UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
INTRODUZCA: NOMBRE CURSO G0205: Características y funciones de los mecanismos del tren
Gildemeister
de potencia de maquinaria pesada y agrícola
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 1
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
Unidad 3, parte 1: Convertidor de par y transmisión de maquinaria pesada y agrícola.
Material Introductorio, parte 1: Convertidor de par y transmisión de maquinaria pesada y agrícola.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 2
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
ÍNDICE DE CONTENIDO
Contenido INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................................... 4 TEMA 1: CONVERTIDOR DE PAR ....................................................................................................................... 5 1.1
DEFINICIÓN................................................................................................................................................ 5
¿Qué es el par o torque? ................................................................................................................................. 5 ¿Qué es un convertidor de par o torque? ....................................................................................................... 6 1.2
FUNCIÓN ................................................................................................................................................... 7
¿Cuál es la función del convertidor de par? .................................................................................................... 7 1.3
SISTEMAS .................................................................................................................................................. 7
1.4
MECANISMOS DE DESGASTE Y MANTENCIÓN..................................................................................................... 9
1.5
FALLAS: CAUSA – EFECTO ............................................................................................................................ 11
2.
FUNCIONAMIENTO RUIDOSO............................................................................................................................ 13
3.
FUGAS DE ACEITE........................................................................................................................................... 14
4.
RENDIMIENTO DE LA MÁQUINA ........................................................................................................................ 15
TEMA 2: TRANSMISIÓN...................................................................................................................................17 2.1. DEFINICIÓN .................................................................................................................................................... 17 2.2. FUNCIÓN ....................................................................................................................................................... 17 2.3. CLASIFICACIÓN................................................................................................................................................ 17 2.4. RELACIÓN DE TRANSMISIÓN............................................................................................................................... 22 2.5. MECANISMOS DE DESGASTE Y MANTENIMIENTO .................................................................................................... 23 2.6. FALLAS: CAUSA – EFECTO .................................................................................................................................. 27 CONCLUSIONES ...............................................................................................................................................31 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................................33
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 3
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
INTRODUCCIÓN El tren de fuerzas de una maquinaria es aquel conjunto de dispositivos encargado de convertir toda la energía en movimiento, ya sea para trasladar a la máquina o a que esta misma desarrolle cierta acción. En otras palabras, es la encargada de transmitir la fuerza al suelo. Entre los dispositivos que conforman el tren de fuerza de la maquinaria, generalmente se encuentran los: motores, convertidores de par, transmisiones, diferencial y mandos finales. El objetivo de esta unidad es describir los sistemas y la función de los elementos componentes de un convertidor de par y de la transmisión, los mecanismos de desgaste, mantención y fallas, asociado a las piezas móviles que lo componen, de acuerdo a condiciones de operación de maquinaria pesada en general. Para esto estudiaremos primero el convertidor de par y a continuación la transmisión. Los invitamos a revisar el material preparado, en la parte 1 de esta unidad.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 4
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
TEMA 1: CONVERTIDOR DE PAR
1.1 Definición
¿Qué es el par o torque?
El par o torque es el producto de una fuerza que actúa sobre un objeto, haciendo que este rote. El objeto rota sobre un eje, el cual se llama “eje pivote” y la distancia entre el eje pivote y el punto en donde se aplica la fuerza se llama “brazo de momento”.
En otras
palabras, el par o torque “T” es el producto entre la distancia “r” y la fuerza “F”, es decir T = r * F Ya que el torque es proporcional a la fuerza al igual que la distancia r (radio pequeño o grande), en la medida que el radio sea mayor, se debe aplicar poca fuerza para obtener el mismo torque que si aplico mucha fuerza a una distancia menor.
También es posible generar torque por la
acción
de
“masa
de
aire”
actuando sobre las aspas de un ventilador. En la figura se muestran dos ventiladores encontrados uno frente al otro. El ventilador 1 está conectado a la red eléctrica y gira desplazando aire en contra del ventilador 2.
La
masa de aire que es desplazada actúa sobre toda la superficie de las aspas del ventilador 2. Al golpear el
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 5
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
aire sobre las aspas genera una fuerza. Si pudiéramos imaginar esta fuerza actuando en un solo punto del aspa del ventilador 2 y la multiplicamos por la distancia al eje del ventilador, obtendríamos el torque que hace posible el movimiento del ventilador. Este es el principio de funcionamiento de la transmisión de potencia por medio de un fluido.
