas de Aceite. ♣ Botadura de Velocidad. ♣ Dureza en los Cambios. 1
71. 71. 71. 73. 74. 75.
Falsos acoplamientos. ♣ Baleros Mantenimiento de Transmisiones Pesadas. ♣
o
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Capítulo IV. Cálculo y selección del Tren Motriz. o o o o o o
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Motores Vehiculares a Diesel Rango medio y pesado. Embragues. Transmisiones. Ejes Diferenciales. Llantas. Cálculo del Tren Motriz. ♣ Habilidad de Arranque. ♣ Habilidad de Pendiente. ♣ Gráfica de Desempeño.
Capítulo V. Casos de Aplicación. o
o
79. 79. 82. 84. 85. 86. 88. 92. 93. 93. 95.
Pasaje. Urbano. ♣ Foráneo. Rango Medio. ♣ Reparto Urbano. ♣ Traslado Carretero. ♣ Fuera de Camino. (Off Road) Rango Pesado. ♣ Refrigerado Sencillo. ♣ Tanques Full. ♣
o
75. 76. 77.
95. 95. 98. 101. 101. 103. 105. 107. 107. 109.
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Conclusiones.
112.
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Anexos.
114.
o o o o o o o
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Tablas de Mantenimientos para Transmisiones. Fichas Técnicas Motores Vehiculares. Selector de Embragues. Fichas Técnicas Transmisiones. Selector Pasos Diferencial. Fichas Técnicas Llantas. Tablas Coeficientes de Arrastre.
Bibliografía.
114. 117. 145. 147. 158. 159. 163. 164.
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GLOSARIO.
Autobús Foráneo, es el camión que desplaza personas por rutas carreteras a grandes distancias uniendo ciudades principales. Autobús Semi Foraneo, es el camión que desplaza personas por rutas dentro de pequeñas ciudades, y recorre tramos carreteros para llegar a otras poblaciones a no más de 30 o 40 kms de distancia. Autobús Urbano, es el camión que desplaza personas dentro de una ciudad. Camión Rabón, es la unidad de transporte de mercancías que puede ser configurada para soportar cargas hasta de 7 toneladas en rutas urbanas, carreteras o mixtas pero siempre sobre asfalto. Camión Torton, es la unidad que puede soportar hasta 15 toneladas en rutas urbanas, carreteras o mixtas pero siempre sobre asfalto. Camión Vocacional, es la unidad que trabaja en rutas Fuera de carretera o mixtas, por ejemplo en minas con caminos de terrecería, la capacidad de carga puede variar de acuerdo a las necesidades, pero en algunas aplicaciones pueden llevar hasta 40 toneladas de material. Configuración , es la correcta selección de componentes (motor, transmisión, diferencia, llantas, etc) de un vehículo de a cuerdo al uso pare el que se requiere. Motores Vehiculares, Las aplicaciones de los motores Diesel se dividen, en generación eléctrica, marinos y vehiculares, estos últimos son los utilizados por el transporte de Carga. Para el caso de los autobuses se tienen de 4 y 6 cilindros, para los camiones y tractocamiones son únicamente de 6 cilindros. Sus tamaños van desde 4.8 lts, hasta 16 lts, con potencias desde 150 HP hasta 600 HP y torques desde 430 lb.pie hasta 2,050 lb.pie.
RPM, Revoluciones Por Minuto, es el número de vueltas que da el motor en un minuto. En un motor diese para servicio vehicular no suelen pasar de las 2,500 RPM. Torque, es la resultante de la Fuerza proveniente de la reacción química dada por la mezcla de aire y diesel dentro de la cámara de combustión del motor y la longitud del brazo del cigüeñal. HP, la potencia necesaria para elevar verticalmente a la velocidad de 1 pie/minuto una masa de 33.000 libras.
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OEM, Original Equipment Manufacturer. Traducido al Español es el Fabricante de Equipo Original, en el medio automotriz así se le conoce a las ensambladoras de Autos y Camiones. Peso Bruto Combinado, PBC. Es el peso del vehículo más el peso de los remolques y la carga. Peso Bruto Vehicular, PBV. Es el peso total en Toneladas o Libras del vehículo automotor simple y su carga. Tractocamión, es la unidad para transporte de mercancías que puede se configurado para jalar cargas desde las 15 toneladas hasta las 100 toneladas, también conocidos como “quinta rueda” debido al dispositivo que utilizan para enganchar el remolque con la carga.
Sencillo, hace referencia a los tractocamiones que arrastran un solo remolque. Full, hace referencia a los tractocamiones que arrastran dos remolques, que es la máxima capacidad permitida por las leyes mexicanas. Caja Seca, se le conoce a los remolques para tracto que son totalmente cerrados, normalmente utilizados para llevar cargas ligeras pero voluminosas, como paquetería. Caja Refrigerada, se le denomina al remolque equipado con sistema de refrigeración para poder llevar alimentos perecederos. Redilas, es el remolque sin techo fabricado con polines de madera, normalmente utilizado para desplazar granos. Tolvas, es el remolque utilizado para llevar productos químicos, arenas y productos granulados, normalmente entre plantas procesadoras, ya que por su diseño se requiere de equipos especiales para cargarlas y descargarlas. Tanques, son los remolques de forma cilíndrica utilizados para llevar líquidos, desde agua, hasta productos químicos, pasando por toda la gama de combustibles. Por regulaciones federales no pueden circular a más de 85 kms/hr, y deben ser diseñados con unos dispositivos llamados “rompe olas”, que ayudan a eliminar los movimientos bruscos del líquido dentro del tanque, sin estos, sería fácil que el tanque se volteara o que desplazara todo su peso hacia un solo eje del remolque afectando la frenada o las suspensiones. Camas Bajas, o low boys, son las plataformas utilizadas para transportar maquinaria pesada o componentes que por sus dimensiones no caben dentro de una caja seca. Plataformas, es como su nombre lo indica una plataforma, utilizada y diseñadas para llevar contenedores de los barcos a las ciudades. 4
Transporte de Carga. Con esto nos referimos a los distintos vehículos que desplazan personas o mercancías por las carreteras de nuestro país. Tren Motriz, es el conjunto de mecanismos que utilizan las RPM, y el Torque del motor para hacer que el vehículo con carga se desplace por una ruta determinada a la velocidad deseada.
Embrague, o clutch es el componente del tren motriz que acopla y desacopla las RPM y el torque del motor a la transmisión. Transmisión, o caja de velocidades, es el componente que ayuda a modificar las revoluciones y torque del motor para obtener desplazamiento a diferentes velocidades. Cardán, es un eje hueco (tubo) que lleva las RPM y torque de salida de la transmisión hacia el eje diferencial. Eje Diferencial, es un componente que nuevamente modifica las RPM y el torque que vienen de la transmisión para finalmente llevarlos a las llantas.
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OBJETIVO. El objetivo de este trabajo es el de alcanzar la titulación a grado de Ingeniero, por medio de, Memoria de Experiencia Profesional, evidenciando los varios ámbitos en los que he tenido oportunidad de aplicar los conocimientos adquiridos durante la carrera de Ingeniero Mecánico, mientras desempeño mi trabajo en Transmisiones TSP, S.A. de C.V. Para lograr este objetivo quiero demostrar la importancia de la transmisión dentro del tren motriz y la importancia de saber seleccionar cada uno de los elementos que lo integran, ya que ofreciendo una adecuada configuración, el transportista de carga y pasaje puede obtener a corto plazo ahorros de combustible, buenos tiempos de traslado y a mediano y largo plazo reducción de mantenimientos correctivos y tener más horas de vida útil del camión.
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INTRODUCCIÓN. El desarrollo de la vida profesional, es una oportunidad diaria para profundizar en los conocimientos adquiridos durante la estancia escolar y enriquecer de experiencia las teorías que desarrollan nuestras mentes. Durante mi paso por TTSP, Transmisiones TSP, S.A. de C.V., he tenido la oportunidad de adentrarme en el funcionamiento del mercado del Auto transporte de Carga y Pasaje de nuestro país, así como vivir de cerca las consecuencias de una industria nacional enfocada a sus adentros durante los 70’s y 80’s y los esfuerzos que aún en nuestros días hace para redirigir su visón al cliente, en un ambiente de mejora continua y calidad, tratando y en muchas ocasiones alcanzando productos de clase mundial. A diferencia de cuando compramos un automóvil para uso personal ó un camión ligero (pick up) para transportar cargas de hasta 2 o 3 toneladas, cuando se adquiere un camión de Rango Medio o Pesado para traslado de bienes o personas, es necesario “configurar” este vehiculo para obtener el mejor desempeño y rendimiento en los traslados comerciales que va a realizar. El transportista nacional es un empresario tradicionalista que por lo general se encuentra escéptico a nuevos desarrollos y tecnologías, por lo que en este ambiente es muy común que los proveedores de los distintos componentes del camión ofrezcan pruebas de desempeño y rendimiento de sus productos, para poder demostrar las bondades de los mismos y buscar que el transportista los considere en su siguiente compra. Sobre todo los representantes de los fabricantes de los componentes que integran el Tren Motriz de la unidad, estamos dedicados a visitar al transportista, capacitar a sus operadores y dar seguimiento post-venta de los productos que ofrecemos, trabajando de la mano de los vendedores de unidades de los distintos distribuidores de camiones del País. Los principales OEM, fabricantes de camiones en México, son: ♣
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KENWORTH MEXICANA, con una planta de ensamble y fabricación de componentes en Mexicali, B.C. DAIMLER VEHICULOS COMERCIALES MÉXICO, con una planta de ensamble y fabricación de componentes en Santiago Tianguistengo, en el Edo. De México. CAMIONES Y MOTORES INTERNATIONAL, con una planta de ensamble y fabricación de componentes en Escobedo, Nuevo León.
TTSP, tiene negocio principalmente con estos 3 grandes OEM, aunque en territorio nacional podemos encontrar plantas de ensamble de algunas marcas europeas como es ESCANIA, MAN y VOLVO.
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En el área de Motores Vehiculares rango pesado se cuenta con una participación mayoritaria en el mercado nacional de CUMMINS, con distintos distribuidores en toda la república, en un segundo lugar se encuentran los motores CATERPILLAR, y muy lejos de estos dos se pueden encontrar unidades equipadas con motores DETROIT DIESEL, VOLVO, MERCEDEZ BENZ, ESCANIA y MAN, en el caso de los motores para Rango Medio se tiene con una participación muy importante a los motores de la marca NAVISTAR. En el segmento de las transmisiones, en el que actualmente me desarrollo profesionalmente, encontramos como nuestro mayor competidor a EATON FULLER, con productos manuales y automatizados, transmisiones de origen Norte Americano y que desde la apertura de las fronteras con el TLC ganaron mercado en nuestro país. En segundo lugar encontramos las transmisiones SPICER, con productos manuales fabricadas por TTSP, con tecnología, componentes y fabricación nacional, y en un lejano tercer lugar podemos encontrar unidades equipadas con transmisiones ALLISON automáticas. El otro producto que entra en el juego importante de la configuración de la unidad son los ejes diferenciales, podemos encontrar con una reñida participación mayoritaria a DANA SPICER, fabricados en Toluca por DANA Heavy Axel, y en un cercano segundo lugar encontramos a ARVIN MERITOR, que fabrica algunos de sus productos en la ciudad de Monterrey, Nuevo León, y el resto, en sus plantas de los Estados Unidos. Buscando que las líneas anteriores ayuden al lector a reconocer algunas marcas y términos que manejaremos frecuentemente durante el desarrollo de este trabajo, a continuación dare inicio a mis Memorias de Experiencia Profesional durante mi paso por Transmisiones TSP, S.A. de C.V.
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Capítulo I. DEFINICIONES. TRANSMISIONES. Transmisión Mecánica. Se denomina transmisión mecánica a un mecanismo encargado de trasmitir potencia entre dos o más elementos dentro de una máquina. Son parte fundamental de los elementos u órganos de una máquina, muchas veces clasificado como uno de los dos subgrupos fundamentales de éstos elementos de trasmisión y elementos de sujeción). En la gran mayoría de los casos, estas trasmisiones se realizan a través de elementos rotantes, ya que la transmisión de energía por rotación ocupa mucho menos espacio que aquella por traslación. Una transmisión mecánica es una forma de intercambiar energía mecánica distinta a las transmisiones neumáticas o hidráulicas, ya que para ejercer su función emplea el movimiento de cuerpos sólidos, como lo son los engranajes y las correas de transmisión. Típicamente, la transmisión cambia la velocidad de rotación de un eje de entrada, lo que resulta en una velocidad de salida diferente. En la vida diaria se asocian habitualmente las transmisiones con los automóviles. Sin embargo, las transmisiones se emplean en una gran variedad de aplicaciones, algunas de ellas estacionarias. Las transmisiones primitivas comprenden, por ejemplo, reductores y engranajes en ángulo recto en molinos de viento o agua y máquinas de vapor, especialmente para tareas de bombeo, molienda o elevación (norias). En general, las transmisiones reducen una rotación inadecuada, de alta velocidad y bajo par motor, del eje de salida del impulsor primario a una velocidad más baja con par de giro más alto, o a la inversa. Muchos sistemas, como las transmisiones empleadas en los automóviles, incluyen la capacidad de seleccionar alguna de varias relaciones diferentes. En estos casos, la mayoría de las relaciones (llamadas usualmente "marchas" o "cambios") se emplean para reducir la velocidad de salida del motor e incrementar el par de giro; sin embargo, las relaciones más altas pueden ser sobremarchas que aumentan la velocidad de salida. También se emplean transmisiones en equipamiento naval, agrícola, industrial, de construcciones y de minería. Adicionalmente a las transmisiones convencionales basadas en engranajes, estos dispositivos suelen emplear transmisiones hidrostáticas y accionadores eléctricos de velocidad ajustable.
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Transmisiones vehiculares. En los vehículos, la caja de cambios o caja de velocidades (suele ser llamada sólo caja) es el elemento encargado de acoplar el motor y el sistema de transmisión con diferentes relaciones de engranes o engranajes, de tal forma que la misma velocidad de giro del cigüeñal puede convertirse en distintas velocidades de giro en las ruedas. El resultado en la ruedas de tracción generalmente es la reducción de velocidad de giro e incremento del torque. En función de que la velocidad transmitida a las ruedas sea mayor, la fuerza disminuye, suponiendo que el motor entrega una potencia constante: dado que potencia es trabajo por unidad de tiempo y, a su vez, trabajo es fuerza por distancia, una distancia mayor (derivada de la mayor velocidad) tiene por consecuencia una fuerza menor. De esta manera la caja de cambios permite que se mantenga la velocidad de giro del motor, y por lo tanto la potencia y par más adecuado a la velocidad a la que se desee desplazar el vehículo. La caja de cambios tiene la misión de reducir el número de revoluciones del motor e invertir el sentido de giro en las ruedas, cuando las necesidades de la marcha así lo requieren. Va acoplada al volante de inercia del motor, del cual recibe movimiento a través del embrague, en transmisiones manuales; o a través del convertidor de par, en transmisiones automáticas. Acoplado a ella va el resto del sistema de transmisión. La caja de cambios está constituida por una serie de ruedas dentadas dispuestas en tres árboles. •
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Flecha de entrada. Recibe el movimiento a la misma velocidad de giro que el motor. Habitualmente consta de un único piñón. Flecha auxiliar. Es el árbol transmisor. Consta de una corona que engrana con el árbol primario, y de varios piñones (habitualmente tallados en el mismo árbol) que pueden engranar con el árbol árb ol secundario en función de la marcha seleccionada. sele ccionada. Flecha principal. Consta de varias coronas con libertad de movimiento axial en el árbol, pero sin libertad de movimiento en sentido tangencial (por un sistema de nervados o de chaveteros). La posición axial de cada rueda es controlada por la palanca de cambios y determina qué par de ruedas r uedas engrana entre entr e el secundario secun dario y el intermediario. Cuando se utilizan sincronizadores, el acoplamiento tangencial puede liberarse en función de la posición axial de estos y las ruedas dentadas no tienen libertad de movimiento axial. Flecha de reversa. Dispone de una rueda loca que se interpone entre los árboles intermediario y secundario para invertir el sentido de giro habitual del árbol secundario. Para poder engranar el eje de marcha atrás, normalmente se utiliza un dentado recto, en lugar de un dentado helicoidal.
Todos los árboles se apoyan, por medio de cojinetes, en la carcasa de la caja de cambios, que suele ser de fundición gris, aluminio o magnesio y sirve de alojamiento a los engranajes, dispositivos de accionamiento y en algunos casos el diferencial, así como de recipiente para el aceite de engrase. 10
En varios vehículos como algunos camiones, vehículos agrícolas o automóviles todo terreno, se dispone de dos cajas de cambios acopladas en serie, mayoritariamente mediante un embrague intermedio. En la primera caja de cambios se disponen pocas relaciones de cambio hacia delante, normalmente 2, (directa y reductora); y una marcha hacia atrás, utilizando el eje de marcha atrás para invertir el sentido de rotación. La lubricación puede realizarse mediante uno de los siguientes sistemas: • • • • •
Por barboteo. Mixto. A presión. A presión total. Por cárter seco.
RELACIÓN DE TRANSMISIÓN.
Transmisión compuesta Hay tres tipos de transmisiones posibles que se establecen mediante engranajes: •
Transmisión simple
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Transmisión con piñón intermedio o loco
•
Transmisión compuesta por varios engranajes conocidos como tren de engranajes.
La transmisión simple la forman dos ruedas dentadas, el sentido de giro del eje conducido es contrario al sentido de giro del eje motor, y el valor de la relación de transmisión es: Ecuación general de transmisión:
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La transmisión con piñón intermedio o loco está constituida por tres ruedas dentadas, donde la rueda dentada intermedia solamente sirve para invertir el sentido de giro del eje conducido y hacer que gire en el mismo sentido del eje motor. La relación de transmisión es la misma que en la transmisión simple. La transmisión compuesta se utiliza cuando la relación de transmisión final es muy alta, y no se puede conseguir con una transmisión simple, o cuando la distancia entre ejes es muy grande y sería necesario hacer ruedas dentadas de gran diámetro. La transmisión compuesta consiste en ir intercalando pares de ruedas dentadas unidas entre el eje motor y el eje conducido. Estas ruedas dentadas giran de forma libre en el eje que se alojan pero están unidos de forma solidaria los dos ruedas dentadas de forma que uno de ellos actúa de rueda dentada motora y el otro actúa como rueda dentada conducida. La relación de transmisión de transmisiones compuestas es: Ecuación general de transmisión:
PORCENTAJE DE PASO. El porcentaje de paso es el valor que nos dice cual va a ser la caída de RPM entre cambio y cambio de velocidad. Por supuesto mientra más constante sea esta caída y con las menores perdidas, al motor le costará menos esfuerzo el recuperarse para llegar a las revoluciones de velocidad crucero, y esto nos llevará al ahorro de combustible. La forma mas sencilla de explicar la acción del porcentaje de paso sobre el desarrollo de los cambios de una transmisión es con el ejemplo de la escalera. Supongamos que tenemos una escalera con 18 peldaños y cada uno de esos peldaños esta colocado a distintas distancia el uno del otro, y nosotros tenemos que subir por esa escalera un bulto de 20 kgs. Los peldaños que están mas cercanos el uno del otro nos costara menos trabajo trabajo escalarlos, pero en los que se encuentran más alejados entre si nos costará mas trabajo treparlos. Por el contrario si todos están equidistante el uno del otro nos costara exactamente el mismo trabajo subir los 18. Para el motor la transmisión funciona como escalera, cada velocidad es un peldaño y le ayuda a llevar una carga del reposo al movimiento, si todos los cambios tienen un porcentaje de paso similar, entonces el motor recuperar las mismas RPM en cada uno de ellos y el consumo de combustible será constante en cada recuperación.
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El porcentaje de paso es la relación que existe ente el cambio seleccionado y el cambio posterior, la fórmula es: % de paso =( Relación de Cambio mayor / Relación de Cambio menor ) - 1 X 100
Cuando el porcentaje es uniforme la gráfica con las caídas de revoluciones se ve de la siguiente manera, podemos observar que los cambios los hacemos a las 1,500 RPM, y por el porcentaje de la transmisión del ejemplo se pierden menos de 300 RPM en cada cambio lo que nos permite meter las 18 velocidades sin tocar la línea de las 1,200 RPM, que es donde el motor empieza a dar su torque máximo, a bajo de este valor gastaría más diesel en recuperarse hasta las 1,500 RPM para la siguiente velocidad. 1800 1600 1a 2a 3a 4a 5a 6a7a8a9a 10a11a 12a 13a
14a
15a
16a
17a
18a
1400 1200 1000 800 600 Sec de Cambios 400
To rque rque maximo maximo
200 0 0
20
40
60 80 Velocidad (km/h)
100
120
Gráfica de comportamiento, PSDO18, paso 3.91 y llanta 24.5, motor CAT C-15.
ENGRANES. Se denomina engranaje o ruedas dentadas al mecanismo utilizado para transmitir potencia mecánica entre las distintas partes de una máquina. Los engranajes engranaje s están formados por dos ruedas dentadas, de las cuales a la mayor se le denomina corona y la menor piñón. Un engranaje sirve para transmitir movimiento circular mediante contacto de ruedas dentadas. Una de las aplicaciones más importantes de los engranajes es la transmisión del movimiento desde el eje de una fuente de energía, como puede ser un motor de combustión interna o un motor eléctrico, hasta otro eje situado a cierta distancia y que ha de realizar un trabajo. De manera que una de las ruedas está conectada por la fuente de energía y es conocido como engranaje motor y la otra está conectada al eje que debe recibir el
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movimiento del eje motor y que se denomina engranaje conducido. Si el sistema está compuesto de más de un par de ruedas dentadas, se denomina tren de engranajes.
Tipos de engranajes. La principal clasificación de los engranajes se efectúa según la disposición de sus ejes de rotación y según los tipos de dentado.
Piñón recto de 18 dientes.
Ejes paralelos: • • •
Cilíndricos de dientes rectos Cilíndricos de dientes helicoidales Doble helicoidales
Ejes perpendiculares • • • • •
Helicoidales cruzados Cónicos de dientes rectos Cónicos de dientes helicoidales Cónicos hipoides De rueda y tornillo sinfín
Por aplicaciones especiales se pueden citar: •
Planetarios 14
• •
Interiores De cremallera
Por la forma de transmitir el movimiento se pueden citar: • • •
Transmisión simple Transmisión con engranaje loco Transmisión compuesta. Tren de engranajes
Transmisión mediante cadena o polea dentada • •
Mecanismo piñón cadena Polea dentada
Características que definen un engranaje de dientes rectos.
