CENTRO DE INVESTIGACIÓN Y TECNOLOGÍA MECÁNICA
INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS CATERPILLAR Introducción al curso Desde la década de 1920, los distribuidores de Caterpillar ya reconocían la importancia del entrenamiento. Las primeras “Escuelas Caterpillar” eran seminario de un mes de duración que enseñaban un poco de cada cosa, desde la historia de los tractores de cadenas hasta la teoría y construcción de motores, así como las reparaciones en el terreno y la localización de averías. Este programa de entrenamiento solidamente apoyado tuvo su recompensa, y Caterpillar se hizo de una reputación de mantener sus productos activos en cualquier parte del mundo. Uno de los mayores retos que enfrentarán los distribuidores en lo que queda de este siglo y en el próximo es el de contratar y entrenar a técnicos de mantenimiento. Los técnicos de mantenimiento deben comprender los principios básicos de electricidad, el funcionamiento de las máquinas, y la utilización de las herramientas de diagnóstico para mantener funcionando las máquinas usadas en la actualidad. Estos son los fundamentos que necesitan para realizar su trabajo con éxito. Para apoyar esa necesidad, Caterpillar está desarrollando una biblioteca de cursos que abarcan los principios de la hidráulica, sistemas eléctricos, motores diesel, trenes de fuerza y metalurgia. Caterpillar ofrece estos cursos en todo el mundo para asegurar que la fuerza laboral de Caterpillar disponga de los conocimientos prácticos y técnicos básicos.
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Objetivos Este curso le ayudar a: - Analizar los sistemas eléctricos. - Utilizar correctamente las herramientas de diagnóstico del sistema eléctrico. - Incrementar su habilidad para reparar la causa de un problema eléctrico. Conocer la forma en que funcionan los diversos sistemas eléctricos significa que usted podrá conocer cuando no están funcionando correctamente.
¿Que abarca este curso? Este curso es una introducción a los sistemas eléctricos. Comprende conceptos eléctricos básicos, herramientas de diagnóstico, localización de averías, y los sistemas de carga, arranque e iluminación de Caterpillar.
Aplicación de los conceptos eléctricos básicos
En Aplicación de los Conceptos Eléctricos Básicos se explican: - Electricidad y relaciones eléctricas. - Como analizar circuitos. - Como calcular valores eléctricos. - Componentes y diagramas eléctricos. - Como funcionan los componentes en un circuito. La información contenida en este módulo es la piedra angular de su trabajo con los sistemas eléctricos Caterpillar.
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Utilización de las herramientas de diagnóstico
En las herramientas de diagnóstico se hablan de: - Como utilizar el multímetro digital y el Amperímetro de tipo mordaza. - Como seleccionar los puntos de prueba apropiados. - Como interpretar las lecturas. - Procedimientos de mantenimiento del multímetro digital y del amperímetro de mordaza. Su habilidad para utilizar correctamente estas herramientas de diagnóstico es esencial para una localización de averías exitosa en los sistemas eléctricos básicos Caterpillar.
Fundamento de localización de averías
Fundamentos de la localización de Averías se ocupa de los siguientes aspectos: - Sistema de identificación de cables CAT. - Fallas de cortocircuito a tierra, cortocircuito, resistencia y de circuito abierto. - Fallas intermitentes - Carga, prueba e inspecciones de las baterías. - Tipos de conectores y procedimientos de reparación. Su comprensión de los componentes y procedimientos comunes a la mayoría de los sistemas eléctricos Caterpillar es una parte importante del servicio al cliente.
El sistema de iluminación Caterpillar
El sistema de iluminación Caterpillar describe: - Ventajas del sistema de iluminación Caterpillar para los usuarios. - Funcionamiento normal del sistema de iluminación. - Componentes de los circuitos de iluminación. - Fallas y análisis de los circuitos de iluminación. Su conocimiento del sistema de iluminación Caterpillar y sus ventajas para el usuario es importante. La clave de su éxito radica en conocer como se comporta normalmente el sistema y en como encontrar el problema cuando el sistema no funciona correctamente.