¿Qué es un convertidor de par o torque?
Un convertidor de par es un componente fuerza y
que
transmite
movimiento de un
motor a una transmisión, por medio de aceite hidráulico. Consta
de
dos
hélices
enfrentadas, una de las cuales es movida por el motor diésel, e impulsa el aceite que hay en el interior del convertidor contra la otra turbina, haciendo que esta gire y venza la resistencia de la transmisión y de las ruedas o cadenas, la que a su vez envía el aceite al estator para devolverlo al impulsor. La hélice de la izquierda se llama impulsor y es dirigida por el motor. Cuando el impulsor da vuelta, el aceite fluye respondiendo a la fuerza centrífuga. Este flujo de aceite que sale del impulsor golpea las aletas de la segunda hélice llamada turbina. Puede verse que es la fuerza de este flujo de aceite lo que causa la rotación de la turbina. La copla de fluido que se forma es perfecta y la energía es transmitida de un miembro al otro por medio del flujo de aceite. Sin embargo, el convertidor de torque posee un elemento que se ubica entre ambas hélices llamado estator y es quien realiza la multiplicación de torque.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 6
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
1.2 Función ¿Cuál es la función del convertidor de par?
El convertidor de par hace las funciones de embrague entre el motor y la transmisión. Las ventajas de un convertidor de par sobre un embrague convencional son las siguientes:
Absorbe las cargas de choque. Evita que el motor se sobrecargue y llegue a calarse, permitiendo el funcionamiento a la vez del sistema hidráulico. Proporciona las multiplicaciones de par automáticamente para hacer frente a la carga, sin tener que cambiar de velocidad dentro de unos límites. Se elimina la necesidad de embrague. La carga de trabajo va tomándose de forma gradual. Se precisan menos cambios de velocidad.
1.3 Sistemas Las partes que forman un convertidor de par son las siguientes:
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 7
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
1. Impulsor: este elemento tiene paletas que se encargan de impulsar el aceite a la turbina. Se considera el elemento conductor, debido a que es el que recibe el movimiento del motor, al que está unido e impulsa el aceite contra él. El impulsor, llamado en ocasiones la bomba, está fijado al volante del motor y la turbina está fijada al eje de entrada de la transmisión. Cuando se arranca el motor, el impulsor comienza a girar y empuja el aceite desde su centro hacia el borde exterior.
2. Turbina: el elemento conducido se llama turbina y va acoplada al eje de salida. La parte de la bomba del convertidor de par dirige aceite contra la turbina para hacerla girar. La turbina está conectada
a
una
flecha,
para
transferirle
potencia a la transmisión. Tiene como misión recibir el aceite enviado por el impulsor. La turbina gira en conjunto con el eje de salida, ya que están unidos en un mismo eje.
3. Estator: el convertidor de par incluye un tercer elemento que viene a mejorar las condiciones de funcionamiento en la circulación del aceite, se trata del estator. Tiene como misión redirigir el aceite ocupado por la turbina y entregarlo al impulsor, cambia de dirección el flujo de aceite, esto permite aumentar el impulso del aceite. Dentro del estator se encuentra un cojinete el cual permite que este solo gire en un determinado sentido. El estator se usa para redirigir el flujo de la turbina de regreso hacia la parte de la bomba, para MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 8
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
completar el flujo de aceite. Está montado sobre un mecanismo de rueda libre, que le permite desplazarse libremente cuando los elementos del convertidor giran a una velocidad aproximadamente igual.
4. Eje de salida: está conectado por estrías a la turbina y envía el par al eje de entrada de la transmisión. El eje de salida está conectado a la transmisión mediante una horquilla y un eje de mando o directamente al engranaje de entrada de la transmisión, recibe la fuerza desde la turbina y la entrega al eje de entrada de la transmisión.
Factores que tienen que ver con la multiplicación de torsión 1. Relación de las velocidades entre la turbina y el impulsor. 2. Ángulo al que estos alabes están montados. 3. Número de alabes en cada uno de los tres miembros.