Representación de las características de un engranaje
Los engranajes cilíndricos rectos son el tipo de engranaje más simple y corriente que existe. Se utilizan generalmente para velocidades pequeñas y medias; a grandes velocidades, si no son rectificados, o ha sido corregido su tallado, producen ruido cuyo nivel depende de la velocidad de giro que tengan. •
Diente de un engranaje: son los que realizan el esfuerzo de empuje y transmiten la potencia desde des de los ejes motrices a los ejes conducidos. El perfil per fil del diente, o sea se a la forma de sus flancos, está constituido por dos curvas evolventes de círculo, simétricas respecto al eje que pasa por el centro del mismo. 15
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Módulo: el módulo de un engranaje es una característica de magnitud que se define como la relación entre la medida del diámetro primitivo expresado en milímetros y el número de dientes. En los países anglosajones se emplea otra característica llamada Diametral Pitch, que es inversamente proporcional al módulo. El valor del módulo se fija mediante cálculo de resistencia de materiales en virtud de la potencia a transmitir y en función de la relación de transmisión que se establezca. El tamaño de los dientes está normalizado. El módulo está indicado por números. Dos engranajes que engranen tienen que tener el mismo módulo. Circunferencia primitiva: es la circunferencia a lo largo de la cual engranan los dientes. Con relación a la circunferencia primitiva se determinan todas las características que definen los diferentes elementos de los dientes de los engranajes. Paso circular: es la longitud de la circunferencia primitiva correspondiente a un diente y un vano consecutivos.
Elementos de un engranaje •
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Espesor del diente: es el grosor del diente en la zona de contacto, o sea, del diámetro primitivo. Número de dientes: es el número de dientes que tiene el engranaje. Se simboliza como ( Z Z ). ). Es fundamental para calcular la relación de transmisión. El número de dientes de un engranaje no debe estar por debajo de 18 dientes cuando el ángulo de presión es 20º ni por debajo de 12 dientes cuando el ángulo de presión es de 25º. 16
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Diámetro exterior: es el diámetro de la circunferencia que limita la parte exterior del engranaje. Diámetro interior: es el diámetro de la circunferencia que limita el pie del diente. Pie del diente: también se conoce con el nombre de dedendum. Es la parte del diente comprendida entre la circunferencia interior y la circunferencia primitiva. Cabeza del diente: también se conoce con el nombre de adendum. Es la parte del diente comprendida entre el diámetro exterior y el diámetro primitivo. Flanco: es la cara interior del diente, es su zona de rozamiento. Altura del diente: es la suma de la altura de la cabeza (adendum) más la altura del pie (dedendum). Angulo de presión: el que forma la línea de acción con la tangente a la circunferencia de paso, φ (20º ó 25º son los ángulos normalizados). Largo del diente: es la longitud que tiene el diente del engranaje Distancia entre centro de dos engranajes: es la distancia que hay entre los centros de las circunferencias de los engranajes. Relación de transmisión: es la relación de giro que existe entre el piñón conductor y la rueda conducida. La R t puede ser reductora de velocidad o multiplicadora de velocidad. La relación de transmisión recomendada6 tanto en caso de reducción como de multiplicación depende de la velocidad que tenga la transmisión con los datos orientativos que se indican:
Velocidad lenta:
Velocidad normal :
Velocidad elevada: Hay dos tipos de engranajes, los llamados de diente normal y los de diente corto cuya altura es más pequeña que el considerado como diente normal. En los engranajes de die diente nte corto, la cabeza del del die diente nte vale ( ), y la altura ura del pie del del diente vale ( M M ) siendo el valor de la altura total del diente ( )
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Fórmulas constructivas de los engranajes rectos. Diámetro primitivo:
Módulo: Paso circular:
Número de dientes: Diámetro exterior:
Espesor del diente: Diámetro interior: Pie del diente: Cabeza del diente: M Altura del diente:
Distancia entre centros: Ecuación general de transmisión: Engranajes cilíndricos de dientes helicoidales.
Engranaje helicoidal Los engranajes cilíndricos de dentado helicoidal están caracterizados por su dentado oblicuo con relación al eje de rotación. En estos engranajes el movimiento se transmite de 18
modo igual que en los cilíndricos de dentado recto, pero con mayores ventajas. Los ejes de los engranajes helicoidales pueden ser paralelos o cruzarse, generalmente a 90º. Para eliminar el empuje axial el dentado puede hacerse doble helicoidal. Los engranajes helicoidales tienen la ventaja que transmiten más potencia que los rectos, y también pueden transmitir más velocidad, son más silenciosos y más duraderos; además, pueden transmitir el movimiento de ejes que se corten. De sus inconvenientes se puede decir que se desgastan más que los rectos, son más caros de fabricar y necesitan generalmente más engrase que los rectos. Lo más característico de un engranaje cilíndrico helicoidal es la hélice que forma, siendo considerada la hélice como el avance de una vuelta completa del diámetro primitivo del engranaje. De esta hélice deriva el ángulo β que forma el dentado con el eje axial. Este ángulo tiene que ser igual para las dos ruedas que engranan pero de orientación contraria, o sea: uno a derechas y el otro a izquierda. Su valor se establece a priori de acuerdo con la velocidad que tenga la transmisión, los datos orientativos de este ángulo son los siguientes: Velocidad lenta: β = (5º - 10º) Velocidad normal: β = (15º - 25º) Velocidad elevada: β = 30º Las relaciones de transmisión que se aconsejan son más o menos parecidas a las de los engranajes rectos.
Fórmulas constructivas de los engranajes helicoidales cilíndricos. Como consecuencia de la hélice que tienen los engranajes helicoidales su proceso de tallado es diferente al de un engranaje recto, porque se necesita de una transmisión cinemática que haga posible conseguir la hélice requerida. Algunos datos dimensionales de estos engranajes son diferentes de los rectos.
Juego de engranajes helicoidales
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Diámetro exterior :
Diámetro primitivo :
Módulo normal o real: Paso normal o real:
Angulo de la hélice : Paso de la hélice :
Módulo circular o aparente:
Paso circular aparente:
Paso axial:
Número de dientes: Los demás datos tales como adendum, dedendum y distancia entre centros, son los mismos valores que los engranajes rectos.
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Ejes estriados.
Transmisión por ejes estriados Se denominan ejes estriados (splined shaft) a los ejes que se les mecaniza unas ranuras en la zona que tiene para acoplarse con un engranaje u otros componentes para dar mayor rigidez al acoplamiento que la que produce un simple chavetero. Estos ejes estriados no son en si un engranaje pero la forma de mecanizarlos es similar a la que se utilizan para mecanizar engranajes y por eso forman parte de este artículo. Los ejes estriados se acoplan a los agujeros de engranajes u otros componentes que han sido mecanizados en brochadoras para que el acoplamiento sea adecuado. adecuad o. Este sistema de fijación es muy mu y robusto. robus to. Se utiliza en engranajes de cajas de velocidades y en palieres de transmisión. Hay una norma que regula las dimensiones y formato de los ejes estriados que es la norma DIN-5643
APLICACIONES DE LOS ENGRANES.
Caja de velocidades Existe una gran variedad de formas y tamaños de engranajes, desde los más pequeños usados en relojería e instrumentos científicos (se alcanza el módulo 0,05) a los de grandes dimensiones, empleados, por ejemplo, en las reducciones de velocidad de las turbinas de vapor de los buques, en el accionamiento de los hornos y molinos de las fábricas de cemento, etc.
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El campo de aplicación de los engranajes es prácticamente ilimitado. Los encontramos en las centrales de producción de energía eléctrica, hidroeléctrica y en los elementos de transporte terrestre: locomotoras, automotores, camiones, automóviles, transporte marítimo en buques de todas clases, aviones, en la industria siderúrgica: laminadores, transportadores, etc., minas y astilleros, fábricas de cemento, grúas, montacargas, máquinas-herramientas, maquinaria textil, de alimentación, de vestir y calzar, industria química y farmacéutica, etc., hasta los más simples movimientos de accionamiento manual. Toda esta gran variedad de aplicaciones del engranaje puede decirse que tiene por única finalidad la transmisión de la rotación o giro de un eje a otro distinto, reduciendo o aumentando la velocidad del primero. Incluso, algunos engranes coloridos y hechos de plástico son usados en algunos juguetes educativos.
Caja de velocidades.
Eje secundario de caja de cambios En los vehículos, la caja de cambios o caja de velocidades es el elemento encargado de acoplar el motor y el sistema de transmisión con diferentes relaciones de engranes o engranajes, de tal forma que la misma velocidad de giro del cigüeñal puede convertirse en distintas velocidades de giro en las ruedas. El resultado en la ruedas de tracción generalmente es la reducción de velocidad de giro e incremento del torque . Los dientes de los engranajes de las cajas de cambio son helicoidales y sus bordes están redondeados para no producir ruido o rechazo cuando se cambia de velocidad. La fabricación de los dientes de los engranajes es muy cuidada para que sean de gran duración. Los ejes del cambio están soportados por rodamientos de bolas y todo el mecanismo está sumergido en aceite denso para mantenerse continuamente lubricado.
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Reductores de velocidad.
Mecanismo reductor básico El problema básico de las máquinas es reducir la alta velocidad de los motores a una velocidad utilizable por los equipos de las máquinas. Además de reducir se deben contemplar las posiciones de los ejes de entrada y salida y la potencia mecánica a transmitir. Para potencias bajas se utilizan moto-reductores que son equipos formados por un motor eléctrico y un conjunto reductor integrado. Para potencias mayores se utilizan equipos reductores separados del motor. Los reductores consisten en pares de engranajes con gran diferencia de diámetros, de esta forma el engrane de menor diámetro debe dar muchas vueltas para que el de diámetro mayor de una vuelta, de esta forma se reduce la velocidad de giro. Para obtener grandes reducciones se repite este proceso colocando varios pares de engranes conectados uno a continuación del otro. El reductor básico está formado por mecanismo de tornillo sinfín y corona. En este tipo de mecanismo el efecto del rozamiento en los flancos del diente hace que estos engranajes tengan los rendimientos más bajos de todas las transmisiones; dicho rendimiento se sitúa entre un 40 y un 90% aproximadamente, dependiendo de las características del reductor y del trabajo al que está sometido. Factores que elevan el rendimiento: • • • •
Ángulos de avance elevados en el tornillo. Rozamiento bajo (buena lubricación) del equipo. Potencia transmitida elevada. Relación de transmisión baja (factor más determinante).
Existen otras disposiciones para los engranajes en los reductores de velocidad, estas se denominan conforme a la disposición del eje de salida (eje lento) en comparación con el eje de entrada (eje rápido). Así pues serían los llamados reductores de velocidad de engranajes coaxiales, paralelos, ortogonales y mixtos (paralelos + sin fin corona). En los trenes coaxiales, paralelos y ortogonales se considera un rendimiento aproximado del 97-98%, en los mixtos se estima entre un 70% y un 90% de rendimiento.
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Además, existen los llamados reductores de velocidad de disposición epicicloidal, técnicamente son de ejes coaxiales y se distinguen por su formato compacto, alta capacidad de transmisión de par y su extrema sensibilidad a la temperatura. Las cajas reductoras suelen fabricarse en fundición gris dotándola de retenes para que no salga el aceite del interior de la caja.
Características de los reductores • • • • • •
Potencia, en Kw o en Hp, de entrada y de salida. Velocidad, en RPM, de entrada y de salida. Velocidad a la salida.(RPM) Relación de transmisión Factor de seguridad o de servicio (Fs) Par transmitido (Mn1- Eje rápido) (Mn2-Eje lento)
MECANIZADO DE ENGRANES. Tallado de dientes.
Tallado de un engranaje helicoidal con fresa madre.
Fresa para tallar engranajes Como los engranajes son unos mecanismos que se incorporan en la mayoría de máquinas que se construyen y especialmente en todas las que llevan incorporados motores térmicos o eléctricos, hace necesario que cada día se tengan que mecanizar millones de engranajes diferentes, y por lo tanto el nivel tecnológico que se ha alcanzado para mecanizar engranajes es muy elevado tanto en las máquinas que se utilizan como en las herramientas de corte que los conforman.
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Antes de proceder al mecanizado de los dientes los engranajes han pasado por otras máquinas herramientas tales como tornos o fresadoras donde se les ha mecanizado todas sus dimensiones exteriores y agujeros si los tienen, dejando los excedentes necesarios en caso de que tengan que recibir tratamiento térmico y posterior mecanizado de alguna de sus zonas. El mecanizado de los dientes de los engranajes a nivel industrial se realizan en máquinas talladoras construidas ex-profeso para este fin, llamadas fresas madres.
Fresa modular para tallado de dientes en fresadora universal
Mecanismo divisor para el tallado de engranaje en fresadora universal El tallado de engranajes en fresadora universal con mecanismo divisor, prácticamente no se utiliza, sin embargo el fresado fres ado de ejes estriados con co n pocas estrías tales como los palieres de las ruedas de camiones, si se puede hacer en fresadora universal pero con un mecanismo divisor automático y estando también automatizado todo el proceso de movimientos de la fresadora. Los engranajes normales cilíndricos tanto rectos como helicoidales se mecanizan en talladoras de gran producción y precisión, cada talladora tiene sus constantes y sus transmisiones adecuadas para fabricar el engranaje que se programe. Tipo Liebherr, Hurth, Pfauter, etc. Los engranajes interiores no se pueden mecanizar en la talladoras universales y para ese tipo de mecanizados se utilizan unas talladoras llamadas mortajadoras por generación, tipo Sykes.
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Para los engranajes cónicos hipoides se utilizan máquinas talladoras especiales tipo Gleason, Para el mecanizado de tornillos sinfín glóbicos se pueden utilizar máquinas especiales tipo Fellows.
Chaflanado y redondeado de dientes. Esta operación se realiza especialmente en los engranajes desplazables de las cajas de velocidad para facilitar el engrane cuando se produce el cambio de velocidad. Hay máquinas y herramientas especiales (Hurth) que realizan esta tarea.
Rectificado de los dientes de los engranajes. El rectificado de los dientes cuando es necesario hacerlo, se realiza después de haber sido endurecida la pieza en un proceso de tratamiento térmico adecuado y se puede realizar por rectificación por generación y rectificación de perfiles o con herramientas CBN repasables o con capa galvanizada. Los rectificados de engranajes con muelas y de perfiles es una tecnología muy avanzada y ha logrado una capacidad notoria con la utilización de modernas herramientas de corindón aglutinado.
Bruñido. El bruñido de los engranajes se aplica a aquellos que están sometidos a grandes resistencias, por ejemplo el grupo piñón-corona hipoide de las transmisiones de los camiones o tractores. El bruñido genera una geometría final de los dientes de alta calidad en los engranajes que han sido endurecidos, al mismo tiempo que mejora el desprendimiento y las estructuras de las superficies.
Afilado de fresas. Las fresas que se utilizan para tallar engranajes son de perfil constante, lo que significa que admiten un número muy elevado de afilados cuando el filo de corte se ha deteriorado. Existe en el mercado una amplia gama de afiladoras para todos los tipos de herramientas que se utilizan en el mecanizado de los engranajes. La vida útil de las herramientas es uno de los asuntos más significativos con respecto a los costos y a la disponibilidad de producción. Las afiladoras modernas están equipadas, por ejemplo, con accionamientos directos, motores lineares y sistemas digitales de medición.
Técnicas de recorrido del material. En las industrias modernas y automatizadas de mecanizados la técnica de recorrido de material comprende la manipulación automática de piezas de trabajo en los sistemas de
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producción incluso la carga y descarga de máquinas-herramientas así como el almacenamiento de piezas.
Gestión económica del mecanizado de engranajes. Cuando los ingenieros diseñan una máquina, un equipo o un utensilio, lo hacen mediante el acoplamiento de una serie de componentes de materiales diferentes y que requieren procesos de mecanizado para conseguir las tolerancias de funcionamiento adecuado. La suma del coste de la materia prima de una pieza, el coste del proceso de mecanizado y el coste de las piezas fabricadas de forma defectuosa constituyen el coste total de una pieza. Desde siempre el desarrollo tecnológico ha tenido como objetivo conseguir la máxima calidad posible de los componentes así como el precio más bajo posible tanto de la materia prima como de los costes de mecanizado. mecanizad o.
Para reducir el coste del mecanizado de los engranajes se ha actuado en los siguientes frentes: •
•
•
Conseguir materiales cada vez mejor mecanizables, materiales que una vez mecanizados en blando son endurecidos mediante tratamientos térmicos que mejoran de forma muy sensible sus prestaciones mecánicas de dureza y resistencia principalmente. Conseguir herramientas de corte de una calidad extraordinaria que permite aumentar de forma considerable las condiciones tecnológicas del mecanizado, o sea, más revoluciones de la herramienta de corte, más avance de trabajo, y más tiempo de duración de su filo de corte. Conseguir talladoras de engranajes más robustas, rápidas, precisas y adaptadas a las necesidades de producción que consiguen reducir sensiblemente el tiempo de mecanizado así como conseguir piezas de mayor calidad y tolerancia más estrechas.
Para disminuir el índice de piezas defectuosas se ha conseguido automatizar al máximo el trabajo de las talladoras, construyendo talladoras automáticas muy sofisticadas o guiadas por control numérico que ejecutan un mecanizado de acuerdo a un programa establecido previamente.
CALCULO DE ENGRANES. Se llama cálculo de engranajes a las operaciones de diseño y cálculo de la geometría de un engranaje, para su fabricación. Principalmente los diámetros y el perfil del diente. También se consideran los cálculos de las transmisiones cinemáticas que hay que montar en
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las máquinas talladoras de acuerdo a las características que tenga el engranaje, y que está en función de las características de la máquina talladora que se utilice.
Tratamiento térmico de los engranajes. Los engranajes están sometidos a grandes presiones tanto en la superficie de contacto y por eso el tratamiento que la mayoría de ellos recibe consiste en un tratamiento térmico de cementación o nitruración con lo cual se obtiene una gran dureza en la zona de contacto de los dientes y una tenacidad en el núcleo que evite su rotura por un sobreesfuerzo. La cementación consiste en efectuar un calentamiento prolongado en un horno de atmósfera controlada y suministrarle carbono hasta que se introduzca en la superficie de las piezas a la profundidad que se desee. Una vez cementada la pieza se la somete a temple, con lo cual se obtiene gran dureza en la capa exterior, ideal para soportar los esfuerzos de fricción a que se someten los engranajes. Los engranajes que se someten a cementación están fabricados de aceros especiales adecuados para la cementación. Otra veces el tratamiento térmico que se aplica a los engranajes es el de nitruración, que está basado en la acción que ejercen sobre la superficie exterior de las piezas la acción del carbono y del nitrógeno. La nitruración reduce la velocidad crítica de enfriamiento del acero, alcanzando un mayor grado de dureza una pieza nitrurada y templada que cementada y templada, aun para un mismo tipo de material. En la actualidad, y particularmente en la industria de la automoción, se están supliendo aceros aleados por aceros más sencillos dadas las grandes ventajas técnicas que ofrece la nitruración (elevadas durezas, regularidades de temple, menos deformaciones...). En los procesos de nitruración se puede obtener capas entre 0.1-0.6mm., siendo las durezas en la periferia del orden de los 60-66 HRC. La nitruración es un proceso para endurecimiento superficial que consiste en penetrar el nitrógeno en la capa superficial. La dureza y la gran resistencia al desgaste proceden de la formación de los nitruros nitruro s que forman fo rman el nitrógeno nitró geno y los elementos presentes en los aceros sometido a tratamiento. A veces hay engranajes que se les aplica un temple por inducción donde el calentamiento es limitado a la zona a tratar y es producido por corrientes alternativas inducidas. Cuando se coloca un cuerpo conductor dentro del campo de una bobina o de un solenoide con corrientes de media o alta frecuencia, el cuerpo es envuelto por una corriente inducida, la cual produce el calentamiento. Para ello se emplea inductores que tienen la forma apropiada de la dentadura que queremos tratar. La ausencia de todo contacto entre el inductor y la pieza sometida a calentamiento permite la obtención de concentraciones del orden de los 25.000 W cm-2. La velocidad de 28
calentamiento es casi unas 15 veces más rápida que por soplete. Para templar una pieza por inducción será necesario que tenga un espesor por lo menos unas diez veces superior al espesor que se desea templar. El éxito de un buen temple reside en acertar con la frecuencia de corriente de calentamiento, para que ésta produzca una concentración suficiente de corriente inducida en la zona a templar. El sistema que se emplea en el calentamiento es en dos ciclos. 10.000 ciclos para el calentamiento de la base de los dientes y 375.000 para el calentamiento de la periferia. Después Despu és de efectuados los dos calentamientos el engrane es sumergido sumer gido en agua o aceite en función del tipo de acero que sea. Una posibilidad que existe para solucionar los problemas que aparecen en los engranajes ha sido el níquel químico. Los depósitos de níquel le confieren a la pieza tratada una buena resistencia a la corrosión, una gran resistencia a la fricción y una gran dureza con ayuda de unos precipitados concretos. El niquelado químico se consigue que las capas sean uniformes, siempre y cuando todas las partes de la pieza estén en contacto con la solución y la composición de esta se mantenga constante, y el espesor de esta capa varía según el tiempo de tratamiento y la composición. Las piezas antes de ser tratadas deben de pasar por otras fases como pueden ser el decapado, ataque, para garantizar su adhesión, y otra cosa a tener en cuenta es que el niquelado químico reproduce en la superficie la rugosidad de la pieza tratada.
Verificación de engranajes. La verificación de engranajes consiste en poder controlar los distintos parámetros que lo definen. Para medir el espesor cordal se utilizan pie de rey de doble nonio y micrómetros de platillo. La medición del espesor de los dientes mediante pie de rey de doble nonio, sólo se utiliza por lo general cuando se trata engranajes de módulo grande y mecanizado de desbaste. Para medir el espesor de engranajes de precisión se utiliza un micrómetro de platillo y se selecciona el número de dientes a abrazar para que el contacto entre los flancos de los dientes y los platillos se produzca en la circunferencia primitiva. La medición mediante comparadores se utiliza con patrones de puesta a punto para cada operación de control.
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La verificación en proyector de perfiles se utiliza para medir sobre la imagen amplificada o verificar utilizando plantillas adecuadas todas las características del engranaje. La medición de la excentricidad de un engranaje que es el descentramiento del diámetro primitivo respecto al eje de referencia de la pieza, se s e puede verificar: • •
Con comparador y varilla calibrada Por rodadura contra un perfil patrón.
Los engranajes maestros se clasifican en varias calidades de acuerdo con DIN3790 y 58420. Sus dientes una vez mecanizados pasan por un proceso de súper acabado. Durante la medición según este principio los engranajes a controlar se hacen engranar con engranajes maestros.
Lubricación de engranajes. Las transmisiones por engranajes principalmente las que están sometidas a un gran esfuerzo y funcionamiento de gran velocidad tienen que tener el lubricante adecuado para poder contribuir a conservar sus propiedades p ropiedades mecánicas durante el uso: La clasificación de los lubricantes de transmisión de uso industrial se realiza según diferentes criterios:
Especificaciones técnicas de los lubricantes. Las especificaciones de los lubricantes de transmisión difieren ligeramente según el ente que las haya emitido. En Europa las especificaciones más conocidas son las que la norma DIN 51517 define como LUBRICANTES tipo CLP. A los propósitos de esta norma, LUBRICANTES CLP son aquellos basados en aceite mineral incluyendo aditivos diseñados para aumentar las propiedades anticorrosivas (Símbolo C), aumentar la resistencia al envejecimiento (Símbolo L), y disminuir el desgaste (Símbolo P)". Esta norma define las viscosidades para los grados ISO 68, 100, 150, 220, 380, 460, y 680.