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El sistema de arranque Caterpillar
En el sistema de arranque Caterpillar se describen: - Ventajas del sistema de arranque CAT para los usuarios. - Funcionamiento normal del sistema de arranque. - Componentes del circuito de arranque. - Fallas y análisis de los circuitos de arranque. Su conocimiento acerca del sistema de arranque Caterpillar y de sus ventajas para el usuario es importante, y al igual que usted conozca como se comporta normalmente el sistema y cómo encontrar el problema cuando no funciona correctamente.
El sistema de arranque Caterpillar
En el Sistema de Carga Caterpillar se describen: - Ventajas del sistema de carga CAT para los usuarios. - Funcionamiento normal del sistema de carga. - Componentes del circuito de carga. - Fallas y análisis de los circuitos de carga. Su conocimiento acerca del sistema de carga Caterpillar y de sus ventajas para el usuario es importante. Es esencial que usted conozca cómo se comporta normalmente el sistema y como utilizar las herramientas de diagnóstico adecuadas para encontrar el problema cuando no funciona correctamente.
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Historia de los sistemas eléctricos CAT Durante décadas, los sistemas eléctricos Caterpillar han logrado significativos progresos que han ayudado a satisfacer las demandas en el incremento de la productividad, la comodidad del operador y el tiempo efectivo del trabajo de las máquinas, mientras reducían la complejidad mecánica que de otra forma hubiese sido necesaria para satisfacer dichas demandas. Los sofisticados sistemas de control electrónico disponibles en la actualidad, cambian los engranajes, aplican los frenos y pesan cargas útiles con una confiabilidad que antes era imposible, al tiempo que se proporciona al técnico de mantenimiento apoyo en la localización de averías y diagnóstico incorporado. Este tópico ofrece un panorama del desarrollo de los complejos sistemas eléctricos en las máquinas Caterpillar, y las ventajas que proporcionan esos adelantos.
Primeros equipos De Pruebas
Hasta principio de los ochenta, todo lo que se necesitaba para la localización de averías era un comprobador de continuidad de circuitos que consistía en un bombillo, baterías y cables de prueba, y una luz de comprobación de tensión. Esos instrumentos son obsoletos para la localización de averías en los sistemas actuales. De hecho su utilización incorrecta puede conducir a resultados inexactos, así como también dañar algunos componentes. La utilización de esos viejos instrumentos de prueba en los sistemas modernos no es apropiada.
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Comprobador de continuidad de circuitos
Los viejos equipos de prueba ¡no pueden realizar el trabajo en los circuitos eléctricos nuevos! Por ejemplo, la utilización de un comprobador de continuidad de circuitos en un interruptor de flujo hidráulico o de enfriador puede destruir los contactos del interruptor debido a la alta corriente.
Comprobador de voltaje El comprobador de voltaje sólo puede indicarle si hay voltaje y no cuanto voltaje hay. Conocer solamente que hay voltaje es de escaso valor cuando se mide el voltaje de la batería. Comprobador de voltaje inexacto
Por ejemplo, una lectura de 12.6 voltios en una batería de 12 voltios indica que la batería tiene la carga completa, mientras que la lectura de 12.3 voltios o menos significa que la batería necesita carga. Ambos voltajes encenderán la lámpara del comprobador de voltaje, lo que lo convierte en una herramienta de diagnóstico inexacta para los sistemas eléctricos actuales.
Primeras características eléctricas A finales de los años 50, CATERPILLAR era conocida como Caterpillar Tractor Company y los productos principales de la compañía eran tractores que se utilizaban para empujar una hoja, o tirar de un arado. Esos antiguos tractores CAT tenían sistemas eléctricos simples que consistían principalmente en una sola batería de 12 voltios y un motor de arranque para girar el motor auxiliar de arranque. Para producir el voltaje de encendido, algunos tractores antiguos utilizaban un imán en el motor auxiliar de arranque, en lugar de una batería de 12 voltios y una bobina de encendido.
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En los 50 En el tractor D8H presentado en 1959 por Caterpillar encontramos un sistema eléctrico típico de los años 50. Un generador daba carga a la batería una vez que el motor se ponía en marcha. Esa era la única función del generador, debido a que no existían otras necesidades eléctricas. En contraste, los alternadores que encontramos en las máquinas de hoy día, cargan la batería y proveen la energía para todas las necesidades del sistema eléctrico cuando el motor está en funcionamiento.