1.4 Mecanismos de desgaste y mantención
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 9
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
Para mantener el convertidor en buen estado, hay que tener muy claro que el aceite es fundamental en su funcionamiento. Se debe tomar atención en dos precauciones generales:
Mantener el convertidor con aceite
Mantener una temperatura de trabajo del aceite
Como el aceite choca con los alabes (aspas) de los rodetes y al rozar por las paredes de estos, se produce gran temperatura, con el consiguiente deterioro de las propiedades del aceite y además daño a los sellos del convertidor y de la transmisión. El aceite circula a gran velocidad por el interior del convertidor de par, por lo que cualquier materia extraña que pueda llevar causará el desgaste rápido de los bordes y picará las paletas de la turbina, cambiando su forma funcional. El desgaste de las paletas también contribuye a desequilibrar la turbina. Por otra parte, el aceite sucio daña los rodamientos y los retenes. Algunos convertidores de par llevan piezas de aleaciones ligeras de aluminio. La caja del convertidor suele ser de fundición de aluminio. Todas las piezas del convertidor de par se tienen que manipular con el máximo cuidado para no arañarlas ni dejar rebabas o muescas en bordes y superficies. Las piezas, que llevan un ajuste de precisión con una tolerancia mínima, se agarrotan aunque no estén más que muy ligeramente dañadas. Las superficies mecanizadas con precisión para que hagan un cierre hermético sin junta, pierden aceite cuando están arañadas. Todas estas piezas deben manipularse con cuidado y protegerse durante el despiece, la limpieza, la inspección y el remontaje.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 10
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
Para evitar fallos conviene atenerse a las siguientes reglas:
1.5 Fallas: causa –
efecto
En este apartado nos vamos a ocupar de las siguientes cuatro anomalías principales:
1. Sobrecalentamiento El sobrecalentamiento causa la pérdida de potencia y puede averiar juntas y retenes y deformar los metales. El convertidor puede sobrecalentarse por realizar un trabajo pesado. En general, cuanto más pesado es el trabajo que realiza, más cantidad de calor se produce. Si el convertidor no tiene suficiente capacidad para el trabajo normal de la máquina, rendirá poco y se sobrecalentará. En estos casos hay que disminuir la carga o trabajar a una velocidad más reducida. Siempre que el usuario
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 11
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
de la máquina se queje de que el convertidor se sobrecalienta, hay que averiguar si se le hace trabajar correctamente a la velocidad más conveniente. El convertidor también se sobrecalienta cuando entre aire en él. Los convertidores de par tienen que estar llenos de aceite para poder trabajar correctamente. La presencia de aire en el aceite hace que baje el rendimiento, que se sobrecaliente y se averíe el convertidor. El aire puede entrar en el sistema de alguna de las siguientes maneras:
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 12
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
2. Funcionamiento ruidoso
Así como el sobrecalentamiento es fácil de explicar porque se sabe cuál es la temperatura normal de funcionamiento de la unidad, el funcionamiento ruidoso, en cambio, no es fácil de explicar en qué consiste. Un mecánico
poco
experimentado
no
sabrá
oír
un
determinado ruido, ni relacionarlo con una anomalía del convertidor. En cambio, ese mismo ruido anormal bastará para que el operador o un mecánico experimentado sepan descubrir en él el primer síntoma del mal funcionamiento del convertidor. El ruido producido por el mal funcionamiento del convertidor puede ser como un silbido o un ronroneo, ser continuo o intermitente. Los rodamientos gastados o secos producen un siseo peculiar, que degenera un golpeteo rítmico cuando terminan de averiarse. Otros focos de ruidos anormales pueden ser los siguientes: engranajes desgastados, ejes gastados o doblados, exceso de holgura axial en los ejes, ejes mal alineados con el motor de explosión y embragues de rueda libre desgastados. Todos estos ruidos anormales pueden significar una avería inminente del convertidor. Un estetoscopio para un mecánico es una ayuda importante para buscar los ruidos en el convertidor.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 13
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
3. Fugas de aceite Las fugas de aceite del convertidor pueden ser de dos tipos:
Internas
Externas
Fugas internas Se entienden por fugas internas las que se producen dentro del convertidor. Como ya hemos visto, el convertidor utiliza una gran cantidad de aceite, a gran velocidad. Si la caja del convertidor pierde aceite por fugas en la bomba, la turbina o el estator, se produce una pérdida de potencia o el funcionamiento irregular de la unidad. La pérdidas de aceite se pueden producir por haber dado un par de apriete incorrecto a los tornillos del convertidor. En algunos convertidores se puede retirar el cárter que cubre el convertidor, para ver si este tiene alguna fuga de aceite. Para ello se pone en marcha el motor y se embraga la transmisión hasta que aparece la fuga de aceite. Si aparecen fugas por la tapa del convertidor, se repasa el apriete de sus tornillos con una llave dinamométrica. Si no se corrige la fuga con esta medida, se tiene que quitar a tapa para inspeccionar las superficies mecanizadas de la tapa y el volante e instalar una junta nueva. Fugas externas Llamamos fugas externas a las que se producen por fuera del convertidor, cuando pueden afectar también a su funcionamiento. Este tipo de fugas se pueden producir en las tuberías que van al radiador y al filtro de aceite, así como en los racores por los que se acoplan al sistema manómetros y termómetros. Todas las tuberías de aceite y racores deben inspeccionarse en busca de posibles pérdidas de aceite.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 14
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
4. Rendimiento de la máquina
Por regla general, el mal funcionamiento del convertidor afecta a la respuesta de la máquina frente a las variaciones de carga y velocidad. La falta de potencia y aceleración de la máquina a baja velocidad, puede ser debida a una avería en el embrague de rueda libre de la turbina. También afectan al rendimiento del convertidor y, por lo tanto, al de la máquina, los cambios de la presión hidráulica, del caudal y de la temperatura del aceite.