Elección del lubricante y su viscosidad más adecuada. El primer indicador del lubricante a utilizar en un determinado equipo debe ser siempre la recomendación del fabricante que lo ha diseñado y conoce sus necesidades. La elección de la adecuada viscosidad para un sistema de engranajes de dientes rectos o helicoidales es dependiente de •
potencia expresada en KW o HP 30
• • •
reducciones múltiples o simples velocidad expresada en rpm tipo de lubricación (circulación o salpicado)
Mantenimiento preventivo de las transmisiones, El cambio de lubricantes y el mantenimiento de los niveles en las cajas de transmisiones por engranajes forma parte del mantenimiento preventivo que hay que realizar a todo tipo de máquinas después de un periodo de funcionamiento. Este mantenimiento puede tener una frecuencia en horas de funcionamiento, en kilómetros recorridos o en tiempo cronológico, semanal, mensualmente o anualmente.
DETERIORO Y FALLO DE LOS ENGRANES. Como todo elemento técnico el primer fallo que puede tener un engranaje es que no haya sido calculado con los parámetros dimensionales y de resistencia adecuada, con lo cual no es capaz de soportar el esfuerzo al que está sometido y se deteriora o rompe con rapidez. El segundo fallo que puede tener un engranaje es que el material con el que ha sido fabricado no reúne las especificaciones técnicas adecuadas principalmente las de resistencia y tenacidad. También puede ser causa de deterioro o rotura si el engranaje no se ha fabricado con las cotas y tolerancias requeridas o no ha sido montado y ajustado en la forma adecuada. Igualmente se puede originar el deterioro prematuro de un engranaje es que no se le haya efectuado el mantenimiento adecuado con los lubricantes que le sean propios de acuerdo a las condiciones de funcionamiento que tenga Otra causa de deterioro es que por un sobresfuerzo del mecanismo se superen los límites de resistencia del engranaje La capacidad de transmisión de un engranaje viene limitada: • • •
•
Por el calor generado, (calentamiento) Fallo de los dientes por rotura ( sobreesfuerzo súbito y seco) Fallo por fatiga en la superficie de los dientes (lubricación deficiente y dureza inadecuada) Ruido como resultante de vibraciones a altas velocidades y cargas fuertes.
Los deterioros o fallas que surgen en los engranajes están relacionadas con problemas existentes en los dientes, en el eje, o una combinación de ambos. Las fallas relacionadas 31
con los dientes pueden tener su origen en sobrecargas, desgaste y grietas, y las fallas relacionadas con el eje pueden deberse a la desalineación o desequilibrado del mismo produciendo vibraciones y ruidos.
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Capítulo II. TRANSMISIONES MANUALES. FUNCIONAMIENTO DE TRANSMISIONES MANUALES. A continuación describiremos paso a paso lo que sucede dentro de una transmisión manual de 7 velocidades para servicio mediano y una transmisión de 18 velocidades para servicio pesado. La principal diferencia entre amabas transmisiones es que por la capacidad torcional que soporta la de 7 velocidades solo cuenta con una flelcha auxiliar para ayudar a manejar el torque del motor y la transmisión de 18 velocidades es una “SST”, Spicer Splitt Torque, o de torque divido, esto quiere decir que utiliza dos flechas auxiliares para poder manejar todo el torque disponible del motor. Otra diferencia es que la transmisión de 7 velocidades completa toda la variedad de cambios utilizando únicamente el sistema mecánico de cambios, llamado Optirail, un sistema patentado por Spicer, que consta de barras y horquillas de cambios combinadas con un bastidor que lo vuelven un sistema muy robusto, y la transmisión de 18 velocidades depende de un sistema neumático para poder accionar dos sistemas de doble relación dentro de la transmisión llamados Splitter o divisor y Range o rango, para poder completar la gama de velocidades. En los siguientes diagramas se muestra una transmisión ES56-7B, es una transmisión con cambios con sincronizador, soporta hasta 560 lb-pie de torque cuenta con 7 velocidades progresivas más reversa.
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7a
Flecha de entrada.
3a 2a 5a 4a 1 6a
Flecha principal.
R
Flecha de salida.
Flecha auxiliar. Sincronizadores. Plato 1ra/rev.
Podemos identificar de izquierda a derecha, la campana del embrague y la flecha de entrada, en esta flecha esta integrado el engrane de 7ma, la parte media de la transmisión se compone por la carcaza principal, la flecha principal, la flecha auxiliar o tren fijo, y en la extrema derecha, se encuentra la carcaza auxiliar, con la flecha de salida, que en esta ocasión va empotrada en la flecha principal, así como la continuación de la flecha auxiliar o tren fijo. A continuación vamos a ver qué pasa cada que el operador hace cambios de velocidad, recordemos que cuando se selecciona el engrane de 1era ó reversa la unidad se encuentra detenida, así que como observamos en el diagrama anterior para estos cambios no se tiene sincronizador, únicamente se tiene un collar dentado que corre sobre el estriado de la flecha de salida, ya que no es necesario “sincronizar” RPM’s ya que las flechas están detenidas y al aplicar el pedal del embrague hasta el fondo el freno de embrague detiene el movimiento de todos los engranes de la transmisión.
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1a. VELOCIDAD
7a.
3a. 2a. 5a. 4a. 1a 6a.
R
Primera velocidad. Se observa que el torque y las revoluciones del motor entran por la flecha de entrada que es impulsada por el giro del embrague que esta en contacto con el volante del motor, esta flecha integra el engrane de 7ma principal, que esta en contacto permanente e impulsando al engrane de 7ma de la flecha auxiliar, recordemos que en este tren todos los engranes son fijos a la flecha y están en contacto con sus correspondientes de la principal. Cuando el operador selecciona el engrane de primera, desliza el collar sobre la flecha de salida hasta acoplarlo con el engrane, de esta manera se traslada el movimiento del engrane a la flecha y a su vez al yugo. En esta velocidad tenemos una relación de 10.09, salida de la ecuación que se muestra en este mismo capitulo y va relacionada el número de dientes de los engranes que están trabajando en este momento. Esto quiere decir que la transmisión esta multiplicando 10.09 veces el torque que esta recibiendo del motor y esta dividiendo 10.09 veces las RPM’s que lleguen del motor. Suponiendo que reciba 560 lb-pie @ 1600 RPM y 190 HP a las 2400 RPM, la transmisión entregara en este cambio 5,650 lp-pie lp-pie @ 1600 RPM y 190 HP a las 237.86 RPM,, como podemos observar la transmisión nos multiplico el torque pero redujo en la RPM misma proporción las revoluciones. A continuación veremos la segunda velocidad, a partir de este cambio y hasta la séptima el cambio se efectúa por medio de sincronizadores, de los cuales hablamos en el capítulo III. 35
7a.
3a. 2a. 5a. 4a. 1a 6a.
R
Segunda Velocidad. La relación en 2da es de 5.98 subimos el torque a 3,348.8 lb-pie y lb-pie y bajamos las RPM del motor a 401.33 RPM, RPM, se tiene el mismo procedimiento que en primera, pero ahora el movimiento y fuerza del engrane de segunda se traslada a la flecha por un sincronizador.
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7a.
3a. 2a. 5a. 4a. 1a 6a.
R
Tercera Velocidad. La relación en 3ra es de 3.72, subimos el torque a 2,083.02 lb-pie lb-pie y bajamos las RPM a 645.16 RPM. RPM.
7a.
3a. 2a. 5a. 4a. 1a 6a.
37
R
Cuarta Velocidad. En 4ta, tenemos 2.56 como relación y el torque es 1,433.6 lb-pie y las revoluciones son 937.5 RPM, RPM, disponibles en el yugo de la transmisión.
7a.
3a. 2a. 5a. 4a. 1a 6a.
R
Quinta Velocidad. En 5ta, tenemos 1.81 de relación y el torque y revoluciones disponibles en el yugo de la transmisión son 1,013.06 lb-pie y lb-pie y 1,325.96 RPM. RPM.
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7a.
3a. 2a. 5a. 4a. 1a 6a.
R
Sexta Velocidad. En 6ta, tenemos relación de 1.35 lo que nos deja el torque y revoluciones en 756 lb pie y pie y 1,777.77 RPM disponibles RPM disponibles en el yugo.
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7a.
3a. 2a. 5a. 4a. 1a 6a.
R
Séptima velocidad. En 7ma, como podemos observar en el diagrama de flujo de la transmisión tenemos que el torque y las revoluciones del motor pasan directas por la transmisión, la relación es igual a 1.00, lo que quiere decir que por una lb-pie y por una RPM que entregue el motor, en el yugo de la transmisión tendremos una de cada una. Este tipo de transmisiones son utilizadas principalmente para aplicaciones urbanas, ya sea de reparto de pasajeros o de mercancías, y se prefieren por la relación alta en las primeras velocidades ya que ayuda para “ganar” pasaje o para arrancar en calles con pendientes pronunciadas. Para seguir con el mismo ejemplo, esto quiere decir que en 7ma tendremos 560 lb pie de pie de torque a las 1600 RPM y 190 HP a las 2400 RPM del RPM del motor. En la siguiente tabla podemos observar como modifica la transmisión el torque y las revoluciones del motor para lograr romper la inercia del reposo y finalmente para alcanzar la velocidad deseada de la unidad. Vel. 1 2 3 4
Relación. 10.09 5.98 3.72 2.56
Torque lbpie @ Potencia HP RPM (motor) @ RPM (motor) 560@1,600 190@2,400 560@1,600 190@2,400 560@1,600 190@2,400 560@1,600 190@2,400 40
Torque lbpie @ RPM (transmisión) 5,650.40@1,600 5,650.40 @1,600 3,348.80@1,600 3,348.80 @1,600 2,083.02@1,600 2,083.02 @1,600 1,433.60@1,600 1,433.60 @1,600
Potencia HP @ RPM (transmisión)
[email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected]
5 6 7
1.81 560@1,600 190@2,400 1,013.06@1,600 1,013.06 @1,600 190@1,325.96 190@1,325.96 1.35 560@1,600 190@2,400 756.00@1,600 756.00 @1,600 190@1,777.77 190@1,777.77 1.00 560@1,600 190@2,400 560.00@1,600 560.00 @1,600 190@2,400.00 190@2,400.00 Como podemos observar la entrada de torque y revoluciones son constantes a la transmisión y la transmisión modifica desde Alto torque hasta el mismo torque del motor y desde Bajas RPM hasta las mismas del motor. Existe otro modelo de transmisión de 7 velocidades, la ESO66-7B, esta transmisión es de cambios sincronizados, con “overdrive” (sobre marcha), y soporta 660 lb-pie de torque. Sus relaciones de cambios y los efectos en la velocidad son los siguientes. Vel. 1 2 3 4 5 6 7
Relación. 7.48 4.43 2.76 1.90 1.34 1.00 0.74
Torque lbpie @ Potencia HP RPM (motor) @ RPM (motor) 560@1,600 190@2,400 560@1,600 190@2,400 560@1,600 190@2,400 560@1,600 190@2,400 560@1,600 190@2,400 560@1,600 190@2,400 560@1,600 190@2,400
Torque lbpie @ RPM (transmisión) 4,188.80@1,600 4,188.80 @1,600 2,480.80@1,600 2,480.80 @1,600 1545.60@1,600 1545.60 @1,600 1,064.00@1,600 1,064.00 @1,600 1,013.06@1,600 1,013.06 @1,600 560.00@1,600 560.00 @1,600 414.40@1,600 414.40 @1,600
Potencia HP @ RPM (transmisión)
[email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] 190@1,263.15 190@1,263.15 190@1,791.04 190@1,791.04 190@2,400.00 190@2,400.00 190@3,243.24 190@3,243.24
La principal diferencia entre las dos transmisiones de 7 velocidades es el último cambio, como podemos ver en la Overdrive y como se explico anteriormente en este capítulo, la sobre marcha son esos cambios donde la relación es menor a 1.00, en este caso 0.74, lo que hace que la transmisión nos entregue menos torque del que esta recibiendo del motor, recordemos que estamos con el camión en la última velocidad y en su velocidad crucero, no necesitamos todo el torque del motor para mantenerlo en movimiento y si encontráramos una pendiente en el camino con la suficiente inclinación necesitaríamos únicamente retroceder un cambio para superarla. Realmente el objetivo de la sobre marcha es el poder llevar a menores RPM el motor buscando una economía de combustible, ya que la transmisión nos entrega más velocidad que la que recibe y la caja de velocidades no consume diesel. O por el contrario y el caso de los transportistas de nuestro país se presenta, no se busca ahorro de combustible sino altas velocidades en carretera, aún cuando las velocidades máximas para este tipos de vehículos de carga están estipuladas por la SCT, (Secretaría de Comunicaciones y Transportes). Mecánicamente la forma de obtener esta relación menor a 1.00 es colocando un engrane de menor diámetro en el cambio anterior al de la flecha de entrada, lo que convierte al engrane de esta flecha en el penúltimo cambio, en lugar de el último. Se utilizan distintos mecanismos para que esta posición invertida NO se refleje en la palanca de cambios. Normalmente “columpios” o “Levas” son las encargadas de invertir el movimiento de la palanca haca las barras. 41
6a
3a 2a 5a 7a 4a 1a
R
Transmisión de 7 velocidades con Overdrive. En la ilustración superior se puede observar que el diámetro del engrane de 7ma es menor al del engrane de 6ta, a demás de que es claro que la posición entre estos dos engranes esta invertida en comparación con la transmisión de 7 velocidades Directa. En el siguiente esquema se observa que para esta transmisión la 6ta velocidad es directa con relación 1.00.
42
6a.
3a. 2a. 5a. 7a. 4a. 1a
R
Sexta velocidad (directa), transmisión Overdrive. Y para la 7ma velocidad el engrane de la flecha de entrada (6ta) de mayor diámetro impulsa, al engrane de 7ma de menor diámetro dándole la sobre marcha.
43
6a.
3a. 2a. 5a. 7a. 4a. 1a
R
Séptima velocidad, Sobre marcha. (overdrive) Para todas las transmisiones vehiculares de estos segmentos el tren de tercera se conforma por un engrane “loco”, que se encuentra entre el engrande de reversa de la flecha auxiliar y el engrane de reversa de la flecha principal, lo que ayuda a invertir el sentido de giro de este último, que a través del collar de embrague de cambio impulsa la flecha de salida.
44
7a.
3a. 2a. 5a. 4a. 1a 6a.
R
Reversa. El ejemplo que desarrollaremos a continuación es el de una transmisión neumática de 18 velocidades, todas las cajas de velocidades de este rango y este número de velocidades disponibles en el mercado en la actualidad cuentan con doble sobre marcha. Esta transmisión cuenta con alimentación neumática del sistema de aire del camión, y es pasado por el filtro regulador de la transmisión y enviado a una válvula distribuidora de 4 pasos que hace la función de perilla selectora de la palanca de cambios. Esta válvula, cuenta con una entrada de suministro de aire “S”, un escape “E” y 4 salidas de aire que van directas a las dos cajas pistón que mueven el divisor y el Rango de la transmisión.
Perilla selectora neumática SPICER SST. Recordemos que el rango y el divisor son dos sistemas de doble relación independientes el uno del otro, integrados dentro de la transmisión y que ayudan para lograr las relaciones de cambios deseadas y la variedad de las 18 velocidades. 45
Transmisión de 18 velocidades para tractocamión. En la imagen anterior podemos observar los trenes de Divisor y Rango así como los de los 5 cambios de palanca ascendentes y el tren de reversa, donde se puede apreciar mejor el engrane loco que ayuda apara invertir el giro. A continuación vamos a ver el patrón de cambios que fue descrito en el capitulo III, podemos observar que en los primeros 5 cambios de palanca movemos el selector neumático de la perilla entre la posición 1 y 2 para multiplicar cada cambio de palanca por 2 y así lograr las primeras 10 velocidades.
Primeros 10 cambios con Rango en Baja. Una vez alcanzada la velocidad 10 regresamos la palanca de cambios a la segunda posición y llevamos el selector de la perilla a la posición 3, de esta manera hacemos el 46
cambio a rango alto y ahora el divisor lo moveremos con el selector neumático de la perilla entre la posición 3 y 4 hasta alcanzar los últimos 18 cambios. De la misma forma pero invirtiendo nuestros movimientos logramos hacer los retrocesos.
Últimos 8 cambios con Rango en Alta. A continuación vamos a ver que elementos de la transmisión trabajan cuando seleccionamos cada cambio de velocidad y que relación vamos logrando con cada combinación de trenes para modificar torque y revoluciones. Escogeremos un motor típico típico de aplicaciones de tractocamión para carretera con 1650 lb-pie @ 1200 RPM y una potencia de 435 HP @ 1800 RPM. En primera velocidad el operador oprime a fondo el pedal del embrague para detener todos los engranes de la flecha principal y poder acoplar con facilidad el collar embrague de primera en el engrane de la misma velocidad, el selector de la perilla neumática se coloca en la posición 1, esta forma la válvula manda aire a los pistones para mantener el rango en baja y el divisor en baja.
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4
5 3 2
1
1
L
H
H
L
Primera velocidad. Se observa que el flujo de potencia entra por la flecha de entrada transmitiendo al engrane de baja del divisor que a su vez alimenta a las dos flechas auxiliares principales, y el movimiento del engrane de primera es transmitido a la flecha principal por el collar embrague, el engrane de alta de rango que va empotrado en la flecha principal impulsa a las flechas auxiliares y através del sincronizador de rango se pasa el movimiento de el engrane de baja a la flecha de salida para mover el yugo. En este cambio la relación es de 14.89, lo que nos da 24,568.50 lb-pie @ lb-pie @ 1200 RPM y 435 @ 120.88 120.88 RPM RPM Para pasar a la segunda velocidad, mantenemos la posición de palanca en el engrane de primera velocidad y llevamos el selector de la perilla a la posición 2, para cambiar el divisor a Alta y mantener el rango en Baja.
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4
5a3 2
1
1
L
H
H
L
Segunda velocidad. En este cambio podemos observar que lo único que se movió fue el divisor de baja a Alta, el resto de la transmisión se mantiene igual, la relación es 21.41, por lo que la transmisión entregara 20,476.50 lb pie @ 1,200 RPM y 435 HP @ 145.04 RPM. Para hacer el cambio a tercera velocidad seleccionaremos el engrane de segunda moviendo la palanca a esta posición y regresaremos el selector de la perilla neumática a 1, para llevar el divisor de nuevo a Baja. Todo este es te tiempo el rango se mantiene en baja. Para tercera la transmisión nos entrega 17,160.00 lbpie @ 1,200 RPM y 435 HP @ 173.07 RPM.
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4a 5a3a 2a 1a
1
LO HI
HI LO Tercera velocidad.
Pasamos a cuarta velocidad simplemente moviendo el selector de la perilla a posición 2, para cambiar el divisor a Alta, la relación es de 8.66 y la transmisión nos entrega 14,289.00 lbpie @ 1,200 RPM y 435 HP @ 207.85 RPM.
4
5 3a 2
1
1
L
H
H Cuarta velocidad. 50
L
Para quinta velocidad la relación es 7.32 y vamos a seleccionar el engrane de 3ra moviendo la palanca a esta posición, y regresando el selector de la perilla a 1, para bajar de nuevo el divisor, en esta posición la transmisión entrega 12,078.00 lbpie @ 1,200 RPM y 435 HP @ 245.90 RPM.
4
5 3 2
1
1
L
H
H
L
Quinta velocidad. En sexta velocidad mantenemos la palanca en tercera y llevamos el selector de la perilla a 2, para subir el divisor, la relación es 6.09 para lograr 10,048.50 lbpie @ 1,200 RPM y 435 HP @ 295.56 RPM.
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4a 5a3a 2a 1a
1
LO HI
HI LO Sexta velocidad.
Para séptima seleccionamos el engrane de cuarta y regresamos el divisor a baja, la relación es 5.05 y la transmisión nos da 8,332.50 lbpie @ 1,200 RPM y 435 HP @ 356.43 RPM
4
5 3a 2
1
1
L
H
H Séptima velocidad. 52
L
En la octava velocidad si ponemos atención estamos con la palanca en el engrane de cuarta que también es el engrane de Alta de divisor, por este razón la sección principal queda directa y solo el rango trabaja para obtener una relación 4.21 y 6,946.50 lbpie @ 1,200 RPM y 435 HP @ 427.55 RPM.
4
5 3a 2
1
1
L
H
H
L
Octava velocidad. Para la velocidad nueve seleccionamos el engrane de 5ta con la palanca y regresamos el divisor a baja, para una relación 3.54 y 5,841 lbpie @ 1,200 RPM y 435 HP @ 508.47 RPM
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4
5 3a 2
1
1
L
H
H
L
Novena velocidad. Para la décima velocidad únicamente subimos el divisor para lograr una relación 2.95 y 4,867.50 lbpie @ 1,200 RPM y 435 HP @ 610.16 RPM.
4
5 3a 2
1
1
L
H
H Décima velocidad. 54
L
Ya completamos los 5 cambios de palanca y utilizando el divisor en cada uno de ellos logramos 10 cambios de velocidad. Para continuar ascendiendo hacia la onceava necesitamos llevar la palanca al engrane de segunda, pero en esta ocasión seleccionaremos la posición 3 de la perilla neumática, de esta forma regresaremos el divisor a baja y haremos que el rango cambie a alta, como podemos observar en la siguiente figura.
4
5 3a 2
1
1
L
H
H
L
Onceava velocidad.
La sección auxiliar de la transmisión, el rango, queda “libre”, el sincronizador de esta sección une el movimiento de la flecha principal con el de la flecha de salida, todas las transferencias tanto de torque como de RPM se realizan con el divisor y los engranes de palanca de la sección principal. Para la onceava tenemos una relación 2.47 lo que nos da 4,075.50 lbpie de lbpie de torque @ 1,200 RPM y 435 HP @ 728.74 RPM. RPM. Para la doceava velocidad mantenemos la palanca seleccionando el engrane de segunda y movemos el selector de la perilla al 4 para mover el divisor a alta. La perilla neumática en cada posición mueve el divisor y únicamente entre la posición 2 y 3 hace cambio de rango, ran go, para p ara 1 y 2 mantiene el rango en baja baj a y para 3 y 4 lo mantiene en Alta.
55
La relación en doceava es de 2.06 para lograr 3,399 lbpie @ lbpie @ 1,200 RPM y 435 HP @ 873.78 RPM.
4
5 3a 2
1
1
L
H
H
L
Doceava velocidad. Para la treceava velocidad pasamos la palanca a tercera y movemos el selector de la perilla a 3 para bajar el divisor. d ivisor. La relación es 1.74 para lograr 2,871 lbpie @ lbpie @ 1,200 RPM y 435 HP @ 1,034.48 RPM. RPM.
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4
5 3a 2
1
1
L
H
H
L
Treceava Velocidad. Para la Catorceava velocidad movemos el divisor a alta para una relación 1.45 que nos entrega 2,392.50 lbpie @ lbpie @ 1,200 RPM y 435 HP @ 1,241.37 RPM.
4
5 3a 2
1
1
L
H
H Catorceava velocidad. 57
L
Para la quinceava velocidad vamos a mover la palanca al engrane de cuarta y bajamos el divisor para una relación de 1.20 y 1,980.00 lbpie lbpie @ 1,200 y 435 HP @ 1,500.00 RPM
4
5 3a 2
1
1
L
H
H
L
Quinceava velocidad. En la velocidad 16 podemos observar que la transmisión se vuelve directa, relación 1.00, como habíamos señalado en la velocidad 8, el engrane de cuarta y alta de divisor que nuevamente coinciden son el mismo, así que el collar del divisor une la flecha de entrada y la principal, recordemos que ya teníamos teníamos la sección del rango o auxiliar directa. El torque y las RPM son las mismas que entrega el motor.