Componentes del sistema eléctrico D8H
El sistema eléctrico D8H completo consistía en los siguientes componentes: - Una sola batería de 12 voltios - Un interruptor de desconexión y uno de arranque. - Un generador y un motor de arranque. - Un amperímetro. - Un disyuntor. - Mazos de cables de conexión. Algunos modelos ofrecían también un accesorio para el trabajo nocturno, consiste en luces delanteras y traseras y un interruptor de luz.
Indicadores En 1959, el único sistema de monitoreo en los tractores Caterpillar consistía en un solo amperímetro. Indicadores suministrados por el usuario podían ser utilizados para medir la presión del aceite o cualquier otro sistema, pero esos indicadores no eran muy confiables. En contraste, el sistema de monitoreo electrónico que se utiliza actualmente es mucho más confiable y resistente, y cuesta sólo un poco más que los indicadores. Y debido a que el sistema de monitoreo electrónico proporciona un auto monitoreo continuo, el operador no tiene que observar continuamente los indicadores en caso surja un problema.
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Primeros indicadores mecánicos
Los primeros indicadores mecánicos no eran muy confiables. - Era muy difícil mantener lecturas exactas todo el tiempo. - La confiabilidad se reducía debido a las vibraciones de la máquina. - Era necesario el monitoreo visual continuo. - Era necesario dirigir líneas mecánicas engorrosas hacia el interior de la cabina.
Equipos de prueba modernos Caterpillar recomienda equipos tales como el multímetro digital de servicio pesado 6V7070 de Caterpillar y el amperímetro de mordaza 8T900. El multímetro digital es un instrumento de prueba necesario para los sistemas actuales, y será apropiado para todos los sistemas electrónicos previsibles en los próximos 10 años. El multímetro digital y el amperímetro de mordaza son tan importantes para el técnico que trabaja en los sistemas eléctricos modernos como lo es la llave de par para un técnico en motores.
Equipos modernos de localización de averías
- El multímetro digital (DMM) mide el voltaje, la corriente y la resistencia con alto grado de exactitud y confiabilidad. - El amperímetro de mordaza mide (sin contacto) corrientes mayores de cerca de 2 amperios. Con un DMM, un amperímetro de mordaza y el entrenamiento básico, los técnicos de mantenimiento deben ser capaces de manejar el 905 de los problemas eléctricos en el terreno hasta el año 2000.
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Ventajas eléctricas El D8H fue uno de los principales tractores de la línea Caterpillar hasta noviembre de 1974, fecha en que presentó el tractor D8K. Este fue el principio del uso de las cabinas cerradas y de diversas ventajas eléctricas.
El tractor D8K
El tractor D8K incluía ventajas eléctricas tales como: Limpiaparabrisas y bombas de lavado.
Aire acondicionado.
Un circuito de advertencia del flujo de refrigerante del motor.
Una alarma de respaldo.
Iluminación adicional.
Un medidor de servicio eléctrico.
Sistema de monitoreo incandescente
En el año 1976 se incluyó el sistema de monitoreo incandescente en algunos cargadores de ruedas Caterpillar.
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Funcionamiento de un sistema de monitoreo incandescente
El sistema de monitoreo incandescente utilizaba bombillos e interruptores normalmente abiertos (diagrama a la izquierda) para monitorear los sistemas del vehículo. Cuando ocurría un problema, se cerraba un interruptor (diagrama a la derecha), lo que hacía que se encendiera la luz de la cabina.
Sistemas de monitoreo electrónico Caterpillar comenzó a utilizar el Sistema de Monitoreo Electrónico o EMS en 1978, el cual funciona de la misma manera exactamente que el EMS que se utiliza en las máquinas actuales. El EMS utiliza componentes electrónicos de estado sólido para monitorear los sistemas del vehículo y posee circuitos detectores de continuidad de retroceso. A diferencia de los interruptores de detección normalmente abiertos utilizados en los sistemas de monitoreo incandescentes, los interruptores en el EMS están cerrados en condiciones de funcionamiento normales. Si un interruptor se abre está indicando que hay un problema o que se rompieron los cables que van aun interruptor. En este sentido, el EMS proporciona un monitoreo a prueba de daños contra las roturas o los circuitos abiertos en los circuitos de movimiento. Una lámpara maestra de falla y una alarma atraerán la atención del operador.