Problema
Causa probable
El convertidor de 1. Medidor de temperatura o unidad de transmisión en torque se calienta malas condiciones. 2. Largos periodos de operación con el convertidor de torque a velocidad crítica o casi crítica. 3. Operación anormal del sistema de enfriamiento: a. Núcleos en el enfriador de aceite que no están completamente abiertos. b. Restricción en las líneas del enfriado de aceite. 4. Baja presión de aceite. a. Bajo nivel de aceite. b. La válvula de alivio de entrada del convertidor de torque que no está operando correctamente. c. La válvula de alivio de salida del convertidor de torque que no está operando correctamente. d. Pérdidas alrededor de los sellos en el convertidor de torque. 5. Aire en el sistema de aceite. 6. La línea de barrido del convertidor de torque que está restringida u obstruida. a. La rejilla en la caja del convertidor de torque que está obstruida. 7. Falla mecánica en el convertidor de torque. 8. La válvula de desvío de la temperatura del aceite no está operando correctamente.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 15
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
La presión entrada convertidor torque es alta
de 1. La válvula de alivio de entrada del convertidor de del torque que no está operando correctamente. de 2. Restricciones en la válvula de alivio de salida del convertidor de torque. 3. Restricciones en la línea de salida al enfriador de aceite. 4. Aceite del tren de potencia que no está en su temperatura de operación normal.
Baja presión entrada convertidor torque
de 1. Flujo inadecuado desde la bomba de aceite de la al transmisión. de 2. Válvula de relación del convertidor de torque. a. Tierra o material externo en la válvula. 3. Válvula de alivio de salida del convertidor de torque. a. Resorte débil. b. Tierra o material externo en la válvula. 4. Pérdida en los sellos en el convertidor de torque. Nota: tierra o material externo en las válvulas evitará que las válvulas cierren correctamente.
Hay ruidos en el 1. Rodamientos con excesivo desgaste o daños. convertidor de 2. Alabes sueltas en la turbina, el impulsor o el estator. torque que suenan como contacto entre 3. Demasiada carga de lado sobre el eje de salida. metal y metal Hay demasiado 1. La bomba de barrido no está operando correctamente. aceite en la caja del 2. La rejilla en la caja del convertidor de torque que está convertidor de obstruida. torque 3. Demasiada pérdida dentro del convertidor de torque. Ruidos en engranajes planetarios convertidor torque
los 1. Falla de los rodamientos para los engranajes planetarios. 2. Falla de los dientes del engranaje. del de 3. Falla del rodamiento en el volante.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 16
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
TEMA 2: TRANSMISIÓN
2.1. Definición
Es el conjunto de componentes o subsistemas que interactúan entre si para llevar la potencia mecánica giratoria del motor, entregada por el convertidor, a las ruedas motrices y/o orugas.
2.2. Función
El sistema de transmisión es el conjunto de elementos que tiene la misión de hacer llegar el giro del motor hasta las ruedas motrices. Con este sistema también se consigue variar la relación de transmisión entre el cigüeñal y las ruedas. Esta relación varía en función de las circunstancias del momento (carga transportada y el trazado de la calzada).