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4
5 3a 2
1
1
L
H
H
L
H
L
Dieciseisava velocidad.
4
5 3a 2
1
1
L
H
Diecisieteava velocidad. Para la 17 seleccionamos el engrane de quinta o Sobre Marcha, como comentamos con la transmisión de 7 velocidades este engrane es mas pequeño que el engrane que 59
impulsa los trenes que actúan en este momento así que gira más rápido, en esta marcha con el divisor en baja tenemos una relación de 0.84, esto quiere decir que tendremos menos torque que el que nos entrega el motor pero mas revoluciones, 1,386 lbpie de torque @ 1,200 RPM y 435 HP @ 2,142.85 RPM.
4a 5a3a 2a 1a
1
LO HI
HI LO
Dieciochoava velocidad. Para la dieciochava movemos el divisor a alta para bajar la relación a 0.70 para obtener la sobre marcha máxima que nos baja el torque a 1,155 lbpie @ lbpie @ 1,200 RPM pero nos eleva las revoluciones en la potencia máxima a 435 HP @ 2,571.42 RPM. RPM. Recordemos que la entrada de torque y revoluciones es constante dentro de los límites del motor y podemos observar como lo modifica la transmisión ampliando el torque en las primeras velocidades hasta igualarlo en la dieciseisava y disminuyéndolo en las sobre marchas, pero al contrario de lo que pasa con el torque las revoluciones que entrega el motor son disminuidas en los primeros cambios, igualadas en el 16 y ampliadas en la 17 y 18, con el objetivo de bajar las revoluciones del motor en la velocidad crucero o poder mantener una mayor velocidad de la unidad. En capítulos posteriores calcularemos el tren motriz de distintas unidades de acuerdo a las necesidades de carga, ruta y velocidad, y poder ejemplificar el uso práctico de la transmisión.
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En la siguiente tabla podemos observar como modifico el torque y las revoluciones del motor la transmisión para poder romper la inercia cargado y alcanzar la velocidad lineal deseada. Vel. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Relación. 14.89 12.41 10.40 8.66 7.32 6.09 5.05 4.21 3.54 2.95 2.47 2.06 1.74 1.45 1.20 1.00 0.84 0.70
Torque Torque lbpie @ RPM (motor) 1,650@1,200 1,650@1,200 1,650@1,200 1,650@1,200 1,650@1,200 1,650@1,200 1,650@1,200 1,650@1,200 1,650@1,200 1,650@1,200 1,650@1,200 1,650@1,200 1,650@1,200 1,650@1,200 1,650@1,200 1,650@1,200 1,650@1,200 1,650@1,200
Potencia HP @ RPM (motor) 435@1,800 435@1,800 435@1,800 435@1,800 435@1,800 435@1,800 435@1,800 435@1,800 435@1,800 435@1,800 435@1,800 435@1,800 435@1,800 435@1,800 435@1,800 435@1,800 435@1,800 435@1,800
Torque lbpie @ RPM (transmisión) 24,568.50@1,200 24,568.50 @1,200 20,476.50@1,200 20,476.50 @1,200 17,160.00@1,200 17,160.00 @1,200 14,289.00@1,200 14,289.00 @1,200 12,078.00@1,200 12,078.00 @1,200 10,048.50@1,200 10,048.50 @1,200 8,332.50@1,200 8,332.50 @1,200 6,946.50@1,200 6,946.50 @1,200 5,841.00@1,200 5,841.00 @1,200 4,867.50@1,200 4,867.50 @1,200 4.075.50@1,200 4.075.50 @1,200 3,399.00@1,200 3,399.00 @1,200 2,871.00@1,200 2,871.00 @1,200 2,392.50@1,200 2,392.50 @1,200 1,980.00@1,200 1,980.00 @1,200 1,650.00@1,200 1,650.00 @1,200 1,386.00@1,200 1,386.00 @1,200 1,155.00@1,200 1,155.00 @1,200
Potencia HP @ RPM (transmisión)
[email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] 435@1,034.48 435@1,034.48 435@1,241.37 435@1,241.37 435@1,500.00 435@1,500.00 435@1,800.00 435@1,800.00 435@2,142.85 435@2,142.85 435@2,571.42 435@2,571.42
CLASIFIACIÓN DE TRANSMISIONES MANUALES. De acuerdo a la experiencia que he desarrollado en campo trabajando para transmisiones TSP, puedo clasificar a las transmisiones en dos campos, por sus sistema de cambios y por su relación final, a grandes rasgos las hemos estudiado al analizar que pasa dentro de la transmisión de 7 y de 18, pero ahora las explicaremos más ampliamente.
POR SU SISTEMA DE CAMBIOS. Por su sistema de cambios las podemos clasificar en Sincronizadas y NO sincronizadas, primero hablaremos de este componente y veremos cómo funciona y cual es su aplicación. El sincronizador, es un componente que ayuda a igualar las revoluciones entre el engrane de la velocidad deseada y la flecha principal. A continuación vamos a ver las piezas que componen el sincronizador. 61
Componentes de un sincronizador. Dientes embragables del engrane.
Nariz del cono. Superficie del cono. Postes del Sincronizador. Dientes del plato Deslizable del sincronizador. Ranura para la Horquilla.
Área de contacto.
Anillo
Anillo
Orificios Biselados. Material de Fricción.
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El plato deslizable contiene el collar de cambios, como se muestra en la ilustración el collar tiene estriado interno, para que se pueda deslizar sobre la flecha principal. En los extremos está dentado para poder embragar con los dientes de los engranes. También en el plato esta el alojamiento para la horquilla que puede ser impulsada por el operador o por el sistema neumático de la transmisión dependiendo de qué sincronizador estemos hablando. Los Postes o pernos del sincronizador sirven para guiar y bloquear al plato una vez que ha embragado al engrane. Los anillos tienen pegado el material de fricción que hará contacto en los conos de los engranes para desalojar el aceite que se encuentre entre ellos y poder reducir las RPM del engrane. (Los frenos están diseñados y calculados para restar la velocidad del engrane una vez que el clutch desconecte el motor de las transmisión.) El rango de aplicación de los sincronizadores de cambio a los cuales el operador mueve directamente a través de la palanca de velocidades, va desde una motocicleta con motor de 70 cc y un torque no mayor 30 lbpie, hasta aplicaciones medianas en motores de hasta 300 HP y 660 lbpie de torque, pasando por vehiculos de trabajo como las camionetas de 3 ½ Toneladas con motores de 340 lbpie o autos deportivos como el Dodge Viper de 500 HP y 500 lbpie de torque. Todos estos sincronizadores tienen los mismos componentes aunque pueden variar en sus dimensiones y formas, así como en el material de fricción utilizado. Los más importante que debemos recordar cuando hablamos de transmisiones sincronizadas es el uso del embrague obligatorio en cada cambio de velocidad, ya que de lo contrario el engrane a seleccionar sigue impulsado por el motor y forzamos los frenos y pernos del sincronizador, lo que puede resultar resu ltar en quemaduras, fracturas y daños severos a la transmisión. Para el caso de las transmisiones no sincronizadas, tenemos únicamente el collar de cambios, o collar embrague, como se puede observar en la siguiente ilustración el collar tiene un estriado interno para poder deslizar sobre la flecha principal y los engranes tienen dientes embragables para poder recibir el collar
63
Collar embrague y engranes. Este tipo de transmisiones son consideradas como transmisiones profesionales por Spicer, ya que se necesita de operadores capacitados para poder manejar este tipo de caja de velocidades. Al carecer de los componentes de un sincronizador como los frenos, el igualado de RPM entre los engranes y la flecha se debe hacer con la experiencia del chofer y el perfecto conocimiento del tren motriz que esta configurado en su camión. Como vimos en el capítulo III, para un operador nuevo se recomienda incluso la técnica del doble embrague, para sacar la palanca de la posición original y de nuevo para meter la palanca en la siguiente posición. Operadores con más tiempo en el manejo de estas cajas y una buena técnica de operación pueden manejar con una sola aplicación del embrague o incluso sin clutch. Para este tipo de transmisiones no se tienen aplicaciones con sincronizador ya que el límite de los materiales de fricción de estos es hasta las 660 lbpie, se puede desarrollar sincronizadores pero encarecerían el costo de la transmisión. Utilizando únicamente el collar embrague se tiene la capacidad desde los 600 lbpie hasta las 2,050 lbpie de torque.
POR SU RELACIÓN FINAL Por su relación final es un tema que ya hemos tocado con anterioridad pero aquí veremos sus aplicaciones reales. Recordemos que existen transmisiones Directas y transmisiones con Sobre Marcha, empecemos por las ventajas que tienen las Directas.
Las Transmisiones Directas, tienen por lo general relaciones más altas en los 3 ó 4 primeros cambios, c ambios, esto las vuelve v uelve ideales ideal es para pa ra las la s aplicaciones urbanas, en donde do nde se s e topan con tráfico, semáforos, intersecciones, baches o simplemente paradas programadas continuas, y rara vez se manejan durante mucho tiempo en sus última velocidad. 64
Las transmisiones de este tipo se puede configurar con un eje de doble relación conocido como dual, que hace que la relación del eje diferencial cambie entre una relación lente y una rápida, para obtener una doble marcha en cada velocidad de la transmisión y de esta forma contar con un desempeño más uniforme en sus cambios. También tenemos aplicaciones para carretera con transmisiones directas, para el caso de los tractocamiones que transportan materiales peligrosos, como los combustibles, la SCT, tiene estipulada una velocidad máxima de 85 km/hr, y deben circular siempre por carreteras principales y de cuota, a esta velocidad meter una transmisión con sobre marcha haría que las RPM del motor cayeran por debajo de las deseadas para un buen rendimiento de combustible (1,450 – 1,500 RPM). Por lo tanto se utilizan transmisiones transmisiones directas para mantener el motor en la zona de mejor consumo. Por el contrario las transmisiones con Sobre marcha, son pensadas primordialmente para aplicaciones de carretera con velocidades entre los 95 y 105 km/hr, donde el motor puede mantener los mismas 1,450 RPM pero a estas velocidades. Se busca mejorar el rendimiento de combustible y el beneficio se tiene todo el tiempo que el camión circule en su último cambio. También se puede recurrir a estas transmisiones para aplicaciones mixtas, ya que no pierden fuerza en ciudad aunque el mejor desempeño lo tendrán en carretera.
OPERACIÓN DE TRANSMISIÓNES MANUALES. Una de las principales formas en que se pueden agrupar a las transmisiones manuales son en Sincronizadas y no Sincronizadas. La principal función del sincronizador es la de restar RPM’s al engrane de la velocidad que seleccionamos para que sea más fácil igualar sus revoluciones con las de la flecha principal, y así poder hacer cambios de velocidad más rápido y fácil. Encontramos transmisiones sincronizadas desde los vehiculos ligeros hasta los camiones y autobuses de rango medio con motores menores de 660 lb.pie de torque.
TRANSMISIONES SINCRONIZADAS. Una transmisión sincronizada, ayuda al conductor a realizar cambios de velocidades libres de ruidos (falsos acoplamientos). Las transmisiones Spicer no cuentan con sincronizador en las velocidades de primer y reversa, ya que normalmente estas velocidades son seleccionadas cuando el vehículo esta detenido. No se requiere de sincronización de la velocidad del motor y la velocidad del vehículo para efectuar un cambio a primera o reversa estando la unidad parada. De hecho, un sincronizador podría causar endurecimiento del cambio en estas dos velocidades, ya que el engranaje requiere de rotación para efectuar su trabajo. Para usar los sincronizadores adecuadamente y obtener los beneficios de cambios de velocidades suaves y libres de ruido, a continuación se describe como es que trabajan: En 65
neutral, un bloqueador mantiene el collar del clutch en la posición de neutral, el cuál permite al operador ejercer suficiente presión en la palanca para hacer que el anillo del sincronizador aumente su velocidad o que reduzca la velocidad de la flecha principal, para así igualar las velocidades del motor y la del vehículo. El bloqueador no es más que dos superficies con cierta angularidad, que previenen al operador de hacer el cambio antes de que el engrane y la flecha estén sincronizados. La última última fase del cambio es el acoplamiento del engrane y el collar para así proporcionar el flujo de potencia del motor a los ejes. Es muy simple su operación, y muy importante el entenderlo, si el operador desea obtener el mejor resultado de una transmisión sincronizada. El propósito del sincronizador es el de simplificar los cambios de velocidades y ayudar al conductor a realizar cambios suaves y silenciosos. Cuándo se requiere un cambio, el operador presiona el clutch y mueve la palanca al engrane (velocidad) deseado. Cuando el anillo del sincronizador hace contacto con el engrane deseado, los bloqueadores automáticamente previenen al collar de cambios de completar el cambio hasta que la velocidad de la flecha y del engrane sean las mismas. En ese momento el bloqueador se neutraliza automáticamente y el resultado es un cambio de velocidad suave y silencioso. Debe de notarse que una presión uniforme en la palanca de cambios ayuda al sincronizador a realizar su trabajo rápidamente. Cuando se obtiene la sincronización, la palanca se mueve al engrane de la velocidad seleccionada suave y fácilmente. Si el conductor “golpea” el sincronizador aplicando excesiva presión y no lo hace de manera uniforme, el sincronizador no puede realizar su trabajo. Toma uno o dos segundo el que la velocidad se iguale, y aplicando una ligera presión uniforme se asegura un rápido funcionamiento del sincronizador. Es posible el dañar un bloqueador si la palanca es forzada a entrar a la velocidad seleccionada, sin permitir que el sincronizador haga su trabajo. Esto, por supuesto va en contra del propósito del sincronizador y provocará golpeteo de los engranes, lo cual puede reducir la vida de la transmisión. En las transmisiones Spicer, sincronizadas, se incluyen también seguros de engranes de 2ª, 3ª, 4ª, 5ª 6ª y 7ª. (en las que aplica). Esto es un sencillo mecanismo que mantiene a la transmisión en el engrane seleccionado, evitando la “botadura” de velocidad. Los seguros de los engranes son protuberancias que se encuentran en las estrías de la flecha principal, los cuáles trabajan con una hendidura en el collar. Bajo una carga torsional, el collar gira ligeramente sobre la flecha principal y “asegura” el collar y la flecha principal en el engrane seleccionado. Hasta que el torque es interrumpido (al presionar el clutch), el engrane mantiene el collar engranado. Cuando el clutch se libera (se deja de presionar), el seguro del engrane se neutraliza y la palanca se puede mover fuera del engrane (de la velocidad) con facilidad. Si el clutch tiene una baja o poca liberación, es posible que el collar no se separe del engrane o que provoque una sensación de dureza de cambios. En caso de que el engrane y el collar no se separen, antes de bajar la transmisión para servicio, asegúrese de que el clutch sea ajustado para un rápido y buen funcionamiento. Para poner en movimiento la unidad, presione el clutch, espere que los engranes de la transmisión dejen de girar mueva la palanca a la primera posición de palanca y acelere un 66
nivel de RPM que le permita obtener suficiente impulso para seleccionar al engrane de la velocidad superior y aún así obtener aceleración del vehículo después de completar el cambio a la segunda velocidad (segunda posición de palanca). Esto es usando la técnica de cambios de velocidad progresivos. Al hacerlo, ayuda a ahorrar combustible. Usualmente no hay razón de llegar a la máxima velocidad gobernada antes de que efectúe el cambio a segunda, este método puede variar dependiendo del GVW (peso bruto vehicular) de la unidad, condiciones de la carretera así como el tipo de aplicación. Cuando deseas pasar de a la segunda velocidad, proceda de la siguiente manera: Presione el clutch mueva la palanca a la posición del segundo engrane (segunda posición de palanca), mantenga una presión uniforme en la palanca de velocidades. El sincronizador tomará el engrane de segunda y sincronizará su velocidad a la misma velocidad de la flecha principal. Cuando esta sincronizada, la palanca se mueve suave y fácilmente a la segunda. Continúe de la misma manera, hasta llegar a la velocidad máxima. Para cambios descendentes, el mismo procedimiento de cambios de velocidad es usado, excepto que las RPM del motor serán incrementadas al límite gobernado cuando el clutch es presionado y liberado después de completar el cambio de la siguiente manera: En la velocidad máxima conforme se aproxima al punto de cambio (normalmente el cambio comienza alrededor de 100 RPM por encima del punto de cambio), presione el cluth y mueva la palanca de velocidades aplicando una presión uniforme al engrane de 4ta, (cuarta posición de palanca). El sincronizador tomará el engrane de 4ta y aumentará su velocidad hasta igualarla con la del vehículo y permitir así un cambio libre de ruidos de 5ta a 4ta. Después de este cambio, libere el clutch, y al mismo tiempo acelere el motor para mantener a la unidad en movimiento a la velocidad deseada. Si se requiere más cambios descendentes, continúe efectuándolos de la manera descrita. Recuerde que cuando efectúe un cambio descendente a primera velocidad, este engrane no esta sincronizado y requerirá de una operación de doble clutcheo para obtener un cambio libre de ruidos. Los rangos de velocidad y puntos de cambio varían en función al tamaño de las llantas, velocidad máxima gobernada y la precisión del velocímetro.
TRANSMISIONES NO SINCRONIZADAS. La razón por la cual estas transmisiones no son sincronizadas, es debido a que no hay disponible un material económico y resistente para los frenos del sincronizador que tolere el torque mayor a las 700 lb.pie, el caso de la transmisión que utilizare para describir su operación es una PSDO 18, transmisión de Spicer de 18 velocidades y que se encuentra en variedades de torque desde las 1650 lb.pie hata las 2050 lb.pie, equivalentes a un motor de 15 o 16 litros de desplazamiento y 550 a 600 HP. El patrón de cambios es el siguiente: 67
Esta transmisión tiene en la sección principal un sistema de doble relación denominado divisor, y otro en la sección auxiliar denominado rango, que utiliza para lograr la variedad de 18 velocidades.
Arranque de la unidad desde el reposo. ♣ ♣ ♣ ♣
Posición de palanca en neutral. Pedal del embrague presionado. Freno aplicados. Arrancar el motor y permitir que alcance la máxima carga de aire. (sistema neumático general del camión.)
Arrancando en primera velocidad. ♣
♣
Presionar hasta el fondo el pedal del embrague para asegurar que la horquilla del mismo ejerza fuerza contra el freno de paro del embrague, que quita velocidad de la flecha de entrada de la transmisión. Dejar el selector de la perilla en baja de Rango y Divisor y llevar la palanca a la primera posición de palanca.
68
♣ ♣ ♣ ♣
♣
♣
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♣
Liberar los frenos del camión y del remolque, en caso de que aplique. Liberar el pedal del embrague lentamente hasta que quede totalmente liberado. Acelerar poco a poco para que el vehiculo comience a moverse. El patrón de cambios se muestra en la primer ilustración de este tema, para cambiar de posición de palanca se recomienda la técnica de doble embrague, se oprime el embrague para llevar la palanca a la posición de neutral y se vuelve a oprimir para llevarla a la velocidad deseada, esto permite que el motor pierda revoluciones y sea más fácil igualar velocidades entre el motor y el tren motriz. Para hacer los cambios de divisor (en cada posición de palanca), no es necesario neutralizar, solo se presiona el divisor y se da un leve toque del embrague para que se pierda un poco de torque del motor, lo que permite que el collar del divisor embrague, una vez aplicado se acelera de nuevo. Cuando se requiere hacer cambio de divisor y de palanca, el selector debe presionarse a la mitad de la operación del doble embrague para que cuando la palanca entre a la posición deseada de velocidad velocid ad el divisor ya ente acoplado. Para hacer el cambio de rango ente la 10ma y la 11ava velocidad, se puede preseleccionar el cambio de rango de la palanca aún cuando la misma esta en la quinta posición y el cambio de divisor se lleva a cabo como se describe en el punto anterior. Precaución!!!, el cambio de divisor no debe preseleccionarse ya que puede ocasionar falsos acoplamientos (ruido)
Retrocesos. ♣
Se realizan los movimientos antes descritos pero descendiendo velocidades.
Freno de embrague. ♣
El freno de embrague de las unidades de rango pesado, esta diseñado para detener el movimiento de los engranes cuando el pedal del embrague es pisado hasta el fondo, 69
esto con la finalidad de acoplar 1ra y reversa desde la posición de reposo. Utilizar el freno de embrague en el resto de cambios puede provocar cambios duros de palanca. Si 1ra o reversa, se sienten duros al entrar, se s e puede soltar un poco el pedal del embrague para permitir un poco de movimiento dentro de la transmisión así alinear los engranes para poder acoplarlos.
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Capítulo III. ANÁLISIS DE FALLAS Y MANTENIMIENTO. ANÁLISIS DE FALLAS. Los siguientes puntos fueron mencionados como parte de mi inducción al puesto al ser contratado por TSP, pero realmente los desarrolle durante el trabajo cotidiano y la observación. A continuación señalo varias fallas que se pueden presentar comúnmente en una transmisión manual y la forma de analizar los componentes que pueden generar estos síntomas.
CALENTAMIENTO. El Calentamiento es una falla reportada constantemente en las transmisiones, pero es muy importante tener en cuenta el rango de temperatura de una transmisión antes de poder reportar un calentamiento, este se coloca entre 98°C y 137°C, a cualquier carga en terreno plano, incluso con temperaturas ambientes muy altas, la temperatura normal fluctúa entre 98°C y 110°C, en una pendiente pronunciada y prolongada donde la unidad sube entre 20 y 40 kms/hr, la temperatura puede estar entre los 110°C y los 137°C durante todo lo que dure el ascenso. Cualquier lectura superior al rango de trabajo de la transmisión en plano o en subida es una señal de problemas en la transmisión, por lo que se deben tomar en cuenta los siguientes puntos. ♣ ♣ ♣ ♣ ♣ ♣
Correcto Nivel del Aceite. Limpieza del Radiador aire/aceite o del intercambiador Agua/aceite. Corregir fugas. Estado de degradación del Aceite. Correcto funcionamiento del sensor de temperatura. Correcto funcionamiento del indicador del tablero.
Si ya se verificaron todos estos puntos y la temperatura sigue siendo elevada, se puede utilizar un pirómetro pirómetr o infrarrojo, para par a verificar la zona z ona de la transmisión donde se esta generando la máxima temperatura, en estos casos normalmente se presentan baleros que no están ya en buenas condiciones de funcionamiento.
RUIDO. Operación Ruidosa. El ruido es usualmente un problema muy común y generalmente no proviene de la transmisión. Los mecánicos deben correr pruebas en la carretera para determinar si la queja de ruido del operador proviene de la transmisión.
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En numerosos casos donde el operador reportaba ruido en la transmisión, investigaciones revelaron que el ruido procedía de alguna de las siguientes condiciones. ♣ ♣ ♣ ♣ ♣ ♣
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Ventilador desbalanceado o paletas dañadas. Gomas de los soportes defectuosas. Cigüeñal desbalanceado. Volante del cigüeñal desbalanceado. Tornillos del volante del cigüeñal sueltos. Velocidad de Ralenti de motor muy brusco causando ruido en el tren de engranes. Embregue desbalanceado. Soportes del motor rotos o sueltos. PTO encendida. Crucetas desgastadas. Cardán desbalanceado. Angularidad de los yugos fuera de cancelación. Center bearings in driveline dry, not mounted properly. Rines desbalanceadas. Vibración causada por las llantas desbalanceada a cierta velocidad. Fugas de aire en el lado de la Succión del turbocargador.