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Sistema de monitoreo electrónico
El EMS es un sistema autónomo completamente electrónico, que monitorea funciones de la máquina tan importantes como: - Presión del aceite en el motor. - Temperatura del aceite hidráulico. - Flujo del refrigerante del motor. - Funcionamiento del alternador. Debido a las ventajas del diseño a prueba de daños del EMS y a su panel electrónico altamente confiable, el EMS reemplazó el sistema de monitoreo incandescente.
Sistema Caterpillar de cables eléctricos Caterpillar sacó al mercado el tractor D8L en junio de 1981. Esta fue la primera máquina que utilizó el sistema Caterpillar de cables eléctricos. Antes de esta fecha, los colores de identificación de los cables eléctricos diferían de una máquina a otra. El nuevo diagrama de cableado estandarizó los colores de los cables y los números de los circuitos en todas las líneas de productos, lo que significo en gran medida la identificación de los cables y los procedimientos de reparación para los técnicos de mantenimiento entrenados. Otros elementos que forman parte del sistema Caterpillar actual de cables eléctricos, y que aparecieron por primera vez en el tractor D8L, incluyen un relé de potencia principal, el Sistema de Monitoreo Electrónico, y el conector de diagnóstico que reduce el tiempo de localización de averías en los circuitos de carga y de arranque. También se realizaron esfuerzos significativos para mejorar la confiabilidad de los componentes y el tendido de mazos de cable independiente de la familia de producto.
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Características del sistema Caterpillar de cables eléctricos El sistema Caterpillar de cables eléctricos presenta las características siguientes: - Identificación estandarizada de los cables eléctricos en todos los equipos. - Alternador construido para que proporcione todas las cargas continuas más la corriente de carga de la batería. - Fusibles y disyuntores construidos para que se ajusten a los requisitos de la corriente y el tamaño de los cables para cada circuito al que suministran corriente. El sistema Caterpillar de cables eléctricos presenta las características siguientes: - Relé de potencia principal construido para que cumpla con los requisitos de corriente continua de cargas conmutadas. - Motores de arranque construidos para que proporcionen la suficiente velocidad de giro al motor para arrancarlo a temperaturas extremas de la aplicación. - Baterías construidas para que proporcionen suficiente corriente para energizar el motor de arranque.
Mazos de cables sistema Caterpillar de cables eléctricos
El sistema Caterpillar de cables eléctricos también sostiene los mazos de cables por medio de uno de los métodos siguientes: - Eslabón de cadena y envoltura de anclaje. - Abrazaderas empernadas. - Conducto de acero.
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Características eléctricas mejoradas
El D8L fue el primer tractor Caterpillar en presentar algunas mejoras eléctricas.
Características del tractor D8L
El tractor D8L presentaba: - Un cilindro de éter para el arranque accionado por un botón pulsador, para mejorar el arranque en tiempo de frío.
- Un sistema de extinción de incendios accesorio que también paraba el motor cuando el operador descargaba el sistema de extinción de incendios. Con este accesorio también se podía parar el motor desde el interruptor de arranque de llave.
- El conector de diagnóstico, que podía utilizarse conjuntamente con un analizador de arranque/carga o con un multímetro para diagnosticar rápidamente fallas en los circuitos de carga y arranque. El tractor D8L fue reemplazado por el tractor D8N en 1986. En cuanto a sus características eléctricas este tractor no era muy diferente al D8L, pero su sistema de cables brindaba todavía mayor confiabilidad.