2.3. Clasificación
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 17
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
Servo transmisión planetaria Las servo transmisiones planetarias son tal vez el tipo de transmisión más utilizado en las grandes máquinas. Su funcionamiento está basado en la operatoria de varios conjuntos de engranajes planetarios. La potencia suministrada a la servo transmisión es administrada
para
poder
tener
control tanto de la velocidad como de
la
dirección
deteniendo
un
del
equipo,
determinado
componente del conjunto de engranajes planetarios. La detención del conjunto de engranajes planetarios se consigue por el suministro de aceite hidráulico a un conjunto de embragues. El control en el suministro de aceite hidráulico a los embragues adecuados, permite la obtención de “potencia útil” desde la transmisión. Esta es suministrada al resto de los componentes del tren de potencia, obteniendo así la dirección y velocidad deseadas por el operador. Los componentes son: 1. El grupo planetario, que permite seleccionar dirección y velocidad del equipo. 2. Embragues actuados hidráulicamente, que permiten la conexión del conjunto planetario adecuado en base a lo solicitado por el operador. 3. Control electrónico de la transmisión que posee entradas y salidas para el control del funcionamiento de la transmisión. Los componentes que forman un conjunto de engranajes planetarios son: el engranaje solar, los engranajes planetarios, el porta planetarios y la corona. Para entender el funcionamiento de un conjunto de engranajes planetarios, es necesario considerar que siempre habrá un miembro que sea el impulsor del
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 18
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
movimiento y otro el impulsado. Para lograr conseguir lo anterior, otro miembro del conjunto de engranajes planetarios debe ser detenido.
Como
se
ve
en
la
figura,
los
componentes que forman un conjunto de engranajes planetarios son: (4) el engranaje solar, (1) los engranajes planetarios, (2) el porta planetarios y (3) la corona.
Para la construcción de una servo transmisión
planetaria,
se
deben
considerar dos ejes.
En la figura, queda establecida la distribución del conjunto de engranajes planetarios provistos para los embragues de dirección (R y F) y para los embragues de velocidad
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 19
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
(1 y 2). En las figuras consecutivas se hará el análisis del flujo de potencia al detener un miembro particular de cada conjunto de engranajes planetarios.
Para el avance (F) del equipo, se requiere que el miembro impulsor sea el engranaje solar, del conjunto de engranajes planetarios de avance y el miembro detenido sea la corona. Con lo anterior se consigue que el porta planetario central gire en el mismo sentido que el engranaje solar, pero a una menor velocidad. Para el retroceso (R) del equipo, se requiere que el miembro impulsor sea el engranaje solar, del conjunto de engranajes planetarios de reversa y el miembro detenido sea el porta planetario del mismo conjunto. Con lo anterior se consigue que la corona del conjunto de engranajes planetarios para reversa gire en sentido contrario al del impulsor. Para obtener segunda velocidad, ya sea de retroceso o avance, se requiere que el miembro impulsor sea el porta planetario central y el miembro detenido sea la corona del conjunto de engranajes planetarios para 2° velocidad. Con lo anterior se consigue que el eje de salida gire en el mismo sentido que el impulsor, pero a más velocidad.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 20
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
1° Velocidad de avance (1° F) Corona del conjunto de engranajes planetarios para avance y corona del conjunto de engranajes planetarios para 1° velocidad detenidas.
2° Velocidad de avance (2° F) Corona del conjunto de engranajes planetarios para avance y corona del conjunto de engranajes planetarios para 2° velocidad detenidas. 2° Velocidad de retroceso (2° R) Porta planetario frontal y corona del conjunto de engranajes planetarios para 2° velocidad detenidas.
1° Velocidad de retroceso (1° R) Porta planetario frontal y corona del conjunto de engranajes
planetarios
para
1°
velocidad
detenidas.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 21
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
2.4. Relación de transmisión
Cuando se transmite un movimiento, también se transmite energía y esta se puede usar en elevar una carga, o en mover otro mecanismo a más o menos velocidad. En un sistema de transmisión podemos distinguir una rueda motriz y una rueda conducida como se ve en la figura. Si la rueda motriz es menor en cuanto al diámetro y número de dientes que la conducida, entonces estamos en presencia de un tren de engranajes reductor, por el contrario si la rueda motriz es mayor en diámetro y número de dientes, entonces el tren es multiplicador. En la figura las ruedas rojas son motrices y las verdes conducidas, por lo tanto en el primer caso tenemos un sistema multiplicador por ello la rueda motriz gira más lento que la conducida, luego aumenta la velocidad. En el
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 22
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
segundo caso, ambas ruedas son iguales, luego se mantiene la velocidad y finalmente, si la rueda motriz gira más rápido que la conducida, tenemos un sistema reductor y la rueda conducida tiene una velocidad menor, con lo cual disminuye la velocidad. Los sentidos de giro de los engranajes que se conectan son siempre opuestos. Pero si se necesita que el engranaje motriz y conducido tengan el mismo sentido, se debe ubicar entre ellos un engranaje loco, para que así ocurra.