Los Mecánicos deben localizar y eliminar estos ruidos antes de proceder a desmontar o desensamblar la transmisión. De cualquier manera si el ruido parece provenir de la transmisión, trate de determinar en que velocidad de palanca es donde se presenta el ruido. Si el ruido es muy evidente únicamente en una posición de la palanca se puede rastrear el problema en los engranes eng ranes que trabajan en esa posición. Después trate tr ate de poner el ruido en una de las siguientes categorías: a) Gruñido, zumbido y rechinido. Estos ruidos son causados por desgaste, mellas, rugosidad o cuarteadoras en los engranes. Mientras los engranes se continúan desgastando, el rechinido será particularmente evidente en una sola posición de palanca. La falta de Aceite o el uso de un lubricante inadecuado, pude ser causante del gruñido y el rechinido. Esto es debido a que la falta de lubricante o un mal lubricante puede permitir el contacto de metal-metal. b) Silbido y golpeteo. Los silbidos puedes ser causados por baleros dañados, mientras más se desgastan los baleros, los retenes tienden a romperse, y el ruido puede cambiar a golpeteo. c) Engranes que gimotean. Esto es causado normalmente por un ajuste inapropiado entre los engranes del mismo tren, o un mal ajuste del PTO.
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d) Vibración. En los caminos de hoy se puede circular a más altas velocidades lo que significa que todo el tren motriz esta girando a mayores RPM, así que los daños causados por vibración son más evidentes que antes. Cuando se alcanzan las máximas RPM la cardán, comienza a arquearse. Este tipo de vibración, puede causar daños en el perfil del diente, romper los pernos del sincronizador, dañar los baleros y corrosión. Durante la aceleración o la desaceleración, la cardán puede pasar por la mitad de la vibración crítica (la mitad de las RPM del cardán). Un estruendo o un traqueteo se puede escuchar cuando se alcanza este punto crítico. e) Traqueteo Metálico. Este tipo de ruidos en la transmisión normalmente vienen de una variedad de condiciones. Las vibraciones torsionales del motor, son transmitidas a la transmisión por el embrague. En equipos de Servicio Pesado, los discos de embrague es muy común que no tengan amortiguamiento , así que un traqueteo – particularmente en neutral- es común en motores diesel. d iesel. En general la velocidad del motor debe estar a 600 RPM o más para descartar traqueteo del ralentí del motor. Un inyector defectuoso puede causar traqueteo en la transmisión. Mucho juego en el PTO, pueden causar traqueteo en la última velocidad.
Ruido en Neutral. ♣ ♣ ♣ ♣ ♣ ♣ ♣ ♣
Desalineamiento de la transmisión. Desgaste del Balero piloto del volante del cigüeñal. Desgaste o suciedad en los baleros de las contraflechas. Juego excesivo o desgaste en las contraflechas. Ajuste excesivo entre los engranes de un mismo tren. Superficie de contacto de los dientes de los engranes con marcas. Lubricación Insuficiente. Uso incorrecto del grado de lubricante.
Ruido en Velocidad. ♣ ♣ ♣ ♣
Dientes de los engranes con mucha rugosidad o con muescas. Ruido en el Engranes del velocímetro. Juego excesivo en los ajustes de las contraflechas. Referirse a las condiciones descritas en Ruido en Neutral.
FUGAS DE ACEITE. Posibles causas: ♣ ♣ ♣
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Nivel de Aceite muy Alto. Lubricante inadecuado. Retenes defectuosos o de mala calidad. Retenes no ensamblados en la tapa balero. Respirador de la transmisión Tapado. 73
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Mal apriete de la tortillería, falta de tornillos, aplicación del eliminador de juntas sobre una superficie sucia o con corrosivos. Tapón de Drén flojo. Las juntas de la torre de cambios, rotas, o maltratadas. Cuarteadoras u orificios en las carcazas. Fugas de aceite en el motor. Sensor del velocímetro o conexiones sueltas.
BOTADURA DE VELOCIDAD. Si se presenta botadura de velocidad puede ser causada por: ♣
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Interferencia Externa, El piso de la unidad interfiere con la carrera de la palanca de cambios. Malfuncionamiento Interno, desgaste en los dientes del collar embregue del sincronizador, lo que permite que la transmisión se salga de la velocidad. En caso de que se este usando un control remoto, asegurase que su funcionamiento sea el correcto antes de culpar a la transmisión. Note cuando la velocidad se salga de su posición, si es cargando o arrastrando una carga. También note si ocurre en en caminos buenos o solamente en caminos muy dañados, todos estos pueden ser motivos para que la velocidad se salga de su posición. Mal posicionamiento del control remoto, lo que limita el viaje total hacia delante y hacia atrás desde la posición de neutral. Dimensiones inapropiadas del varillaje, lo que impide el viaje total hacia delante y hacia atrás desde la posición de neutral. Tornillos de la campana sueltos, crucetas del sistema del control remoto flojos. Cables y Varillaje del control Remoto, muy flexibles, o no asegurados de manera correcta en los extremos. Soportes del motor flojos o desgastados, en los motores delanteros montados sobre el bastidor. Control independiente montado sobre un soporte muy pobre o débil. Desgaste en las patas de las horquillas, o desgaste en el dentado de embrague del engrane o del collar sincronizador. Transmisión y motor fuera de alineamiento vertical u horizontal.
Algunos puntos que pueden botar la velocidad de su posición, particularmente en caminos muy dañados son: ♣ ♣ ♣
Utilización de extensiones en la palanca. Resortes del sistema de encastre rotos. Desgaste de los balines del sistema de encastre o de las muescas de las barras de cambios. 74
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Juego excesivo en las contra flechas o en la flecha principal, causado por baleros o retenes dañados. Falta o desgaste de seguros en el ensamble de la flecha principal.
DUREZA EN LOS CAMBIOS. Un embrague que no funcione correctamente puede interferir con el cambio de velocidad. Es importante también que el sistema hidráulico, de aire o similar que se utilice para liberar la prensa prens a del embrague este en buenas condiciones. Si todo esto esta en orden ord en con el embrague entonces debe verificar lo siguiente: ♣
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Control remoto sin lubricante. (nota: el control independiente se debe lubricar por separado.) Crucetas del sistema de varillaje sin grasa o lubricación. Falta o mala aplicación del lubricante que pude provocar una capa de laca sobre las barras de cambios haciendo interferencia interfer encia con los bujes del sistema. Desgaste en las horquillas de cambios. Ajuste inapropiado en el varillaje. Collares de embregue golpeados debido a una mala operación. Mucha interferencia entre los collares de embregue y la flecha principal. Interferencia de la cabina con el viaje de la palanca. Collar embrague roto. Malas dimensiones del collar embrague.
Palanca de velocidades atorada. ♣
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El embrague no corta. También debe verificar las unidades hidráulicas o neumáticas de asistencia del embrague. Nota: En algunas unidades que utilizan un sistema neumático para operar el embrague, no se obtiene fuerza en el sistema hasta que se alcanzan las 60 lbs. No se recomienda dejar estos vehículos estacionados estacionados con velocidad. Interferencia Excesiva en el dentado de los collares embrague y el engrane o la flecha principal. Rebabas entre el collar embrague y los engranes o la flecha principal. Ajuste inapropiado, desgaste excesivo o eslabonamiento suelto del sistema de cambios.
FALSOS ACOPLAMIENTOS. Con falsos acoplamientos nos referimos a los arrastres que se pueden escuchar cuando un collar sincronizador no logra igualar las mismas RPM que el engrane que intenta acoplar. Las principales causas de estos arrastres son las siguientes. 75
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Mala operación, el chofer no da el suficiente tiempo para que las revoluciones bajen antes de mandar el retroceso de velocidad, o al contrario no deja elevar o eleva demasiado las RPM’s antes de mandar el siguiente cambio ascendente. Todas las transmisiones SPICER trabajan con intervalos de 300 RPM’s entre cambio y cambio. Baja presión del filtro regulador de Aire. (revisar según transmisión.) Fugas de Aire. Mal estado de los “O” Rings de los pistones neumáticos. Aceite en los cilindros de los pistones neumáticos. Tuercas de los pistones neumáticos sueltas. El opresor de horquilla de cambios suelto. Desgaste en la zona de contacto de la Horquilla y el collar. Desgaste en la zona de contacto de el collar y el engrane.
BALEROS. La vida útil de la mayoría de las transmisiones, principales y auxiliares, esta gobernada por la vida de los baleros. La mayoría de las fallas de los baleros es causado por la vibración o la suciedad. Algunas otras cusas para fallas de baleros son: ♣ ♣ ♣ ♣ ♣ ♣ ♣ ♣ ♣
Fatiga o desgaste de bolas. Mal tipo o grado de lubricante. Falta de lubricante. Jaulas rotas, o golpeadas por vibración. Baleros con muy poco o con mucho ajuste. Mala instalación. Mal acoplamiento debido a poca interferencia. Daño debido a presencia de agua en el lubricante. (se forma ácido) Vehículo sobrecargado.
Suciedad. Más del 90% de los baleros de bolas, son causados por suciedad, que es siempre abrasivo. La suciedad puede entrar durante el ensamble de las transmisiones, o puede ser llevado al balero por el aceite, por los retenes, el respiradero, o incluso por contenedores sucios durante el cambio de aceite. Material suave, como polvo, normalmente forma una pasta abrasiva que ataca al balero. La presión entre las bolas y las pistas hacen perfectos pulverizadores, pulveriz adores, la acción giratoria tiende a encapsular y atrapar los abrasivos. Mientras Mientras las bolas y las pistas se desgastan, los baleros se vuelven ruidosos, el desgaste de vuelve vu elve mayor ma yor cuando el material mater ial ferroso de los baleros se adiciona a la pasta abrasiva. 76
El material duro, como pedazos de metal, puede entrar a los baleros durante el ensamble provenientes de herramentales, herr amentales, como martillos o desarmadores. Puede ser creado durante el servicio si algún diente se daña. Estos pedazos de metal crean rayones en las bolas y en las pistas. Cuando estos pedazos se atoran entre la bola y la pista pueden hacer que la pista exterior o interior se incrusten en las carcazas o las flechas. Todos los baleros están sujetos a fatiga y deben ser remplazados en Fatiga. algún momento. Tu propia experiencia te puede indicar el kilometraje al que se deben hacer los cambios de baleros, de acuerdo al desgaste normal que muestren.
Corrosión. Agua, ácido y materiales corrosivos formados por el deterioro del lubricante, pueden formar una capa rojo-café, y pequeños hoyos en las superficies en movimiento. Los agentes corrosivos funcionan como agentes detereorantes. Ajustes en Flechas. El ajuste en los baleros sobre superficies rotativas, se especifican normalmente apretadas. Juego excesivo – incluso .001” – durante el trabajo normal puede provocar que la pista interior de los baleros se giren sobre la flecha desgastando el material y contaminando el aceite de la transmisión. La instalación o la Instalación y desinstalación de los Baleros. desinstalación inapropiada de los baleros, especialmente golpearlos con martillos, puede resultar en marcas en las pistas de los baleros. Estos daños pueden ser no detectados hasta que fallan. La instalación y desinstalación debe ser hecha de preferencia en una prensa, o utilizando extractores. Desinstalar baleros es más difícil que instalarlos. En la mayoría de los casos es necesario quitar el balero apoyándose en la pista exterior, lo cual puede dañar la pista y las bolas. De cualquier forma es buena idea remplazar los baleros durante una reparación mayor, para prevenir cualquier problema. Evite quitar los baleros en reparaciones menores o a bajo kilometraje.
Ínter cambiabilidad. Todos los baleros de bolas manufacturados aquí o en otro país, son intercambiables ya que sus dimensiones son estandarizadas, al igual que sus tolerancias y ajustes. Como sea para un tamaño de flecha existen baleros estándar para uso ligero, mediano y pesado. Números y Símbolos estampados en las pistas exteriores o interiores de los baleros, indican el tamaño y el tipo de balero. La nomenclatura de los diferentes fabricantes de baleros no esta estandarizado así que se recomienda consultar tablas de partes de reemplazo.
MANTENIMIENTO DE TRANSMISIONES PESADAS. El mantenimiento de las cajas de velocidades para servicio mediano y pesado se pudiera generalizar en respetar los intervalos de cambio de aceite y utilizar la graduación correcta del mismo. Las siguientes tablas las realice contemplando la transmisión de 18 77
velocidades de los ejemplos anteriores, en el caso de transmisiones más pequeñas los intervalos y componentes se reemplazaran de acuerdo a su aplicación. Como se puede observar en la tabla están pensadas para durar por lo menos 1,000,000 de kms. lo que representa de 5 a 7 años de trabajo de un tractocamión dependiendo de su aplicación. La tabla 1 (ver Anexo) contiene todos los componentes de desgaste de la transmisión y por su aplicación lleva los intervalos más amplios, en teoría con una buena operación, cambio de “O” Rings de los pistones y cambios de aceite, esta transmisión puede durar el millón de kilómetros sin mantenimientos extras. La tabla 2 (ver Anexo) nos muestra los camiones que están dentro de la reglamentación de la SCT y circulan por carretera la mayor parte de su tiempo, recordemos que este tipo de unidades puede llevar material de minas y normalmente pueden entrar 20 o 30 kilometros en terrecería, lo que se espera de una transmisión como esta es una duración de 750,000 kms sin mantenimientos extras. La tabla 3 (Ver Anexo) nos muestra a los camiones que están fuera de los límites de carga y que por lo general circulas por carreteras libres para evadir revisiones de pesos y medidas de la SCT, un camión así bajo la teoría de buena operación y mantenimiento no deber requerir mantenimientos extras en 500,000 kms. Como se puede observar en las 3 tablas anteriores el mantenimiento esencial para una transmisión es el cambio de aceite, en el caso de TODAS la transmisiones Spicer se recomienda el aceite mineral 80W-90 ó 90W API GL1, ya que no cuenta con aditivos de alta compresión que pueden dejar sedimentos en el sistema de cambios cuando la transmisión se encuentra con baja temperatura, o aceites sintéticos con especificación CD50. Para las transmisiones que cuentan con Rango y/o divisor también debe ser constante el cambio de los “O” Rings de los pistones del sistema neumático, después de estos componentes lo que más entran en desgaste son los sincronizadores y/o los collares embrague, junto con los engranes de la flecha principal que es donde estos elementos operan. Por último están las horquillas del sistema de cambios y los baleros. Recordemos que todo esto depende del buen uso que el operador de a la transmisión y los correctos intervalos de mantenimiento e inspección que se realicen sobre la transmisión y el resto de componentes del camión que interactúan con ella, como puede ser el embrague, el secador de aire del sistema neumático del camión, las crucetas, los soportes del motor, la muelle que da sustento a la transmisión, etc… En el caso de los mantenimientos el beneficio económico se percibe en la reducción de tiempos muertos de la unidad, me gustaría poner un ejemplo. En la Tabla 1, se habla de que para ese caso específico de transmisión se requiere limpieza de las cajas pistón del sistema neumático a los 125,000 kms aproximadamente.
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Si nos se cumple con la limpieza, la Caja pistón acumula pequeñas cantidades de aceite que a la larga (180,000 – 200,000 kms) van a generar un bloqueo al pistón, ya que al no poder comprimir el líquido la transmisión puede quedar neutralizada o en bajas de Rango, lo que significa que NO se va a poder mover ó que la máxima velocidad que desarrolle sean unos 35 kms/hr. Comercialmente hablando, la carga de la unidad NO va a llegar a tiempo a su destino y eso puede significar penalizaciones o la perdida de la misma en el caso de perecederos. Si la acumulación de aceite no es suficiente para bloquear el pistón, entonces va a funcionar como un obstáculo para que el pistón corra libremente lo que generara desgaste en la horquilla impulsada por ese pistón, y por consecuencia en los collares embrague y engranes de velocidad correspondientes, además de generar falsos acoplamientos de los collares y molestia (ruido) para el operador. En números sería aproximadamente: Limpieza de Caja Pistón Mto. Correctivo Horquilla Mto. Correctivo Neutralización
Kms. 125,000 200,000 200,000
M.O. $200.00 $6,300.00 $6,300.00
Ref. $5.00 $1,700.00 $1, 700.00 $4,500.00
Por citar un ejemplo la compañía Danone tiene penalizaciones de hasta $40,000 pesos por no entregar materia prima a tiempo, en el caso de traslados de gallinas, el 70% de las gallinas pueden morir por asfixia si la unidad esta detenida por más de 3 horas.
Capítulo IV. CALCULO Y SELECCIÓN DEL TREN MOTRIZ. MOTORES VEHICULARES A DIESEL RANGO MEDIO Y PESADO. El motor diésel es un motor térmico de combustión interna cuyo encendido se logra por la temperatura elevada que produce la compresión del aire en el interior del cilindro. Fue inventado y patentado por Rudolf Diesel en 1895, del cual deriva su nombre. Fue diseñado inicialmente y presentado en la feria internacional de 1900 en París como el primer motor para "biocombustible", "bioc ombustible", como aceite puro de palma o de coco. Diesel también reivindicó en su patente el uso de polvo de carbón como combustible, aunque no se utiliza por lo abrasivo que es. Un motor diésel funciona mediante la ignición (quema) del combustible al ser inyectado en una cámara (o precámara, en el caso de inyección indirecta) de combustión que contiene aire a una temperatura superior a la temperatura de autocombustión, sin necesidad de chispa. La temperatura que inicia la combustión procede de la elevación de la presión que se produce en el segundo tiempo motor, la compresión. El combustible se inyecta en la parte superior de la cámara de compresión a gran presión, de forma que se 79
atomiza y se mezcla con el aire a alta temperatura y presión. Como resultado, la mezcla se quema muy rápidamente. Esta combustión ocasiona que el gas contenido en la cámara se expanda, impulsando el pistón hacia abajo. La biela transmite este movimiento al cigüeñal, al que hace girar, transformando el movimiento lineal del pistón en un movimiento de rotación. El ciclo del motor diésel lento (en contraposición al ciclo rápido, más aproximado a la realidad) ideal de cuatro tiempos es una idealización del diagrama del indicador de un motor Diesel, en el que se omiten las fases de renovado de la masa y se asume que el fluido termodinámico que evoluciona es un gas perfecto, en general aire. Además, se acepta que todos los procesos son ideales y reversibles, y que se realizan sobre el mismo fluido. Aunque todo ello lleva a un modelo muy aproximado del comportamiento real del motor, permite al menos extraer una serie de conclusiones cualitativas con respecto a este tipo de motores.
Ciclo Diesel. Consta de las siguientes fases: 1. Compresión, proceso 1-2: es un proceso de compresión adiabática reversible (isentrópica). Viene a simbolizar el proceso de compresión de la masa fresca en el motor real, en el que en el pistón, estando en el punto muerto inferior (PMI), empieza su carrera de ascenso, comprimiendo el aire contenido en el cilindro. Ello eleva el estado termodinámico del fluido, aumentando su presión, su temperatura y disminuyendo su volumen específico, en virtud del efecto adiabático. En la idealización, el proceso viene gobernado por la ecuación de la isentrópica , con k índice de politropicidad isentrópico. 2. Combustión, proceso 2-3: en esta idealización, se simplifica por un proceso isóbaro. Sin embargo, la combustión Diesel es mucho más compleja: en el entorno del PMS (en general un poco antes de alcanzarlo debido a problemas relacionados con la inercia térmica de los fluidos), se inicia la inyección del combustible ( en motores 80
de automóviles, gasóleo, aunque basta con que el combustible sea lo suficientemente autoinflamable y poco volátil). El inyector pulveriza y perliza el combustible, que, en contacto con la atmósfera interior del cilindro, comienza a evaporarse. Como quiera que el combustible de un motor Diesel tiene que ser muy autoinflamable (gran poder detonante), ocurre que, mucho antes de que haya terminado la inyección de todo el combustible, las primeras gotas de combustible inyectado se autoinflaman y dan comienzo a una primera combustión caracterizada por ser muy turbulenta e imperfecta, al no haber tenido la mezcla de aire y combustible tiempo suficiente como para homogeneizarse. Esta etapa es muy rápida, y en el presente ciclo se obvia, pero no así en el llamado ciclo Diesel rápido, en el que se simboliza como una compresión isócora al final de la compresión. Posteriormente, se da, sobre la masa fresca que no ha sido quemada, una segunda combustión, llamada combustón por difusión, mucho más pausada y perfecta, que es la que aquí se simplifica por un proceso isóbaro. En esta combustión por difusión se suele quemar en torno al 80% de la masa fresca, de ahí que la etapa anterior se suela obviar. Sin embargo, también es cierto que la inmensa mayoría del trabajo de presión y de las pérdidas e irreversibilidades del ciclo se dan en la combustión inicial, por lo que omitirla sin más sólo conducirá a un modelo imperfecto del ciclo Diesel.Consecuencia de la combustión es el elevamiento súbito del estado termodinámico del fluido, en realidad debido a la energía química liberada en la combustión, y que en este modelo ha de interpretarse como un calor que el fluido termodinámico recibe, y a consecuencia del cual se expande en un proceso isóbaro reversible. 3. Expansión, proceso 3-4: se simplifica por una expansión isentrópica del fluido termodinámico, hasta el volumen específico que se tenía al inicio de la compresión. En la realidad, la expansión se produce a consecuencia del elevado estado termodinámico de los gases tras la combustión, que empujan al pistón desde el PMS hacia el PMI, produciendo un trabajo. Nótese como, como en todo ciclo de motor de cuatro tiempos, sólo en esta carrera, en la de expansión, se produce un trabajo. 4. Última etapa, proceso 4-1: esta etapa es un proceso isócoro desde la presión final de expansión hasta la presión inicial de compresión. En rigor, carece de cualquier significado físico, y simplemente se emplea ad hoc, para poder cerrar el ciclo ideal. Sin embargo, hay autores que no satisfechos con todas las idealizaciones realizadas, insisten en dar un siginificado físico a esta etapa, y la asocian el renovado de la carga, pues, razonan, es esto lo que se produce en las dos carreras que preceden a la compresión y siguen a la expansión: el escape de masa quemada y la admisión de masa fresca. No obstante, el escape es un proceso que requiere mucho más trabajo que el que implica este proceso (ninguno), y además ninguno de los dos procesos se da, ni por asomo, a volumen específico constante. Es importante notar cómo, en el ciclo Diesel, no se deben confundir nunca los cuatro tiempos del motor con el ciclo termodinámico que lo idealiza, que sólo se refiere a dos de los tiempos: la carrera de compresión y la de expansión; el proceso de renovado de la carga cae fuera de los procesos del ciclo Diesel, y ni tan siquiera es un proceso termodinámico en el sentido estricto. 81
Los motores Diesel para aplicaciones vehiculares más vendidos en América son de marca Cummins seguidos por Caterpillar, y Navistar. En el anexo encontraremos las fichas técnicas referente a la gama de motores de estos fabricantes.
Cummins ISX, Cummins ISM, Cummins ISB,
Tractocamión. Tabla 4 y 5. Camiones. Tabla 6, 7 y 8. Camión y Autobús. Tabla 9 y 10.
Caterpillar C7, Caterpillar C9, Caterpillar C13, Caterpillar C15,
Autobús. Camión. Tractocamión. Tractocamión.