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Ventajas de los sistemas eléctricos CAT para los usuarios Las ventajas para el usuario son la meta principal en el diseño de las máquinas Caterpillar. Esas ventajas son importantes para todas las personas relacionadas con los equipos: los técnicos de mantenimiento, los vendedores, los operadores de la máquina y el dueño. Las ventajas para el usuario más importantes para los técnicos de mantenimiento son las sofisticadas capacidades de diagnóstico incorporadas que están disponibles en la actualidad en muchas de las máquinas Caterpillar. Estas capacidades pueden incluir los sistemas de diodos luminiscentes para indicar condiciones del circuito y las lecturas digitales para visualizar códigos de falla e información relacionada. Los nuevos controles posen también una memoria que puede almacenar información acerca del comportamiento de un sistema. Cuando un técnico de mantenimiento trabaja en el sistema de posterioridad, puede determinar los problemas que ocurrieron anteriormente. Esto es de gran importancia para diagnosticar las fallas intermitentes. ¡El tipo de falla más irritante y más común al que un técnico de mantenimiento tiene que enfrentarse.
Características eléctricas en las máquinas de cadenas La historia de los tractores de cadenas Caterpillar incluye el desarrollo de las ventajas del sistema eléctrico más conocidas para el usuario. En toda la producción actual de los tractores de cadenas Caterpillar se han incluido comodidades para el operador tales como limpiaparabrisas, aire acondicionado e iluminación, así como comodidades de mantenimiento, como cables eléctricos estandarizados, componentes comunes y el conector de diagnóstico.
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Comodidades para el operador y el mantenimiento
Las características del tractor de cadenas incluyen: - Interruptor de arranque de llave. - Cilindro de éter para el arranque. - Sistema de extinción de incendios con solenoide de parada eléctrica del motor. - Sistema de monitoreo electrónico.
Características eléctricas en los camiones para minería Una simple ojeada a los camiones para minería Caterpillar ofrecerá una visión de conjunto de los sistemas eléctricos más sofisticados pero menos comunes que colocan a Caterpillar a la cabeza de la tecnología en el mercado de equipos pesados. Características eléctricas de los camiones para minería
Las características del camión para minería de 170 toneladas (789) incluyen: - Dispositivo auxiliar electrónico de tracción. - Sistema de medición de carga útil en camión. - Cambio electrónico automático.
Los sistemas electrónicos de algunos camiones Caterpillar para minería, como los camiones de 130 y 170 toneladas, se han estado fabricando desde 198. Estos sistemas son por lo menos un 30% más complejos que los sistemas eléctricos de los camiones Caterpillar para minería más antiguos. Además, cuentan con características para el mantenimiento como el motor retractil del freno eléctrico y el sistema automático de lubricación accesorio.
- Sistema de monitoreo electrónico. - Monitoreo electrónico de la transmisión (informa al operador que engranaje de la máquina está conectado). - Alarma por sobre aceleración del motor. - Auxiliar de arranque automático (éter).
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Complejidad mecánica reducida
Este gráfico muestra cómo la utilización de los controles electrónicos ha ayudado a reducir la complejidad mecánica que hubiese sido necesaria para proporcionar esta característica de cambio electrónico en el cargador de ruedas 910. Esto ha sido posible debido al remplazo de los varillajes mecánicos (1), los cuales requieren ajustes en algunos puntos (A), con detectores y circuitos eléctricos (2) que no necesitan ajuste.
Productividad incrementada Las tendencias en relación con el incremento de la estandarización y la complejidad eléctrica, han proporcionado ventajas importantes a los clientes de Caterpillar. El incremento de las mejoras eléctricas aumenta la productividad.
Productividad incrementada
La desconexión automática del cucharón coloca al cucharón de forma paralela al terreno después de un ciclo de descarga.
Productividad incrementada Los sistemas de tracción en los camiones para minería que aplican automáticamente el freno a una rueda deslizante mientras da potencia a la otra rueda para ayudar a que la máquina se mueva a través del barro y el hielo.
Productividad incrementada Un sistema de medición de carga útil para camiones que pesa la carga útil en cada ciclo de carga e informa sobre la productividad del operador.
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Productividad incrementada Controles de transmisión automática para lograr la eficiencia en el funcionamiento y el consumo de combustible.
Productividad incrementada Sistema de monitoreo electrónico que permite que el operador ponga toda su atención en un ciclo de trabajo productivo.