La relación de transmisión es el
cociente
velocidades
de
de los
las dos
elementos que se mueven.
i=
Velocidad angular motriz Número de dientes rueda conducida = Velocidad angular conducida Número de dientes rueda motriz
2.5. Mecanismos de desgaste y mantenimiento
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 23
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
1. Fatiga a flexión en la raíz, en engranajes
del
caracteriza
por
piñón, las
se
mismas
marcas de playa dejadas en los ejes con daños por fatiga a la flexión por rotación. Cuando están rotos solamente dos o tres dientes, eso indica que pudo haber sido causada por carga de choque instantáneo. Fatiga inducida por carga de choque presentará también orígenes que están en línea. Si están rotos todos los dientes restantes, la causa probable fue la carga de choque severo con aplicación continua de sobretensión o sobrecarga del vehículo. Las marcas de playa (“beach marks”) típicas de fatiga a flexión en la raíz, empiezan en las raíces de todos los dientes afectados y avanzan hasta la superficie endurecida del conjunto hipoidal.
2.
Fatiga
superficial
clasificación
es
amplia
una para
referirse a una gran cantidad de modalidades diferentes de daños a la superficie de una componente
expuesta
a
cargas. Por lo general, ella es causada
por
sobrecarga
cíclica de la superficie de contacto de un cojinete o diente de engranaje, pudiendo ser acelerada por impurezas contenidas en el lubricante. Fatiga superficial o de contacto afecta las superficies de contacto de cojinetes y engranajes. Es la forma más común
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 24
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
de fatiga y se caracteriza por grados variados de picaduras; a veces, también por escamación (spalling) de dientes de engranaje o superficies de cojinete. A diferencia del desgaste relacionado con lubricación inadecuada
debido a
la
contaminación del agua o impurezas en suspensión, la fatiga superficial se origina en sobrecarga repetitiva aplicada a un componente y puede producirse aun cuando las partes en funcionamiento estén recibiendo lubricación adecuada.
Evidencias de daños por erosión superficial (pitting) o descamación (spalling) tienen como
origen
sobrecarga
marginal
repetitiva o lubricación inadecuada. Sobrecarga marginal es similar al daño total del componente; la diferencia está en que la pieza queda sujeta a tensión un poco a más de los límites del proyecto bien próximo al daño instantáneo, por mucho tiempo. Problemas relacionados con lubricante contaminado o con el sistema de lubricación, que dejan que ocurra contacto excesivo de metal entre las superficies rodantes o deslizantes, pueden dar origen a picaduras o erosión superficial (pitting) o descamación (spalling).
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 25
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
3. En el caso de engranajes, el desgaste por corrosión
de
fricción
aparece
como
sedimentación de impurezas en el punto de
vibración
o
cerca
de
él.
La
sedimentación de impurezas tiene origen en el contacto de vibración de los dos metales, combinando óxidos metálicos con grasa o aceite. El color de la sedimentación depende de la calidad del lubricante y del tipo de óxido metálico de que es formada. A veces, la mezcla de sedimentación se llama “lodo rojo” o “cocoa”. Por lo general, esos óxidos son abrasivos y así, aumentan el desgaste del componente. Sin embargo, particularmente en ese caso el desgaste no es tan severo como en el caso de las partículas metálicas producidas por erosión superficial. Corrosión de fricción es común en casos de vibración torsional de la línea de accionamiento, que es posible identificar por las fuertes líneas de contacto en la trasera de los dientes de engranajes.
4. Cuando
el
aceite
queda
contaminado con agua, partículas de
impurezas
o
partículas
desprendidas por el gastado de los engranajes, el gastado entre las superficies
de
contacto
pueden
aumentar de forma considerable. Es necesario determinar el origen de la contaminación. Eso puede significar verificar todos los sellos y respiros. Contaminantes son especialmente nocivos en superficies de cojinetes.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 26
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
5. La corrosión causada por el agua aparece en las extremidades de los rodillos del cojinete. Aguafuerte en los rodillos del cojinete, corrosión en superficies no sujetas a contacto y desgaste en las ventanas de la jaula se originan en el lubricante contaminado con agua.