Tabla 11 y 12 Tabla 13. Tabla 14, 15, 16 y 17. Tabla 18, 19, 20 y 21.
Navistar MAXXFORCE 7 Autobús. Navistar MAXXFORCE 9 Camión MAXXFORECE 11 y 13 Tractocamión.
Tabla 22, 23, 24 y 25. Tabla 26, 27, 28 y 29. Tabla 30 y 31.
EMBRAGUES. El embrague es un sistema que permite transmitir una energía mecánica a su acción final. En un automóvil, por ejemplo, permite controlar la transmisión de potencia desde el motor hacia las ruedas. Está constituido por un conjunto de piezas situadas entre el motor y los dispositivos de transmisión, y asegura un número de funciones: •
•
•
En posición acoplado (o "embragado") transmite la potencia suministrada. En un automóvil, este rueda y el motor está vinculado a la transmisión. En posición desacoplado (o "desembragado") se interrumpe la transmisión. En un automóvil, las ruedas giran libres o están detenidas, y el motor puede continuar girando sin transmitir este giro a las ruedas. En posición intermedia restablece progresivamente la transmisión de potencia. Esta es la razón principal del embrague en los automotores: permite moderar los choques mecánicos evitando, por ejemplo, que el motor se detenga o que los componentes de los sistemas se rompan por la brusquedad que se produce entre la inercia de un componente que se encuentra en reposo y la potencia instantánea transmitida por el otro.
En algunos países se le suele llamar croche (debido al anglicismo clutch). Clasificación Existen diferentes tipos de embrague: 82
•
Según el número de discos hidráulico. No tiene discos. Se utiliza en vehículos industriales. monodisco seco. bidisco seco con mando único; bidisco con mando separado (doble); multidisco húmedo o seco. Según el tipo de mando mando mecánico; mando hidráulico; mando eléctrico asistido electrónicamente. o o o o o
•
o o o
Principios básicos de funcionamiento.
1.- Cigüeñal. 2.- Volante. 3.- Disco de Fricción. 4.- Plato de Presión. 5.- Muelle o resorte de diafragma. 6.- Eje Conducido. 7.- Collarín de empuje. 8.- Carcaza. 9.- Pernos de apoyo. 10.- Tornillos de fijación. 11.- Anillos.
En la figura anterior podemos observar el embrague acoplado en la posición A, lo que hace que transmita el movimiento del volante del motor al Eje Conducido, o en nuestro caso a la flecha de entrada de la transmisión. En la posición B, se aplica una fuerza de empuje sobre el collarín lo que hace que el diafragma desacople el disco del volante, de esta forma la transmisión deja de ser impulsada por el motor.s Para seleccionar un embrague es necesario tener en cuenta los siguientes parámetros de la unidad. Torque del Motor, debe ser igual o menor al toque Máximo soportado por el
embrague, se recomienda que el embrague este sobrado, por ejemplo para un motor de tracto camión de 1450 lb-pie de torque, se recomienda un embrague con Torque Máximo de 1550 lb-pie, para garantizar que en el momento del arranque de la unidad o en una pendiente pronunciada no se produzcan patín amientos o fracturas de los elementos del mismo. 83
Torque de Arranque, es el torque disponible en el volante del motor a las 800 RPM,
que son las revoluciones que vamos a tener a la hora de que el embrague acopla el volante Diámetro del Volante; El diámetro del volante del motor nos va a decir qué
diámetro de Disco vamos a utilizar en el embrague, en el servicio pesado solo se tienen dos medidas 14” y 15.5”. Otro dato que es importante tomar en cuenta, es el tipo de ajuste que tenga el embrague, existe Auto ajustables y de Ajuste manual. Vease tablas 32 y 33, para embragues Eaton Fuller
TRANSMISIONES.
De las transmisiones hemos hablado ampliamente en los 3 primeros capítulos de este trabajo, mencionaremos los puntos básicos a considerar antes de seleccionar una, y al final de este capítulo veremos el cálculo del desempeño de la configuración de tren motriz de acuerdo a la aplicación que seleccionemos, y será más clara la relevancia de la selección de la transmisión adecuada. Torque del Motor, debe ser igual o menor al torque máximo señalado por el
fabricante de la la transmisión. Por ejemplo para un motor de 1650 lb-pie, se puede seleccionar un transmisión de 1650 lb-pie o una de 1850 lb-pie. Número de velocidades, de acuerdo a la carga que deberá desplazar la unidad, se
buscan transmisiones con más velocidades, por ejemplo un camión de carga para unas 7 toneladas, le basta con 5 a 7 velocidades, en el caso de un camión que lleve hasta 13 toneladas se le recomienda transmisiones de 9 o 10 velocidades y para unidades de más de 15 toneladas se tiene un rango de 14 hasta 18 velocidades. Relaciones, como lo comentamos en capítulos anteriores, este dato nos va a decir
qué transmisión ofrece más torque en el arranque, más fuerza en las subidas y mayor velocidad en lo plano. Peso, en una configuración eficiente, se debe buscar aligerar lo más posible el peso
del tren motriz y de la unidad en general, ya que la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, tiene regulado el Peso Bruto Combinado, así que todo el peso que se pueda quitar de los componentes se puede transformar en carga útil. Vease tablas 34, 35, 36, 37, 38 y 39 para Transmisiones Spicer. Y Tabla 40, 41 42 43 y 44 para Transmisiones Eaton Fuller.
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EJES DIFERENCIALES. Un diferencial es el elemento mecánico que permite que las ruedas derecha e izquierda de un vehículo giren a revoluciones diferentes, según éste se encuentre tomando una curva hacia un lado o hacia el otro. Cuando un vehículo toma una curva, por ejemplo hacia la derecha, la rueda derecha recorre un camino más corto que la rueda izquierda, ya que esta última se encuentra en la parte exterior de la curva. Antiguamente, las ruedas de los vehículos estaban montadas de forma fija sobre un eje. Este hecho significaba que una de las dos ruedas no giraba bien, desestabilizando el vehículo. Mediante el diferencial se consigue que cada rueda pueda girar correctamente en una curva, sin perder por ello la fijación de ambas sobre el eje, de manera que la tracción del motor actúa con la misma fuerza sobre cada una de las dos ruedas. El diferencial consta de engranajes dispuestos en forma de "U" en el eje. Cuando ambas ruedas recorren el mismo camino, por ir el vehículo en línea recta, el engranaje se mantiene en situación neutra. Sin embargo, en una curva los engranajes se desplazan ligeramente, compensando con ello las diferentes velocidades de giro de las ruedas. La diferencia de giro también se produce entre los dos ejes. Las ruedas directrices describen una circunferencia de radio mayor que las no directrices, por ello se utiliza el diferencial. Para poder seleccionar correctamente un diferencial se debe tomar en cuenta la capacidad de carga que va a soportar, el rango va desde las 21,000 lbs hasta 52,000 lbs., pero lo más importante para la correcta configuración del tren motriz es la relación del diferencial que sale del número de vueltas que da el piñon por la vuelta que da la corona, esto nos va a decir que tanto torque va a multiplicar el diferencial y cuantas revoluciones va a entregar a las llantas. Por ejemplo, si la transmisión entrega al diferencial 250 RPM y 15,000 lb-pie de torque, un diferencial con relación 3.70 entregara: 250 RPM / 3.70 = 67.56 RPM a las llantas. 15,000 lb-pie X 3.70 = 55,500 lb-pie a las llantas. Pero si a la misma unidad le cambiamos la relación del diferencial de 3.70 a un 4.10 tendríamos: 250 RPM / 4.10 = 60.97 RPM a las llantas. 15,000 lb-pie X 4.10 = 61,500 lb-pie a las llantas.
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Esto quiere decir que una relación o paso diferencial 3.70 nos va permitir desplazar a mayor velocidad pero con menos fuerza y un paso 4.10 nos va reducir la velocidad de desplazamiento pero nos va a dar mayor fuerza. Esto se traduce que para un camión con carga ligera se puede configurar una relación del diferencial mas baja y obtener mejor desplazamiento, pero para unidad con cargas mayores, definitivamente se necesita una relación mas alta, que lo ayudara a despegar del reposo mucho más fácil y mantener mejores velocidades en las subidas, pero limitara su velocidad en plano. Ver Tabla 45, para los diferentes pasos diferenciales disponibles.
LLANTAS. Un neumático, es una pieza toroidal de caucho que se coloca en las ruedas de diversos vehículos y máquinas. Su función principal es permitir un contacto adecuado por adherencia y fricción con el pavimento, posibilitando el arranque, el frenado y la dirección. Los neumáticos generalmente tienen hilos que los refuerzan. Dependiendo de la orientación de estos hilos, se clasifican en diagonales o radiales. Los de tipo radial son el estándar para casi todos los automóviles modernos. Por su construcción existen dos tipos de neumáticos: •
•
Convencionales: en su construcción las distintas capas de material se colocan de forma diagonal, unas sobre otras. Radiales: en esta construcción las capas de material se colocan unas sobre otras en linea recta, sin sesgo. Este sistema permite dotar de mayor estabilidad y resistencia a la cubierta.
Igualmente y según su uso de cámara tenemos: •
•
Neumáticos tubetype: aquellos que usan cámara y una llanta específica para ello. No pueden montarse sin cámara. Se usan en algunos 4x4, y vehículos agrícolas. agrícolas . Neumáticos tubeless o sin cámara: estos neumáticos no n o emplean cámara. Para evitar la pérdida de aire los flancos de la cubierta se "pegan" a la llanta durante el montaje, por lo que la llanta debe ser específica para estos neumáticos. Se emplea prácticamente en todos los vehículos.
Las dimensiones de los neumáticos se representan de la siguiente forma:
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205/ 55 / 16 - 91 W Dónde: •
•
•
•
•
El primer número identifica el ancho de sección (de pared a pared) de la cubierta, expresado en milímetros. El segundo número es el perfil, o altura del lado interior de la cubierta y se expresa en el porcentaje del ancho de cubierta que corresponde al flanco o pared de la cubierta. En algunas cubiertas se prescinde del mismo, considerando que equivale a un perfil 80. El tercer número es el diámetro de la circunferencia interior del neumático en pulgadas, o también, el diámetro de la llanta sobre la que se monta. El cuarto número indica el índice de carga del neumático. Este índice se rige por unas tablas en que se recogen las equivalencias en kg del mismo. En el ejemplo el índice "91" equivale a 615 kg por cubierta. Finalmente la letra indica la velocidad máxima a la que el neumático podra circular sin romperse o averiarse. Cada letra equivale a una velocidad y en el ejemplo el código W supone una velocidad de hasta 270 km/h.
Es vital para la seguridad, respetar estrictamente las medidas de las cubiertas, así como el índice de carga y código de velocidad. Instalar cubiertas con menores índices puede ser causa de accidente. En las indicaciones en los laterales de los neumáticos, también se puede leer la fecha de fabricación. Junto a la marca DOT, un grabado de cuatro cifras indica cuando fue creado. Los dos primeros números indican la semana del año, y los dos siguientes, el año de fabricación. Así, un neumático con el código DOT 4905, fue fabricado en la 49ª semana del año 2005.
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Ver figuras Anexo 46 y 47 para Michellin, y 48 y 49 para Bridgestone. Bridgestone.
CÁLCULO DEL TREN MOTRIZ
Los componentes que hemos estudiado hasta el momento son los componentes básico para poder calcular el desempeño del camión, al tren motriz lo completan otros dispositivos, como los son los rines, las flechas cardan, las crucetas, y los yugo, que cada fabricante de camiones selecciona de acuerdo al requerimiento de transmisión y diferencial que el cliente realizo, en el caso del material del rin es de acuerdo al gusto del cliente. Para poder calcular el desempeño del Tren Motriz, necesitamos hacernos las siguientes preguntas: Qué tipo de Trabajo va a realizar la unidad?
En Carretera. En Ciudad. Fuera de Carretera. Mixto y en qué porcentajes de composición?
Qué ruta va a seguir?
Se busca conocer el porcentaje de planicies y las pendientes en la ruta.
Qué tipo de Carga?
Refrigerado. Carga Seca, full o sencillo. Residuos Peligrosos o combustibles, full o sencillo.
Qué velocidad crucero busca?
Para residuos peligrosos o combustibles, la velocidad crucero de 85 km/hr y máxima de 90. Para un refrigerado se busca una velocidad crucero de 110 Km/hr y máxima de 115. Para un transporte con carga seca puede variar la velocidad crucero de 90 hasta 110 kms. con máximas de 115.
Una vez que tenemos una imagen más clara de lo que necesita el transportista, necesitamos obtener dos datos para empezar a calcular y seleccionar nuestro Tren Motriz, la Potencia del Motor y el paso diferencial. La potencia máxima del motor que se requiere, está basada en el cálculo de la magnitud de las fuerzas que tiene que vencer el vehículo para su desplazamiento. Por lo que desde el 88
punto de vista del consumo de combustible, una buena selección del vehículo es la que permite disminuir el valor de dichas fuerzas. Se consideran principalmente cuatro fuerzas que tiene que vencer el vehículo para su avance, siendo éstas las siguientes: • • • •
La fuerza aerodinámica. La fuerza por pendiente. La fuerza de resistencia al rodamiento. La fuerza de inercia.
Fuerza aerodinámica (oposición del aire al avance de un cuerpo). Esta fuerza
influye directamente sobre el movimiento del vehículo a través del aire, siendo la fuerza de arrastre, que tiene dirección horizontal y sentido contrario al movimiento, la que principalmente opone la resistencia al movimiento. La fuerza de arrastre es proporcional a la velocidad del vehículo y proporcional a la superficie frontal que presenta la unidad a la resistencia del aire. Es por esto, que a mayor velocidad, la fuerza necesaria para vencer esta resistencia crece drásticamente, lo que explica porqué los fabricantes buscan mejorar el coeficiente de penetración en el aire de los vehículos. La fuerza de arrastre se calcula mediante la siguiente fórmula: 2
Fa = 0.5·Ca·Ro·S·v
Donde: Fa = Fuerza de arrastre aerodinámico [N] Ca = Coeficiente de arrastre Ro = densidad del aire, aproximadamente 1,2 [kg/m3] (a una temperatura de 20°C y una presión atmosférica de 1.016 bar) S = área frontal del vehículo V = Velocidad del vehículo La fuerza aerodinámica tiene un mayor impacto cuando el vehículo transita por carreteras o autopistas la mayor parte del tiempo. Es por esto que para reducir esta fuerza, cuando se selecciona un vehículo, es conveniente tomar en consideración la parte frontal que debe tener una tendencia a presentar un área frontal mínima con un perfil aerodinámico. En el Anexo 50, se presentan algunos valores del coeficiente de arrastre para diferentes tipos de vehículos. Fuerza por pendiente (atracción de la gravedad de la tierra). La resistencia por pendiente es la fuerza de oposición que se ejerce sobre el vehículo por el efecto de la 89
atracción terrestre. Esta fuerza es proporcional al seno del ángulo formado entre la carretera y una línea horizontal y al peso total de la unidad. Nada se puede hacer para vencer esta fuerza. Por lo tanto, se requiere de una fuerza equivalente, suministrada por el motor, para vencerla y permitir el avance de la unidad, esta fuerza se calcula con la fórmula: Fp = W·sen(α)
Donde: Fp = Fuerza debido a la pendiente, [N] W = peso del vehículo, [kg] α = ángulo entre la pendiente y el plano horizontal, [ °] Si el ángulo alfa es cero la fuerza por pendiente será cero. Fuerza de resistencia al rodamiento (fricción de las llantas sobre la carretera) Las
llantas al rodar sobre el piso producen un efecto conocido como fricción, el cual produce una resistencia al rodamiento. Esta fuerza depende del peso total de la unidad y de la presión de inflado de las llantas, así como de su coeficiente co eficiente de deformación. Es por esto que q ue ha aumentado el uso de las llantas radiales cuyo reparto uniforme de la presión de inflado garantiza minimizar el coeficiente de fricción en la carretera y como consecuencia, la fuerza de rodamiento, la cual se puede calcular mediante la siguiente fórmula: Fr = K·W·cos(α)
Donde: Fr = Fuerza de rodamiento, [N] K = coeficiente de resistencia al rodamiento, [kgf/kg] W = peso del vehículo, [kg] α = ángulo entre la pendiente y el plano horizontal, [°] Fuerza de inercia (resistencia de un cuerpo a moverse debido a su masa). La
resistencia por inercia se debe a un fenómeno físico conocido como la inercia de los cuerpos en rotación. Esto significa que varias partes de la cadena cinemática (árbol de leva y cigüeñal, disco de embrague, árbol de transmisión, etc.) tienen una inercia proporcional a su masa que tiende a frenar su propio movimiento de rotación. Es la razón por la cual los fabricantes de motores desarrollan investigaciones para reducir la masa relativa de estas partes, lo que mejora sensiblemente el rendimiento de los motores. motores . Esta fuerza se determina mediante la siguiente fórmula: 2
Fi = m·a·(1,04+0.06/rt )
Donde: 90
Fi = Fuerza de inercia, [N] m·= masa del vehículo, [kg] a = aceleración del vehículo, [m/s2] rt = relación de paso de la transmisión Esta fuerza tiene gran importancia en ciclo urbano, ya que genera un alto consumo de combustible. Determinación de la potencia requerida al motor. La suma de las fuerzas antes mencionadas da como resultado una fuerza total, denominada fuerza resultante (F) que al multiplicarla por la velocidad promedio (V) de recorrido del vehículo nos proporciona la potencia (P) requerida al motor para permitir pe rmitir el avance de la unidad, esto es: F = Fa + Fp + Fr + Fi P=FxV Donde: P = Potencia requerida [HP] F = Fuerza resultante [N] V = Velocidad promedio [m/s] En forma práctica, se calcula la potencia requerida para las condiciones más severas de recorrido (peso máximo y pendiente máxima), para una velocidad promedio determinada y de esta forma determinar la potencia requerida al motor. Es útil aumentar la potencia que se obtuvo en los cálculos en un 15% por ciento, para disponer de una reserva de potencia, ya que la potencia indicada por los fabricantes de motores norteamericanos no considera la potencia adicional requerida para hacer funcionar los auxiliares y accesorios del vehículo, lo que sí se considera por parte de los fabricantes europeos. Demanda de potencia p otencia de equipos auxiliares. Por lo general es conveniente conocer
la potencia que demandan los equipos auxiliares, ya que ésta impacta directamente en la especificación de la potencia del motor, lo que repercute directamente en el rendimiento final del motor. A continuación se presenta una estimación general de la demanda para algunos equipos auxiliares, en términos del porcentaje de la potencia total. Aire acondicionado = 1.4 % Bomba de agua y compresor de aire = 3.7 % Ventilador (en trabajo discontinuo) = 4.2 % Ventilador (en trabajo continuo) = 7.0 % Potencia eléctrica = 3.8 % Hay que señalar que la demanda de la potencia eléctrica representa la potencia equivalente de los Watts que en promedio consumen los focos eléctricos necesarios tales como: faros, direccionales, de frenos, de remolque, de cabina, de tablero; hay que considerar que cada foco excedente representa en promedio 45 W, esto es 0.06 HP. 91
Ya teniendo el dato de la potencia necesaria para el vehiculo podemos buscar en tablas el motor, pero ahora necesitamos calcular otro factor muy importante que es el paso del eje diferencial. Con la siguiente ecuación se calcula el paso del diferencial, el resultado de esta fórmula proporciona una relación de paso cercana a las comerciales, que puede utilizarse para alcanzar la máxima velocidad permitida, dentro del área de mínimo consumo específico de combustible. Pd = 60 Cll (Rcm +200) / 1000 Pu Vr
Donde: Pd = Relación de paso del diferencial. Cll = Circunferencia de la llanta. Rcm = Régimen de consumo mínimo de combustible del motor. Pu = Relación de paso del último engrane de la transmisión. Vr = Velocidad reglamentaria de circulación. Cuando se cumple el criterio de velocidad máxima legal, dentro del rango de mínimo consumo de combustible del motor seleccionado, se procede a comprobarlo por medio del despeje de Vr de la ecuación anterior. El límite de velocidad para autobús es de 95 km/h y para transporte de carga de 80 km/h, en ambos casos existe una tolerancia de, más 15 km/h para maniobras de rebase.
HABILIDAD DE ARRANQUE. (STARTABILITY) Es la capacidad del tren motriz para despegar al vehiculo desde el reposo, se expresa en porcentajes y se recomienda un 15% mínimo para aplicaciones moderadas y un 20% para aplicaciones severas. S = (T800 RTran REje R/milla) / (10.7 PBC ó PBV)
Donde: T800 = Torque del motor a 800RPM. Rtran = Relación de engranes de la caja de velocidades. Reje = Relación de corona y piñon del Eje Diferencial. Rev/milla = Revoluciones por milla de la llanta. 10.7 = Valor constante de equivalencia. PBC = Peso Bruto Combinado. PBV = Peso Bruto Vehicular.
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HABILIDAD DE PENDIENTE. (GRADEABILITY) Es la capacidad del tren motriz para subir el vehículo cargado por una pendiente expresada en porcentaje y se recomienda un mínimo de 30%, para cualquier aplicación. G = ((Tmax Rtran Reje E 1,200) / (Rad PBC ó PBV) ) - Rr
Donde: Tmax = Torque máximo o Torque Pico del Motor. Rtran = Relación de engranes de la caja de velocidades. Reje = Relación de corona y piñón del Eje Diferencial. E = Eficiencia del motor (0.85) Rad = Radio de Rodado. PBC = Peso Bruto Combinado. PBV = Peso Bruto Vehicular. Rr = Resistencia al Rodado. 1,200 = Valor constante de equivalencia.
GRÁFICA DE DESEMPEÑO. Con los datos que ya conocemos hasta el momento podemos calcular la velocidad del vehículo de la siguiente fórmula. V = ((RPM Motor Motor 60) / (Rtran Reje Rev)) 1.609
Donde: RPM Motor = Son las revoluciones del motor. 60 = Constante para obtener revoluciones por Hora. Rtran = Relación de engranes de la caja de velocidades. Reje = Relación de corona y piñón del Eje Diferencial. Rev = Revoluciones por milla de la llanta. 1.609 = valor constante de conversión para tener KM/hr. El siguiente paso es poder graficar el comportamiento de la unidad, en este gráfica en el eje X tendremos la velocidad lineal que obtendrá el vehículo en Km/hr en cada cambio de velocidad, en el eje Y tendremos las revoluciones del motor, desde 0 hasta las revoluciones gobernadas. En esta gráfica marcamos el Torque Máximo o Torque pico, este valor se señala en las especificaciones del motor y nos dice las revoluciones a partir de las cuales el motor entrega su torque máximo, por lo general la curva de Torque tiende a ser horizontal por un rango aproximado de 400 a 600 RPM y debemos de buscar que las caídas de revoluciones 93
provenientes de los cambios de velocidad no queden por debajo de esta línea de torque, para evitar consumos innecesarios de d e combustible. La caída de revoluciones en la gráfica la podemos calcular de: C = Rgob –((Vmax sup – Vmax inf) (Rgob / Vmax sup))
Donde: Rgob = Revoluciones Gobernadas máximas para el cambio de velocidad. Vmax sup = Velocidad Máxima en el cambio de velocidad siguiente superior. Vmax inf = Velocidad máxima en el cambio de velocidad actual. Velocidad m máxima de c cada rrelación
Velocidad Margen a lí nea d de Torque Máximo
{ RPM de s sincroní a para c cambios
caí da d de R RPM
Lí nea d de torque
RPM
Gráfica de desempeño de la unidad en Km/Hr, por RPM’s.