Productividad incrementada Tiempo efectivo mayor (disponibilidad de la máquina9 como resultado del sistema de diagnóstico incorporado para ayudar al personal de mantenimiento cuando se requiere alguna reparación.
Utilidad y comodidad Las innovaciones en el sistema eléctrico han traído algunas características para mejorar la utilidad y la conveniencia.
Utilidad y comodidad El sistema de diagnóstico incorporado ha dado lugar a la identificación de las fallas con más rapidez.
Utilidad y comodidad
Sistema de monitoreo continuo.
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Utilidad y comodidad Mayor confiabilidad que la que poseen los sistemas mecánicos equivalentes.
Utilidad y comodidad Automatización de los movimientos y decisiones mecánicas del operador. Las disposiciones ergonómicas mejoran la comodidad del operador al disminuir los esfuerzos y movimientos necesarios.
Utilidad y comodidad Remanufacturabilidad, la capacidad de reconstruir un componente por una tercera parte del costo de uno nuevo.
Utilidad y comodidad Entrenamiento de serviciar menor en comparación con el requerido para los sistemas mecánicos equivalentes.
Utilidad y comodidad Interruptor de desconexión utilizado para mayor comodidad durante el mantenimiento de rutina o almacenamiento prolongado de la máquina.
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Utilidad y comodidad El interruptor de desconexión de la batería (1) ubicado en el lado de tierra de la batería (2) ha sido por mucho tiempo una característica única de los sistemas eléctricos Caterpillar. Cuando Caterpillar intentó en un momento dado eliminar esta característica, hubo un clamor generalizado por parte de los usuarios para que se conservara el interruptor. Este interruptor permite que un operador o técnico de mantenimiento desconecte a su conveniencia la energía de todos los sistemas eléctricos en la fuente, es decir la batería. Los operadores pueden utilizar el interruptor para evitar la descarga lenta de la batería durante periodos de inactividad. Los técnicos de mantenimiento pueden utilizarlo a su conveniencia cuando estén realizando el mantenimiento del vehículo o un trabajo de reparación.
Estandarización del sistema incrementada Un aspecto importante de la evolución de los sistemas eléctricos es la estandarización incrementada entre los diferentes sistemas y máquinas. Esto disminuye el costo de fabricación así como también la cantidad de los inventarios de Caterpillar y de los distribuidores. Al hacer que los sistemas de las máquinas sean más fáciles de mantener y reparar ha reducido los costos de propiedad y de funcionamiento. El mismo interruptor de arranque, relés y otros componentes son utilizados ahora en muchas máquinas conjuntamente con una configuración de cables eléctricos estandarizada. Este concepto ha reducido tanto los costos de fabricación como los de mantenimiento. Al hacer que los sistemas de las máquinas sean más fáciles de mantener y reparar, ha reducido también los costos de propiedad y funcionamiento.
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Cuatro sistemas comunes
Estos son los cuatro sistemas comunes a la mayoría de las máquinas Caterpillar: - Sistema de arranque (1). - Sistema de carga (2). - Sistema de monitoreo electrónico (3). - Sistema de iluminación (4).
Características del sistema Caterpillar de cables eléctricos
Ventajas del sistema Caterpillar de cables eléctricos
Muchas de las máquinas modernas utilizan también el sistema Caterpillar de cables eléctricos que presenta las características siguientes: - Gráficos estandarizados. - Cables con números idénticos en los circuitos comunes. - Plano uniforme de cables eléctricos codificado por colores. Con este plano, los números de los circuitos básicos son los mismos para los circuitos comunes, no importa en que máquina se utilicen. La ventaja del sistema Caterpillar de cables eléctricos incluye: - Facilidad para localizar averías y para el mantenimiento de los sistemas eléctricos. - Menor cantidad de componentes con que familiarizarse. - Inventario reducido de piezas de mantenimiento. - Reducción de los costos de entrenamiento. - Procedimientos de prueba estandar. La utilización de piezas comunes ha resumido la cantidad de números piezas con las que el distribuidor tiene que trabajar. Caterpillar puede entonces concentrarse en un número menor y más selecto de suministradores que pueden proporcionar una pieza de alta calidad a menor costo.
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