Básicamente
el
mantenimiento
obedece
a
lo
solicitado por cada fabricante para una maquinaria, en especial en su cartilla de mantenimiento, poniendo especial énfasis en la aplicación del lubricante que corresponde, así como del refrigerante y de las condiciones de operación de la máquina.
2.6. Fallas: causa – efecto
Las siguientes son las fallas más recurrentes en las transmisiones: Problema
Causa probable
La transmisión no opera 1. Baja presión de aceite en el sistema. Esta baja presión en ninguna velocidad. puede ser causada por uno de los siguientes problemas: La transmisión no se a. Bajo nivel de aceite. acopla en todas las b. Falla de la bomba de aceite de la transmisión o del velocidades o hay mando de la bomba. resbalamiento del c. Pérdida de aire en el lado de entrada de la bomba embrague. de aceite de la transmisión. d. Ajuste incorrecto de la válvula de prioridad. e. Pérdida de aceite dentro de la transmisión. f. Ajuste incorrecto de la válvula de alivio principal. g. La válvula de alivio principal no se cierra. h. La operación del pistón de carga o la válvula diferencial no es correcta. i. Problema eléctrico. 2. Falla mecánica en la transmisión.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 27
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
3. Falla del convertidor de torque. 4. Falla de la corona y el piñón cónico. 5. Incorrecta operación del embrague de dirección. 6. Falla en los mandos finales. La transmisión no hace un 1. Bajo nivel de aceite. cambio. 2. Baja presión del embrague. 3. Problema eléctrico. Cambio lento.
1. Baja presión de aceite. 2. Aire en el lado de entrada de la bomba de aceite de la transmisión.
La transmisión se acopla 1. Calibración inicial de la válvula de alivio de muy repentinamente. modulación no es el correcto. Este acople produce bruscos.
repentino 2. Resortes de las válvulas que son débiles o están cambios dañados. 3. El pistón de carga o la válvula diferencial no se mueve.
La transmisión opera solo 1. El embrague N°2 no está acoplado o el embrague en las velocidades de patina. Esto puede ser causado por uno de los siguientes avance. problemas: a. Baja presión de aceite. b. Pérdida de aceite. c. Desgaste excesivo de los discos y platos. d. Partes rotas en el embrague. e. Problema eléctrico. La transmisión opera solo 1. El embrague N°1 no está acoplado o el embrague en las velocidades de patina. Esto puede ser causado por uno de los siguientes reserva. problemas: a. Baja presión de aceite. b. Pérdida de aceite. c. Desgaste excesivo de los discos y platos. d. Partes rotas en el embrague. e. Problema eléctrico.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 28
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
La transmisión no operará 1. El embrague N°5 no está acoplado o el embrague en primera de avance o patina. Esto puede ser causado por uno de los siguientes en reversa. problemas: a. Baja presión de aceite b. Pérdida de aceite. c. Desgaste excesivo de los discos y platos. d. Partes rotas en el embrague. e. Problema eléctrico. La transmisión no opera 1. El embrague N°4 no está acoplado o el embrague en segunda de avance o patina. Esto puede ser causado por uno de los siguientes en reversa. problemas: a. Baja presión de aceite. b. Pérdida de aceite. c. Desgaste excesivo de los discos y platos. d. Partes rotas en el embrague. e. Problema eléctrico. La transmisión no opera 1. El embrague N°3 no está acoplado o el embrague en tercera de avance o patina. Esto puede ser causado por uno de los siguientes en reversa. problemas: a. Baja presión de aceite. b. Pérdida de aceite. c. Desgaste excesivo de los discos y platos. d. Partes rotas en el embrague. e. Problema eléctrico. La transmisión no desacopla cuando controlador digital encuentra en neutro.
se El embrague de dirección está acoplado. El embrague el no se libera. se
La transmisión se acopla 1. Falla de los mandos finales. pero la maquina no se 2. Falla de los embragues de dirección. moverá. 3. Falla de la corona y el piñón cónico. 4. Los engranajes en la transmisión no se mueven. Esto podría ser causado por uno de los siguientes problemas: a. Demasiados embragues que están acoplados.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 29
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
b. Falla mecánica de la transmisión. c. Problema eléctrico. 5. Falla mecánica en el convertidor de torque. 6. Los frenos no se liberan. Esto podría ser causado por uno de los siguientes problemas: a. Baja presión en el sistema de aceite del tren de potencia. La transmisión se calienta.