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Capítulo V. CASOS DE APLICACIÓN. Este último capítulo he disidido dedicarlo a ejemplos de aplicación, la forma en que representaré cada uno será de una manera comparativa, todas las aplicaciones aquí presentadas son casos reales. rea les. Les presentare la configuración más popular, que por lo general puede cumplir en casi cualquier ruta, y la configuración que recomiendo pensando en mantener la versatilidad de ruta pero logrando un mejor rendimiento de combustible. El 100% de las aplicaciones que presentaré son basadas en mi experiencia con flotilleros ubicados en el occidente y pacífico de la República Mexicana, pero esto no resta que la información tocada en este documento permita al lector adaptar la información para cualquier situación legal y geográfica. Uno de los factores que resulta más importante para seleccionar la marca de camión que se va a adquirir es la experiencia post venta que se ha tenido con la marca, el soporte técnico, el refaccionamiento, la durabilidad y por supuesto la relación comercial que se ve reflejada en descuentos importantes sobre el precio de la unidad deseada. Por lo mismo y buscando total objetividad, no mencionare marcas de camiones.
PASAJE. URBANO. Vamos a Configurar una unidad para transporte Urbano pensando en la ciudad de Guadalajara. La mayoría de las las unidades son de 33 o 35 asientos, y en un momento de más demanda pueden llevar hasta 15 personas de píe en el pasillo de la unidad mas el operador nos da un total de 51 personas por un peso promedio de 75 Kgs nos da 3,825 kgs, el peso de la unidad con tanques llenos debe rondar en promedio unos 9,000 kgs. Lo que nos da un PBV de 12,825 Kgs, ó 28,215 lbs, lo vamos a redondear a 30,000 lbs, pora generalizar cualquier camión. Vale la pena mencionar que resultaría un acierto para el consumo de combustible seleccionar el camión con el PBV más bajo, ya que en este servicio, con dificultad podrán pasar de las 51 personas abordo, así que podemos considerar que la carga será fija y si logramos reducir peso en el camión se vera reflejado en el gasto de diesel. La reglamentación de la Secretaría de Vialidad de Jalisco, fija la velocidad máxima para un camión urbano en 55 Km/hr para unidades que circulan dentro de la ciudad, y 60 Km/hr para unidades que toman vías rápidas como el periférico. Por lo que fijaremos la velocidad máxima de la unidad en 65 Km/hr, para que tenga un rango para hacer adelantamientos. 95
De las unidades disponibles en México, la unidad con menor PBV tiene la siguiente ficha técnica y desempeño:
Datos de la Unidad. Propuesta de ensamble de fábrica. Tipo Unidad. PBV (lbs) Velocidad Crucero Llanta
Tren Motriz Sugerido.
URBANO. 30,000. 65 Km/hr 11R 22.5”.
Motor. Cummins ISB. 200 HP @ 2,500 RPM. 560 Lb-pie @ 1,500 RPM.
200 HP @ 2,250 RPM.
Transmisión. Spicer ES56-5A. 560 lb-pie. 5 Velocidades más reversa. Relación Final directa. (1:1)
Spicer ES56-7B 560 Lb-pie. 7 Velocidades más reversa. Relación final directa. (1:1)
Eje Trasero. Dana 22065T. 22,000 lbs. Dobre relación. 4.88/6.65
Dana 23080S. 23,000 lbs. Sencillo relación 5.29
Relación Transmisión. 1a 2a 3a 4a 5a 6a 7a
Gradeability (%)
Startability (%)
Velocidad kph
ES56-5A
ES56-7B
ES56-5A
ES56-7B
ES56-5A
ES56-7B
ES56-5A
ES56-7B
7.16 3.89 2.17 1.41 1.00
10.09 5.98 3.72 2.56 1.81 1.35 1.00
41.92 30.31 22.00 15.69 15.6 9 11.52 8.00 6.89 4.39 4.60 2.77
59.42 34.52 20.83 13.81 9.26 6.48 4.36
27.42 20.12 14.90 10.93 8.31 6.10 5.40 3.83 3.96 2.81
30.74 18.22 11.33 7.80 5.51 4.11 3.05
8.90 12.13 16.39 22.33 29.38 29.38 40.03 45.21 63.75 61.61 86.87
7.94 13.40 21.54 31.30 44.27 59.36 80.14
96
R. 1 R. 2
6.75 8.99
38.51 27.80
41.87
25.28 18.55
27.39
9.66 13.16
8.91
Tabla de Gradeability, Startability y Velocidad de las dos configuraciones. 2500
2250
2000
1750
1500
m p r
1250
1000
750
ES56-5A ES56-7B Torque Máximo
500
250
0 0
15
30
45
60
75
90
Velocidad (km/h)
Gráfica de comportamiento de las dos configuraciones, RPM Vs Km/Hr. Como podemos observar en los datos de la unidad, estoy recomendando las siguientes modificaciones: 1. Gobernar el motor a 2,250 RPM. Con este cambio evitamos que el operador lleve cada cambio hasta el tope de potencia al motor, ayudando a la economía de combustible, y como podemos observar en la tabla de Gradeability y Startability, en ambos casos cumple sobradamente. Además que el régimen de giro del motor en todos los cambios cae dentro de las 1,800 y 2,200 rpm, que recomienda Cummins para esta unidad como rango de economía. 2. Cambio la transmisión de 5 velocidades y el eje de doble relación (5X2), por una transmisión de 7 velocidades y un eje sencillo (7X1). La gráfica nos demuestra que mi recomendación tiene caídas de revoluciones en los 2 primeros cambios por debajo de las 1,500 RPM del torque Máximo, caen cerca de las 1,300 RPM, esto quiere decir que en los momentos en que el camión se encuentre a su máxima carga en estos dos cambios gastará más diesel, que la configuración recomendada por el fabricante. Esto se compensa ya que nos estamos ahorrando 3 cambios cambi os de velocidad, le estamos ahorrando al motor 3 recuperaciones de RPM, en cada ciclo de cambios.
97
Para el caso de la ciudad de Guadalajara el promedio de distancia de una ruta urbana es de 24 Kms, las unidades alcanzan a dar 10 vueltas diarias, de estas únicamente en 3 alcanzan su máxima carga por alrededor de 10 kms., eso quiere decir que durante el 87.5% de la ruta la unidad esta trabajando con cerca de 20,000 lb de PBV. En la práctica una unidad de transporte urbano rara vez alcanza los 45 km/hr, y de acuerdo a la gráfica en el camión 5X2, alcanza a meter 7 cambios (contando la aplicación del dual), mientras que en el 7X1 solo mete 5, nos estamos ahorrando 2 recuperaciones de RPM. Otros factores a favor, es que con un eje sencillo se ahorra el mantenimiento del sistema “Dual” del eje doble, así como constantes mantenimientos correctivos por mala operación del mismo.
FORANEO. En el caso del autobús de pasajeros para rutas Foraneas, la situación es completamente distinta, la principal diferencia es la ruta, esta unidad no tendrá paradas continuas, a lo largo de su recorrido visitará probablemente 2 o 3 ciudades antes de llegar a su destino final y sus escalas están divididas por más de 200 kms de distancia. Lo que quiere decir que la unidad estará circulando más del 80% de su recorrido en Carretera. Al contrario del Urbano que anda la mayor parte de su tiempo en los primeros cambios de velocidad, el Foraneo estará más del 70% del tiempo en sus últimos cambios. Recordaremos que en el primer capitulo de este documento, hablábamos de 2 tipos de transmisiones las directas, que en su ultimo cambio su relación es igual a 1, (1:1) y las transmisiones con Sobre Marcha, Overdrive, cuya relación última y en ocasiones penúltima son menores a 1, (1:0.X). como señalamos en su momento la mayor ventaja de la sobre marcha es que nos puede ofrecer mayor velocidad, en comparación con una directa, con las mismas RPM’s del motor o menores RPM’s conservando la misma velocidad que con una transmisión directa. La SCT Estipula que para un camión de pasajeros foraneo, la velocidad máxima es de 95 Km/hr, La capacidad de carga en cuanto a personas es aproximadamente de 46 personas contando al operador, operad or, con un promedio p romedio de d e 75 Kgs, por pasajero más unos uno s 35 kgs de equipaje para cada uno nos da un total de 5,060 Kgs, para un PBV total de 15,876 Kgs, o 35,000 lbs. De las unidades disponibles y ensambladas en nuestro país con contenido nacional, elegí a la que tiene las siguientes características.
Datos de la Unidad. Propuesta de ensamble de fábrica. Tipo Unidad.
Tren Motriz Sugerido.
FORANEO LIGERO. 98
PBV (lbs) Velocidad Crucero Llanta
35,000. 95 Km/hr 11R 24.5”.
Motor. MAXXFORCE 7.6 lts.. 260 HP @ 2,400 RPM. 660 Lb-pie @ 1,400 RPM. Transmisión. Eaton Fuller FSB 6406B. 660 lb-pie. 6 Velocidades más reversa. Relación Final directa. (1:1)
Spicer ES066-7B 660 Lb-pie. 7 Velocidades más reversa. Relación final con Sobre Marcha. (1:0.74)
Eje Trasero. 23,000 lbs. Sencillo relación 4.89
23,000 lbs. Sencillo relación 5.63
Relación Transmisión. 1a 2a 3a 4a 5a 6a 7a R. 1
260 HP @ 2,250 RPM.
Gradeability (%)
FSB-6406B
ES066-7B
8.03 5.06 3.09 1.95 1.31 1.00
7.48 4.43 2.76 1.90 1.34 1.00 0.74 8.99
15.06
Startability (%)
FSB-6406B ES066-7B
37.43 22.96 13.36 7.80 4.68 3.17 15.06
47.26 27.30 16.37 10.74 7.07 4.85 3.14 48.74
Velocidad kph
FSB-6406B
ES066-7B
FSB-6406B
ES066-7B
21.01 13.24 8.09 5.10 3.43 2.62
22.53 13.35 8.32 5.72 4.04 3.01 2.23 27.08
11.78 18.69 30.61 48.50 72.19 94.57
10.30
39.41
27.90 40.53 57.47 77.01 104.07
6.28
Tabla de Gradeability, Startability y Velocidad de las dos configuraciones.
99
17.38
8.57
2400 2300 2200 2100 2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 m p r
1200 1100 1000 900 800 700 600
FSB-6406B
500
ES066-7B
400
Torque Máximo
300 200 100 0 0
20
40
60
80
100
120
140
Velocidad (km/h)
Gráfica de comportamiento de las dos configuraciones, RPM Vs Km/Hr. Como podemos observar en los datos de la unidad, estoy recomendando las siguientes modificaciones: 1. Gobernar el motor a 2,250 RPM. Con este cambio evitamos que el operador lleve cada cambio hasta el tope de potencia al motor, ayudando a la economía de combustible, y como podemos observar en la tabla de Gradeability y Startability, en ambos casos cumple sobradamente. 2. Cambio la transmisión de 6 velocidades directa, por una transmisión de 7 velocidades con Sobre Marcha. La ventaja de cambiar a una transmisión con sobre marcha, nos da la oportunidad de bajar las RPM’s del motor a la velocidad crucero de 2,400 con la configuración del fabricante a 2,050 con la configuración que recomiendo. Estas régimen de giro del motor entra dentro de las 1,900 y 2,200 que recomienda Navistar para obtener buen rendimiento de combustible. 3. Cambio de relación del eje trasero. Debido al cambio de transmisión fue necesario reforzar el tren motriz con un diferencial que nos diera más torque y limitara el exceso de revoluciones de la sobremarcha de la transmisión.
100
Los cambios recomendados en esta configuración garantizan un mejor desempeño en carretera de la unidad y un mejor rendimiento de combustible.
RANGO MEDIO. La nomenclatura para unidades de Rango Medio es Clase 7 y Clase 8, la primera esta regulada para vehículos con PBV hasta 19 Toneladas, y la segunda hasta 27.5 Toneladas.
REPARTO URBANO. Por lo general se utilizan vehículos Clase 7 para el reparto urbano, una aplicación muy común y que todos conocemos es la del camión refresquero, esta unidad cumple una sola ruta con varias paradas en puntos de venta, a continuación les mostraré una configuración ideal para este servicio en base a la siguiente información: •
• •
•
La velocidad máxima que deben desarrollar estas unidades es de 85 Km/hr, que es el límite de velocidad en las vías rápidas de una ciudad. PBV 35,000 lbs. La unidad se desplazará más del 70% de su tiempo en las primeras velocidades de la transmisión por lo que podemos determinar que utilizaremos una transmisión directa. Colocaremos llantas de 22.5”, una llanta de diámetro pequeño como la 22.5, le dará mas fuerza al arranque a nuestra unidad.
Con esta información recomiendo la siguiente configuración:
Datos de la Unidad. Tren Motriz Sugerido. Tipo Unidad. PBV (lbs) Velocidad Crucero Llanta
Clase 7, REPARTO URBANO. 35,000. 80 Km/hr 11R 22.5”.
Motor. MAXXFORCE DT.. 210 HP @ 2,300 RPM. 520 Lb-pie @ 1,400 RPM. Transmisión. SPICER ES56-7B 560 Lb-pie 101
7 velocidades y reversa. Relación última velocidad directa. (1:1)
Eje Trasero. 23,000 lbs. Sencillo relación 4.63
Relación
Gradeability
Startability
Velocidad
Transmisión.
(%)
(%)
kph
ES56-7B
ES56-7B
ES56-7B
41.10
23.06
9.49
23.66
13.67
16.01
14.08
8.50
25.73
9.16
5.85
37.39
5.98
4.14
52.89
4.03
3.09
70.91
7a
ES56-7B 10.09 5.98 3.72 2.56 1.81 1.35 1.00
2.54
2.29
95.72
R 1.
8.99
30.98
20.55
10.65
1a 2a 3a 4a 5a 6a
Tabla de Gradeability, Startability y Velocidad. Podemos observar con esta configuración que cumplimos con el gradeabitly y la Startability de manera sobrada, y con la ventaja de una configuración sin dual que nos garantiza facilidad de operación y menor mantenimiento. 2500
2250
2000
1750
1500
m p r
1250
1000
750
ES56-7B Torque Máximo
500
250
0 -10
5
20
35
50 Velocidad (km/h)
102
65
80
95
110
Gráfica de comportamiento, RPM Vs Km/Hr. Como podemos observar en la gráfica únicamente el primer cambio cae unas 20 RPM por debajo de la línea de Troque, a los 85 Km, tenemos cerca de 2,050 RPM, lo que nos asegura un buen rendimiento de combustible a velocidad constante, al igual que el hecho que todos los cambios están sobre la línea de torque máximo.
TRASLADO CARRETERO. Para ejemplificar un camión de Carga Clase 8, comúnmente conocido como Torton, pensaremos en una unidad con PBV de 58,000 lbs, que moverá Naranjas de la Ciudad de Hermosillo, Sonora a la central de Abastos de la Ciudad de México, el recorrido es de aproximadamente 2,000 kms, más del 90% de la ruta es plana con muy poca pendiente, se tienen dos zonas complicadas, plan de barrancas ente Nayarit y Jalisco y la bajada de Tepeji del Río en el Estado de México. Con esta información podemos proponer la siguiente configuración:
Datos de la Unidad. Tren Motriz Sugerido. Tipo Unidad. PBV (lbs) Velocidad Crucero Llanta
Clase 8, TRASLADO CARRETERO. 58,000. 95 Km/hr 11R 22.5”.
Motor. MBE906 7.2 Lts.. 280 HP @ 2,200 RPM. 800 Lb-pie @ 1,250 RPM. Transmisión. SPICER PSO100-10S 1,000 Lb-pie 10 velocidades y reversa. Relación última velocidad con sobre marcha. (1:0.75) Eje Trasero. 44,000 lbs. Sencillo relación 4.89
103
Relación
Gradeability
Startability
Velocidad
Transmisión.
(%)
(%)
kph
PSO100-10S
PSO100-10S PSO100-10S PSO100-10S
1a
12.54
43.00
34.65
6.28
2a
9.24
31.24
25.53
8.53
3a
6.68
22.11
18.46
11.80
4a
4.80
15.41
13.26
16.42
5a
3.60
11.13
9.95
21.89
6a
2.61
7.60
7.21
30.20
7a
1.92
5.14
5.31
41.05
8a
1.39
3.25
3.84
56.70
9a
1.00
1.86
2.76
78.81
10 a
0.75
0.97
2.07
105.08
R 1.
14.02
48.28
38.74
5.62
Tabla de Gradeability, Startability y Velocidad. 2500
2250
2000
1750
1500
m p r
1250
1000
750
PSO100-10S Torque Máximo
500
250
0 -10
5
20
35
50
65
80
95
110
Velocidad (km/h)
Gráfica de comportamiento, RPM Vs Km/Hr. Como podemos observar en la gráfica los 95 Km/Hr, los estamos logrando a las 1,800 RPM, lo que asegura un excelente consumo de combustible, además llegando cada cambio únicamente a las 2,000 RPM, ningún cambio cae por debajo del torque pico.
104
FUERA DE CAMINO. Las unidades fuera de camino, son conocidas como Vocasionales, por lo general mueven grandes cantidades de material para la industria de la construcción su PBV es de 66,000, se desplazan en brechas y carreteras auxiliares entre los bancos de material y la obra final, una de las características que las definen son su llantas de hombro más amplio con rin 22.5” equivalente a una radial 11R24.5, y su transmisión con LL, Low Low, con una relación muy alta en las primeras velocidades para poder romper la inercia de arranque. La SCT reglamenta este tipo de unidades para no superar los 85 Km/hr, otra característica de estas unidades es la entrega de torque a bajas revoluciones por parte del motor. A continuación veremos una configuración típica de esta unidad.
Datos de la Unidad. Tren Motriz Sugerido. Tipo Unidad. PBV (lbs) Velocidad Crucero Llanta
CONSTRUCCIÓN, OFF ROAD. 66,000. 85 Km/hr 11R 24.5”.
Motor. MBE4000-350 12.8 Lts.. 350 HP @ 1,900 RPM. 1,350 Lb-pie @ 1,100 RPM. Transmisión. SPICER LLPS135-10D 1,350 Lb-pie 10 velocidades y reversa. Relación última velocidad con sobre marcha. (1:1) Eje Trasero. 46,000 lbs. Sencillo relación 4.33
105
Relación
Gradeability
Startability
Velocidad
Transmisión.
(%)
(%)
kph
LLPS135-10D
LLPS13510D
LLPS13510D
LLPS13510D
1a
14.95
61.76
29.17
6.23
2a
11.01
45.04
21.48
8.46
3a
7.96
32.09
15.53
11.70
4a
5.98
23.69
11.67
15.58
5a
4.50
17.40
8.78
20.70
6a
3.32
12.39
6.48
28.06
7a
2.45
8.70
4.78
38.03
8a
1.77
5.81
3.45
52.64
9a
1.33
3.95
2.60
70.05
10a
1.00
2.55
1.95
93.17
R 1.
16.71
69.23
32.61
5.58
Tabla de Gradeability, Startability y Velocidad. 2500
2250
2000
1750
1500
m p r
1250
1000
750
LLPS135-10D Torque Máximo
500
250
0 -10
5
20
35
50
65
80
95
110
Velocidad (km/h)
Gráfica de comportamiento, RPM Vs Km/Hr. Como podemos observar en la gráfica los 85 km/hr, los obtenemos a las 1,730 RPM, esto nos dará un buen consumo de combustible, aunque en este tipo de unidades realmente lo que se busca es el torque y las capacidades fuera de carretera para poder salir de los bancos de material, lo cual de acuerdo a la tabla de Gradeability y Startability, cumple con facilidad.
106
RANGO PESADO. Como rango pesado tenemos a los Tractocamiones, son las unidades que arrastran su carga en remolques en lugar de cargarla directamente sobre sus ejes. En esta sección de los ejemplos de aplicación veremos que PBV se refiere únicamente al Tracto, mientras que PBC, Peso Bruto Combinado se refiere al peso del Camión más el peso de los remolques y la carga. En este segmento tenemos limitaciones de PBC que van de las 46.5 Toneladas para Sencillos con remolques cortos hasta PBC con 80 Toneladas en Full de remolques largos.
REFRIGERADO SENCILLO. De los tractocamiones con un solo remolque que circulan por el territorio nacional decidí ejemplificar un refrigerado, ya que son unidades dedicadas únicamente a ese servicio, es muy raro que un tractocamión de estos sea movido a mover otro tipo de carga. Debido a que algunas de las mercancías van madurando en el camino, estas unidades circulan en su gran mayoría por autopistas de cuota al límite permitido de velocidad, 110 km/hr, rara vez llevan más de 24 Toneladas de carga.
Datos de la Unidad. Tren Motriz Sugerido. Tipo Unidad. PBC (lbs) Velocidad Crucero Llanta
TRACTOCAMIÓN REFRIGERADO SENCILLO. 120,000 Lbs.. 110 Km/hr 11R 22.5”.
Motor. CUMMINS ISX. 450 HP @ 1,800 RPM. 1,550 Lb-pie @ 1,200 RPM. Transmisión. SPICER PSDO165-18A. 1,650 Lb-pie 18 velocidades hacia delante y 4 reversas. Relación última y penúltima velocidad con sobre marcha. (1:0.73) Eje Trasero. 46,000 lbs. 107
Sencillo relación 3.55 Relación Transmisión. PSDO165-18A
Gradeability (%) PSDO165-18A
Startability. (%) PSDO165-18A
Velocidad. Km/Hr. PSDO165-18A
1a
14.89
34.38
20.63
5.83
2a
12.41
28.37
17.19
7.00
3a
10.40
23.50
14.41
8.35
4a
8.66
19.29
12.00
10.03
5a
7.32
16.04
10.14
11.86
6a
6.09
13.06
8.44
14.26
7a
5.05
10.54
7.00
17.20
8a
4.21
8.50
5.83
20.63
9a
3.54
6.88
4.90
24.53
10a
2.95
5.45
4.09
29.44
11a
2.47
4.29
3.42
35.16
12a
2.06
3.29
2.85
42.16
13a
1.74
2.52
2.41
49.91
14a
1.45
1.81
2.01
59.90
15a
1.20
1.21
1.66
72.37
16a
1.00
0.72
1.39
86.85
17a
0.84
0.34
1.16
103.39
18a
0.70
0.00
0.97
124.07
Reversa 1 Reversa 2
15.64 13.03
36.20 29.88
21.66 18.05
5.55 6.67
Tabla de Gradeability, Startability y Velocidad.
108
2100 1900 1700 1a2a3 a4a 5a 6a 7 a
8a 8a
9a
10a
1 1a
12 a
1 3a
14 a
15 a
16 a
17a
1 8a
1500 1300 1100 m p r
900 700 500 PSDO165-18A Torque maximo
300 100 -100 0
20
40
60
80
100
120
140
Velocidad (km/h)
Gráfica de comportamiento, RPM Vs Km/Hr. La configuración tradicional de una unidad como esta lleva llantas 24.5” y relación de diferencial 3.91 o 4.11, la que yo recomiendo tiene llanta 22.5” lo que le da a la unidad mucha fuerza en arranque y subidas, de esa forma es más fácil conservar una velocidad alta incluso en pendientes ascendentes y el paso 3.55 en el diferencial nos permite alcanzar los 115 km/hr, para algún rebase y 1,419 RPM en la velocidad crucero de 110 km/hr, lo que nos garantiza un excelente rendimiento de combustible. El fabricante marca la velocidad gobernada en 1,800 RPM, yo estoy configurando que todos los cambios se lleven a las 1,600 RPM y se pude observar que ningún cambio cae cerca o por debajo del torque pico. y lo podemos constatar en la tabla y gráfica anterior.
TANQUES FULL. La configuración que expondremos a continuación y última de este capítulo es la de la unidad más pesada que puede circular por las carreteras del país, un Full, o doble remolque de Tanques de combustible o material peligroso, pueden llevar hasta 180,000 lbs de PBC. La SCT regula estrictamente la velocidad en 85 km/hr, a continuación veremos la configuración que recomiendo.
Tren Motriz Sugerido. Tipo Unidad.
TRACTOCAMIÓN TANQUES FULL. 109
PBC (lbs) Velocidad Crucero Llanta
180,000 Lbs.. 85 Km/hr 11R 24.5”.
Motor. CUMMINS ISX. 475 HP @ 2,000RPM. 1,650 Lb-pie @ 1,200 RPM. Transmisión. SPICER PSDO165-18A. 1,650 Lb-pie 18 velocidades hacia delante y 4 reversas. Relación última y penúltima velocidad con sobre marcha. (1:0.73) Eje Trasero. 46,000 lbs. Sencillo relación 4.88
Relación Transmisión. PSDO165-18A
Gradeability (%) PSDO165-18A
Startability. (%) PSDO165-18A
Velocidad. Km/Hr. PSDO165-18A
1a
14.89
31.93
18.07
4.99
2a
12.41
26.33
15.06
5.99
3a
10.40
21.79
12.62
7.15
4a
8.66
17.86
10.51
8.58
5a
7.32
14.83
8.88
10.16
6a
6.09
12.06
7.39
12.21
7a
5.05
9.71
6.13
14.72
8a
4.21
7.81
5.11
17.66
9a
3.54
6.30
4.30
21.00
10a
2.95
4.96
3.58
25.20
11a
2.47
3.88
3.00
30.10
12a
2.06
2.95
2.50
36.09
13a
1.74
2.23
2.11
42.72
14a
1.45
1.58
1.76
51.27
15a
1.20
1.01
1.46
61.95
16a
1.00
0.56
1.21
74.34
17a
0.84
0.20
1.02
88.50
110
18a
0.70
-0.12
0.85
106.20
Reversa 1 Reversa 2
15.64 13.03
33.63 27.73
18.98 15.81
4.75 5.71
Tabla de Gradeability, Startability y Velocidad. 2100
1900 1a 2a3a4a5a 6a 7a 8a
9a
10a
11a
12 1 2a
13a
14a
15a
16a
17a
18a
1700
1500
1300
1100 m p r
900
700
500 PSDO165-18A 300
Torque maximo
100
-100 0
20
40
60
80
100
120
140
Velocidad (km/h)
Gráfica de comportamiento, RPM Vs Km/Hr. En este caso conservamos la llanta 24.5” y colocamos un diferencial 4.88 para lograr los 85 Km/hr a las 1,441 RPM, para asegurar un buen consumo de combustible, si bajamos a llanta 22.5” la velocidad máxima del camión que da muy cerca de los 90 Km/hr y eso nos deja muy limitado sen caso de necesitar de alguna maniobra de rebase, y si compensamos este cambio con una paso más rápido, 4.56 las revoluciones del motor se van muy cerca de las 1,400 RPM y con eso ponemos en riesgo el consumo de combustible.
111
CONCLUSIONES. Las conclusiones que podemos sacar de la información expuesta en este documento, es la importancia y el impacto que tiene el realizar una buena configuración, sobre el tren motriz de la unidad que se va a utilizar en el transporte de carga. Los beneficios que se tienen de tomar el tiempo para configurar la unidad son los siguientes: Ahorro de combustible: si logramos que más del 70% del tiempo de operación del
motor se lleve en el rango de RPM’s recomendado por el fabricante para tener el mejor consumo se pueden tener ahorros entre el 5% y 8% de combustible. A abril de este 2009 el Litro de Diesel se colocó en $7.73 pesos , con este dato vamos a calcular el ahorro anual de una unidad del transporte Urbano en la ciudad de Guadalajara, Jalisco, la ruta se conoce como “237 Diagonal”, Corre desde Zapopan, pasa por Guadalajara, Tlaquepaque y termina en Tonala, la duración del recorrido es de 4 Horas y 5 min, y la distancia es de 74 kms por vuelta, el camión da 4 vueltas diarias. Se configuró una unidad de prueba para poder hacer cambios a las 1,500 rpm, cuando el resto de la flota hace cambios a las 1,900 rpm, el promedio de la flota en esa ruta es de 3.3 kms/ lt. La unidad que se configuro correctamente de acuerdo a esta ruta en específico reporta rendimientos de 4.2 kms/lt En pesos el ahorro es así: Unidad promedio. Unidad prueba.
Lts/vuelta. 22.4 17.6
$/vuelta 173.15 136.04
$/día 692.6 544.16
$Año. 252,799 198,618
El Ahorro anual en consumo de diesel, por una configuración correcta es de $54,181.00 pesos, el dueño de las unidades tiene 30 camiones en esta ruta, si se configuran los 30 de esta forma se ahorrará $1,625,430.00 pesos, suficiente para comprar 1 un camión nuevo y dar un enganche del 50% para otro al año. Tiempos de traslado: si logramos bajar los tiempos de traslado de la unidad entre 15
y 20 min, en comparación a una configuración deficiente de otro vehiculo, estos minutos se convierten en ahorro de combustible y en el incremento de la vida útil del camión completo, ya que utilizara menos horas para hacer el mismo trabajo. La forma en que se refleja el ahorro por lograr tiempos de traslado más cortos es más complicada de medir, ya que un recorrido más rápido afecta varios factores como son: • •
Reducción del tiempo de la cadena de comercio. Mayor disponibilidad del camión para el siguiente trabajo. 112
•
Menor cansancio en el operador, y/o más tiempo para descansar.
Pero todos estos factores son afectados por que la unidad puede subir a una mayor velocidad las pendientes, y esto no significa que tenga que sacrificar diesel. Si la configuración es correcta el tren motriz tendrá la fuerza para subir la unidad sin demandar más rpm’s del motor, al contrario de una configuración deficiente en donde es necesario “atacar” el acelerador para que el motor pueda mantener el paso sin tener que descender velocidades en la transmisión. Otro beneficio de la unidad suba a más velocidad es que aseguramos mayor flujo de aire fresco hacia el motor y transmisión, lo que nos ayuda a controlar mejor la temperatura de los mismos y mantener el lubricante en las condiciones optimas de viscosidad, y estos factores prolongan la vida útil de la unidad. Operación más eficiente: con una configuración adecuada al tipo de carga y negocio
del transportistas también se tendrán las unidades trabajando con más holgura lo que garantizara menos tiempos muertos por fallas o desgastes prematuros en los componentes de fricción como embragues, collares de cambios de transmisión, frenos, llantas, etc. Al mencionar la holgura en el trabajo de la unidad me refiero a : •
•
Poder mantener un promedio de velocidad más alto sin pasar los límites legales de velocidad Mantener mejores temperaturas de operación en todos los componentes ya que no se verán forzados y con eso aseguramos más tiempo la calidad del lubricante.
En la práctica he observado unidades que llegan al millon de kilómetros tras 7 años de uso y el el motor va por su primer media reparación. En el caso de componentes como diferenciales y transmisiones he visto casos con 1,400,000 kilómetros y van por su primer cambio de baleros y de collares embrague. Estos resultados son los que se buscan al hacer una correcta configuración, ya que para que el motor llegue a ese kilometraje trabajando correctamente se necesita que haya trabajado sin forzarse en un régimen de rpm’s adecuado. En el caso de la transmisión y diferencial mucho tiene que ver la correcta operación de estos componentes probablemente resultado de un operador que trabajo sin el estress que genera una unidad que “no puede” desplazarse a buena velocidad y que pierde mucho tiempo en subidas. Por lo que concluyo este trabajo con la seguridad de que será útil, para estudiantes e ingenieros que en su vida profesional, laboren en cualquier sector del transporte, así como para las personas interesadas en conocer más de estos temas.
113
ANEXOS. TABLAS DE MENTENIMIENTOS PARA TRANSMISIONES. Tabla 1. PROGRAMA DE MANTENIMIENTO TRANSMISIÓN SPICER 18 VELOCIDADES. GRUPO “A” ( TRACTOCAMIONES EN SENCILLO MENOS DE 24 TON DE CARGA, DENTRO DE CARRETERA ) PERIODOS OPERACIONES Cambio de aceite. ( Mineral API GL1 80W-90 ó 90W ) Cambio de aceite. ( Sintético MIL-L2104d API-CD 50, 40 ó 30 ) Verificar Fugas y corregir nivel de aceite. ( Cada 15,000 kms. ) Verificar y corregir Fugas en el sistema neumático ( Cada 15,000 kms. ) Verificar Presión del Regulador de Aire y Purgar. Limpieza general del sistema Electroneumático ó Neumático. ( Cada 15,000 kms. ) Verificar Torque de la tuerca del Yugo. Limpieza de Cajas Pistón. Verificar de “O” Rings de las cajas piston. Verificar Resortes del Sistema de Encastre. Verificar de Anillos de la torre de Cambios. Verificar Sincronizador, Cono, Engrane Embrague de Alta de Rango. Reemplazar Retenes de entrada y salida. Verificar Condiciones de la flecha de entrada. Verificar Collares Cúrvicos y Collares de Cambios. Verificar Engranes de la Flecha Principal. Verificar Horquillas de Cambios manuales y neumáticos.
10 90 170 o
o
o
250
330
410
o
o
o
KILOMETROS ( X 1,000 ) 490 570 650 730 810 o
o
o
o
o
o
890
970
1050
1130
o
o
o
o
o
o
o
o
o
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Verificar Baleros Reemplazo de bujes de las barras de cambios. Verificar la válvula de paso del Optilub. Verificar la bomba de aceite del Optilub. Limpieza de los tubos de Succión y Descarga del Optilub.
114
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Tabla 2. PROGRAMA DE MANTENIMIENTO TRANSMISIÓN SPICER PSDO 18. GRUPO “B” ( TRACTOCAMIONES EN SENCILLO O FULL C ARGA ENTRE 24 Y 50 TON DE CARGA, (DENTRO DE CARRETERA ) PERIODOS OPERACIONES
10 80
150
220
290
o
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O
KILOMETROS ( X 1,000 ) 360 430 500 570 640 710
780
850
920
990
o
o
o
o
Cambio de aceite. ( Mineral API GL1 80W-90 ó 90W ) Cambio de aceite. ( Sintético MIL-L-2104d API-CD 50, 40 ó 30 )
o
Verificar Fugas y corregir nivel de aceite. ( Cada 15,000 kms. ) Verificar y corregir Fugas en el sistema neumático ( Cada 15,000 kms. )
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Verificar Presión del Regulador de Aire y Purgar.
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Limpieza general del sistema Electroneumático ó Neumático. ( Cada 15,000 kms. ) Verificar Torque de la tuerca del Yugo. Limpieza de Cajas Pistón. Verificar de “O” Rings de las cajas piston.
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o
Verificar Resortes del Sistema de Encastre. Verificar de Anillos de la torre de Cambios. Verificar Sincronizador, Cono, Engrane Embrague de Alta de Rango. Reemplazar Retenes de entrada y salida.
o
O
o
O
o O O
Verificar Condiciones de la flecha de entrada.
O
Verificar Collares Cúrvicos y Collares de Cambios. Verificar Engranes de la Flecha Principal.
O
Verificar Horquillas de Cambios manuales y neumáticos.
O
Verificar Baleros
o
Reemplazo de bujes de las barras de cambios. Verificar la válvula de paso del Optilub. Verificar la bomba de aceite del Optilub. Limpieza de los tubos de Succión y Descarga del Optilub.
O
O
O O O
115
o
Tabla 3. PROGRAMA DE MANTENIMIENTO TRANSMISIÓN SPICER PSDO 18. GRUPO “C” ( TRACTOCAMIONES EN FULL CARGA SUPERIOR A 50 TON DE CARGA, DENTRO DE CARRET C ARRETERA ERA ) PERIODOS OPERACIONES
10 70
130
190
250
o
o
o
KILOMETROS ( X 1,000 ) 310 370 430 490 550 610
670
730
790
850
o
o
o
o
Cambio de aceite. ( Mineral API GL1 80W-90 ó 90W ) Cambio de aceite. ( Sintético MIL-L-2104d API-CD 50, 40 ó 30 )
o
Verificar Fugas y corregir nivel de aceite. ( Cada 15,000 kms. ) Verificar y corregir Fugas en el sistema neumático ( Cada 15,000 kms. ) Verificar Presión del Regulador de Aire y Purgar. Limpieza general del sistema Electroneumático ó Neumático. ( Cada 15,000 kms. ) Verificar Torque de la tuerca del Yugo.
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o
Limpieza de Cajas Pistón. Verificar de “O” Rings de las cajas piston. Verificar Resortes del Sistema de Encastre. Verificar de Anillos de la torre de Cambios. Verificar Sincronizador, Cono, Engrane Embrague de Alta de Rango. Reemplazar Retenes de entrada y salida. Verificar Condiciones de la flecha de entrada. Verificar Collares Cúrvicos y Collares de Cambios. Verificar Engranes de la Flecha Principal.
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o O O O O O
Verificar Horquillas de Cambios manuales y neumáticos.
O
Verificar Baleros Reemplazo de bujes de las barras de cambios. Verificar la válvula de paso del Optilub. Verificar la bomba de aceite del Optilub. Limpieza de los tubos de Succión y Descarga del Optilub.
o O O O O
116
FICHAS TÉCNICAS MOTORES VEHICULARES. Tabla 4.
117
Tabla 5.
118
Tabla 6.
119
Tabla 7.
120
Tabla 8.
121
Tabla 9.
122
Tabla 10.
123
Tabla 11.
124
Tabla 12.
125
Tabla 13.
126
Tabla 14.
127
Tabla 15.
128
Tabla 16.
129
Tabla 17.
130
Tabla 18.
131
Tabla 19.
132
Tabla 20.
133
Tabla 21.
134
Tabla 22.
135
Tabla 23.
136
Tabla 24.
137
Tabla 25.
138
Tabla 26.
139
Tabla 27.
140
Tabla 28.
141
Tabla 29.
142
Tabla 30.
143
Tabla 31.
144
SELECTOR DE EMBRAGUES. Tabla 32.
145
Tabla 33.
146
FICHAS TÉCNICAS TRANSMISIONES. Tabla 34.
147
Tabla 35.
148
Tabla 36.
149
Tabla 37.
150
Tabla 38.
151
Tabla 39.
152
Tabla 40.
153
Tabla 41.
154
Tabla 42.
155
Tabla 43.
156
Tabla 44.
157
SELECTOR PASOS DIFERENCIAL.
Tabla 45. EJE TRASERO
MAX. LBS.
EJES
RELACION.
ARVIN MERITOR RS21-145 RS23-160
21000 23000
4X2 4X2
4.11, 4.33, 4.63, 4.88, 5.13, 5.29, 5.57 4.10, 4.30, 4.56, 4.89, 5.38, 5.63, 6.14, 6.43, 6.83, 7.17
21000 23000 23000 38000
4X2 4X2 4X2 6X2
3.90, 4.11, 4.33, 4.63, 4.88, 5.29, 5.57, 6.17, 6.50, 7.17 3.90, 4.11, 4.33, 4.63, 4.88, 5.29, 5.57, 5.83, 6.17, 6.50, 7.17 3.90, 4.11, 4.33, 4.63, 4.88 3.90, 4.11, 4.33, 4.63, 4.88
38000
6X2
3.90, 4.11, 4.33, 4.63, 4.88, 5.29, 5.57, 6.17, 6.50, 7.17
40000 40000 40000 40000 40000 40000 40000
6X4 6X4 6X4 6X4 6X4 6X4 6X2
3.90, 4.11, 4.33, 4.63, 4.88, 5.29 3.90, 4.11, 4.33, 4.63, 4.88, 5.29 3.70, 3.90, 4.11, 4.33, 4.63, 4.88, 5.29 3.55, 3.70, 3.90, 4.11, 4.33, 4.63, 4.88 3.70, 3.90, 4.11, 4.33, 4.63, 4.88, 5.29, 5.57, 6.17, 6.50 3.55, 3.70, 3.90, 4.11, 4.33, 4.63, 4.88, 5.29, 5.57, 6.17, 6.50 3.90, 4.11, 4.33, 4.63, 4.88
40000
6X2
3.90, 4.11, 4.33, 4.63, 4.88, 5.29, 5.57, 6.17, 6.50, 7.17
46000 46000
6X4 6X4
3.55, 3.70, 3.90, 4.11, 4.33, 4.56, 4.88, 5.29, 5.43, 6.17 3.55, 3.70, 3.90, 4.11, 4.33, 4.56, 4.88, 5.43
46000 52000
6X4 6X4
3.55, 3.70, 3.90, 4.11, 4.33, 4.56, 4.88, 5.43 3.55, 3.70, 3.90, 4.11, 4.33, 4.56, 4.88, 5.29, 5.43, 6.17
RS21-230; 2 VELOCIDADES. VELOCIDADES. RT-44-157, TANDEM
21000 44000
4X2 6X4
RT-44-158 RT-46-158
44000 45000
6X4 6X4
4.88/6.80 3.70, 3.90, 4.10, 4.33, 4.56, 4.63, 4.89, 5.29, 5.38, 5.57, 6.14, 6.83 3.70, 3.90, 4.10, 4.33, 4.56, 4.63, 4.89, 5.29 3.70, 3.90, 4.10, 4.33, 4.56, 4.63, 4.89, 5.29
RS-23-158 RS21-230/TR4000, 2 VELOCIDADES. RT-41-145 TANDEM
23000 44000 40000
4X2 6X2 6X4
RT-41-145P TANDEM
40000
6X4
RT-46-160P, TANDEM
46000
6X4
RT-50-160, TANDM
50000
6X4
RT-52-185, TANDEM
52000
6X4
RS-23-161ª/TR4000 2 VELOCIDADES.
44000
6X2
DANA SPICER. 21060S 23080S 23090S TANDEM DANA/MERITOR 21060S/TR4000 TANDEM DANA/DIRONA 21060S/TR4000 DSS40, SUPER 40, TANDEM DSS40P, SUPER 40, TANDEM DS405, TANDEM DS405P, INC. BOMBA, TANDEM DSP41, TANDEM DSP41P, INC. BONBA, TANDEM TANDEM DANA/MERITOR 210603/TR8000 TANDEM DANA/DIRONA 21060S/TR8000 DS463P, INC. BOMBA, TANDEM DSP463P (WT) INC. BOMBA, TANDEM DSP462P, INC. BOMBA, TANDEM DS521P, TANDEM
DIRONA
MERITOR 4.10, 4.10, 4.30, 4.56, 4.89, 5.38 488/6.80 3.58, 3.73, 3.90, 4.11, 4.33, 4.63, 4.88, 5.29, 5.86, 6.14, 6.43, 6.83, 7.17 3.21, 3.42, 3.58, 3.73, 3.90, 4.11, 4.33, 4.63, 4.88, 5.29, 5.86, 6.14, 6.43, 6.83, 7.17 3.58, 3.73, 3.90, 4.11, 4.33, 4.63, 4.88, 5.29, 5.86, 6.14, 6.43, 6.83, 7.17 3.21, 3.42, 3.58, 3.73, 3.90, 4.11, 4.33, 4.63, 4.88, 5.29, 5.86, 6.14, 6.43, 6.83, 7.17 3.21, 3.42, 3.58, 3.73, 3.90, 4.11, 4.33, 4.63, 4.88, 5.29, 5.86, 6.14, 6.43, 6.83, 7.17 4.88/680
158
FICHAS TÉCNCIAS LLANTAS. Tabla 46.
159
Tabla 47.
160
Tabla 48.
161
Tabla 49.
162
TABLA COEFICIENTES DE ARRASTRE.
Tabla 50. Coeficiente de Arrastre.
163
BIBLIOGRAFÍA. LIBROS: •
Charles, M. Perkins; “Principles and Design of Mechanical Truck Transmissions”; SAE SP-363, Eaton Yale & Yowne Inc., 1971.
ARTICULOS DE REVISTAS •
Salgado Barrera, Dante. “Pesos y Dimensiones”, “Camiones de Carga”, “Autobuses urbanos, foráneos y plataformas”, , Anuario de Vehículos de Autotransporte 2009, 200 9, Camiones Pesados. Número 11, Edición 2009. p. 19, 34, 44, 64, 73-74, 83 y 95.
ARTICULOS DE CONFERENCIAS •
Rafael Morales, M., Lozano Guzmán, Cervantes De Gortari y López-Cajún, C., “Método para seleccionar el tren motriz de vehículos de transportes pesado con uso óptimo de combustible”, en: 8vo Congreso Iberoamericano de Ingeniería Mecánica, procedente de la conferencia impartida en la Pontificia Universidad Católica del Perú, Cusco, 23-25 Octubre del 2007, Federación Iberoamericana de Ingeniería Mecánica, 2007, p. 4-6.
INFORMES Y REPORTES •
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Kenworth Mexicana, “Curso 101, Configuraciones y Aplicaciones.”, Mexicali, Baja California. 2006. Zabala Ponce, Armando y Rafael Morales Mercedes Yolanda, Secretaría de Comunicaciones y Transportes, “Selección del Tren Motriz de Vehículos Pesados (Carga y Pasaje) destinados al Servicio Público Federal”, Instituto Mexicano del Transporte, Publicación Técnica 128, Sanfandila, Qro. 1999. p. 49-62.
PAGINA DE WORLD WIDE WEB •
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BRIDGESTONE, Bridgestone México, http://www.bridgestone.com.mx/index.asp?search_type=2, 2008. CATERPILLAR, On Highway engines and transmissions, http://www.cat.com/cda/layout?m=38840&x=7, 2008. CUMMINS, Cummins Power Spec, “Vehicle http://www.powerspec.cummins.com/site/home/index.html, 2008. DANA, Heavy Axel, “Información del http://www2.dana.com/expertforms/depdf.aspx?prod=WAXL, 2008 164
“Camión”, “Products”, Gearing”, Producto”,
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EATON FULLER, Division Road ranger, “Transmission medium Duty”, “Transmission Heay Duty”, “Transmissions Automate”, http://www.roadranger.com/Roadranger/productssolutions/SpecificationGuide/Medi umDuty/index.htm, 2008. Estado de Nueva York, Dirección de Vialidad, “Manual del Conductor Comercial”, http://www.nydmv.state.ny.us/broch/cdl/cdl10Ssec03.pdf, 2008. INTERNATIONAL, MAXXFORCE, “Aplications”, http://www.maxxforce.com/Application, 2008. MICHELIN, Michelin México, “Camión”, http://www.michelin.com.mx/Camion/camion_in.asp, 2008. TTC, Transmissions Tecnology Company, “Información del Producto”, http://www.ttcautomotive.com/Spanish/onlineorder/product.asp, 2008.
165