1. Bajo nivel de aceite. 2. Alto nivel de aceite. 3. Núcleos en el enfriador de aceite que no están completamente abiertos. 4. Bajo flujo de aceite debido a desgaste en la bomba de aceite de la transmisión. 5. Largos periodos de operación con el convertidor de torque a velocidad crítica o casi crítica. 6. Demasiada resistencia entre los platos y los discos del embrague. Nota: esta resistencia existe a pesar del desacople de los embragues.
Hay un sonido anormal en 1. Los sonidos fuertes en intervalos cortos que indican la bomba de aceite de la que partículas pasan a través de la bomba. Estos ruidos transmisión. pueden ser causados por la cavitación de la bomba. 2. Los ruidos fuertes constantes pueden indicar una falla de la bomba. 3. Una pérdida de aire en el lado de entrada de la bomba, puede causar ruidos anormales.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 30
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
CONCLUSIONES En esta unidad estudiamos dos sistemas del tren de fuerza de una maquinaria, comenzando por el convertidor de par o torque y luego la transmisión. Para realizar el estudio del convertidor de par, definimos primero qué era el par o torque, como el producto entre una fuerza que actúa sobre un objeto por un brazo perpendicular a dicha fuerza, haciendo que este rote. Con este concepto y por medio de un ejemplo de dos ventiladores enfrentados, donde uno está conectado a la corriente y el otro no, determinamos el principio de funcionamiento de la transmisión de potencia por medio de un fluido. Así fue como llegamos a la definición de un convertidor de par, como un componente que transmite fuerza y movimiento de un motor a una transmisión mecánica por medio de un aceite hidraulico.
Describimos así la función de embrague entre el motor y la transmisión de la maquinaria, cómo funcionaba, los principales componentes tales como: el impulsor o bomba, la turbina, el estator y el eje de salida con sus respectivas características y funciones. Finalmente y para cerrar este apartado, se consideraron los principales mecanismos de desgaste del convertidor de par, donde se debía poner especial énfasis en el aceite hidráulico, en cuanto a mantener el convertidor con el nivel de aceite y a una temperatura adecuada para así evitar, por ejemplo, el sobrecalentamiento del desgaste o la corrosión que se pueda producir por cavitación o erosión en el caso de existir alguna suciedad en el fluido hidráulico, para lo cual es necesario revisar los filtros constantemente según lo indicado por el fabricante.
Por último estudiamos el sistema de transmisión de un tren de fuerza, donde se definió como un conjunto de componentes o subsistemas que interactúan entre sí para llevar la potencia mecánica giratoria del motor, entregada por el convertidor de par, a las ruedas motrices y/o orugas de la maquinaria. Con este sistema se consigue también
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 31
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
variar la relación de transmisión entre el cigüeñal y las ruedas, por lo cual estudiamos los principios básicos de relación de transmisión para un tren de engranajes.
Describimos la servo transmisión planetaria y sus componentes, entre lo cual distinguimos el funcionamiento del sistema planetario de engranajes para las distintas marchas de la maquinaria.
Finalmente, y para cerrar, estudiamos los mecanismos de desgaste: fatiga y presencia de suciedad en el aceite lubricante y sus fallas más comunes.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 32
UNIDAD 3 – CONVERTIDOR DE PAR Y TRANSMISIÓN DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
BIBLIOGRAFÍA Albañil, H. & Mora, E. (2002). Mecánica de fractura y análisis de falla. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Mecánica. Brescha, M. & Coma, J. (1978). Los cambios automáticos. Barcelona: Reverte. Casado, E. (2012). Sistemas de transmisión y frenado: Transporte y mantenimiento de vehículos: Electromecánica de vehículos automóviles. Madrid: Paraninfo. Crouse, W. (1983). Mecánica del automóvil. Barcelona: Marcombo. Ruiz, J. (2008). Sistemas de transmisión y frenado: mantenimiento de vehículos autopropulsados. Pozuelo de Alarcón, Madrid: Editex. Martín, J. & Marco, A. (1997). Mecánica del automóvil: actualizada. México: Universidad de Zaragoza, Servicio de publicaciones. Centro Politécnico Superior.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 3 | 33