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7/24/2019 3307 Dyna Index
1/8
TR
A
NSMISION
S S
I
.a
D RO ST:T II C A:
ptimo de
P
wil las
C. D. 621.22:621.8
El problema bsico de todo mecanismo de marcha
consiste, en primer lugar, en adaptar la potencia
de la mquina motriz a los requerimientos espe-
ciales de cada tipo de vehculo, siendo, adems,
lo ms sencillo y robusto posible, para conseguir
una gran duracin.
El mecanismo ideal, por consiguiente, debe sa-
tisfacer estas exigencias, con gran rendimiento
y rentabilidad.
Si se descartan los motores elctricos, queda dis-
ponible, por regla general, la mquina de motor de
combustin, la cual, a causa de su curva caracte-
rstica, no es adecuada sin ms para la impulsin
de un vehculo. Esta caracterstica est limitada,
en su parte superior, por el nmero mximo de
revoluciones, y en su parte inferior, por un nmero
mnimo de revoluciones que no puede ser rebajado,
es decir, la transmisin de potencia y su adapta-
cin a la marcha del vehculo son nicamente
posibles, en primer lugar, por el deslizamiento,
lo que automticamente tambin representa una
anulacin de potencia o una prdida de rendi-
miento. .
Por esto, entre la rueda y la mquina impulsora
se necesita un, as llamado, convertidor de caracte-
rstica que sintonice las de la mquina motriz a las
condiciones de marcha necesarias en cada caso.
Los sistemas que permiten esta sintonizacin
son: Mecanismos o Tren de Engranajes, .copla'
A -
o para
S
vado
Por Francisco
H
E
OS ALFAR, Dr. I. I.
Dpto. Tcnico Carretillas Llevadoras
LINDE IBERICA, S. A.
miento Hidrodinmico, Convertidor Hidrodin
mico del Momento de Giro y Mecanismo Hidros
ttieo de Cambio (Transmisiones Hidrostticas).
Veamos cada uno de ellos:
Mecanismos o Tren de Engranajes
Es el ms simple de todos y consiste en un re-
ductor y/o en una caja de velocidades, que desmul-
tiplica la velocidad de rotacin proveniente de la
mquina motriz, al objeto de transmitir en todo
momento a las ruedas el par que ellas necesitan.
Las caractersticas vienen dadas por la velocidad
a alcanzar (entre 20 y 25 km/h) y la pendiente a
superar (del 20 al 30 ). Al objeto de cumplir
estas prescripciones, en todo momento se adoptan
las cajas de cambios de velocidades, en nmero de
tres o cuatro para cada sentido, e intercalndole
entre la mquina motriz y la caja de velocidades un
embrague de friccin, con la consiguiente prdida
de energa que ello acarrea y marcha con brusque-
dades en el momento de arrancar, y como conse-
cuencia, peligros, aparte de que el conductor debe
estar atento al manejo del pedal de embrague y pa-
lanca de mando del cambio- de velocidades, con la
consiguiente desatencin a otros puntos ms im-
portantes, como son la carga y el lugar por donde se
circula, entre otros.
DYNAN 9SEPTEMBRE1975471
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Si se representa en un diagrama el esfuerzo de
traccin en funcin de la velocidad, nos aparece
como curva ideal la hiprbola de traccin, N =
P.V. (Fig. 1), que para el caso de una caja de
F i g 1
cambios de tres velocidades, se alcanza solamente
en tres puntos, presentando bastantes prdidas
(zonas rayadas), por lo que su adaptacin no es in-
teresante y su precio ventajoso queda anulado por
conduccin complicada (cada ocho horas de tra-
bajo, de 2.000 a 3.000 cambios de marcha), corte
de la fuerza de traccin en los momentos de cam-
bio de velocidad, prdidas de potencia por desli-
zamiento en el embrague y aumento del consumo
por aceleraciones y gases excesivos al atacar pen-
dientes de obstculos.
Acoplamiento Hidrodinmico
Consta de un rodete-bomba (B) unido al eje de
entrada y de un rodete-turbina (T) unido al rbol
de salida, contenidos ambos en un crter (C) lleno
de lquido.
Al girar, el rodete B hace que el lquido se ponga
en movimiento y, por efecto de la fuerza centrfuga,
se precipite sobre el rodete T, comunicndole su
energa cintica y por lo tanto entrando este l-
timo en movimiento (Fig. 2).
Sobre el tren de engranajes, presenta las venta-
jas de eliminacin del pedal de embrague y el arran-
que se hace sin brusquedades, pero sigue existiendo
una caja de velocidades de caractersticas idnticas
al caso anterior.
Convertidor Hidrodininico del momento de giro
Es similar al Acoplamiento Hidrodinmica, pero
el fluido enviado por la bomba no incide directa-
mente sobre la turbina, sino que antes pasa por
un estator (E) (rueda de reaccin) que modifica su
sentido de desplazamiento (Fig. 3), consiguiendo
as un aumento del par de rotacin, que puede
llegar hasta tres veces, permitiendo economizar
una o dos velocidades, pudindose as eliminar la
caja de cambio.
Este sistema elimina el problema de los anterio-
res, pero el comportamiento de la velocidad de
rotacin en la salida sigue siendo funcin de la
carga, lo que representa un fenmeno desagra-
dable cuando, por ejemplo, la resistencia en las
ruedas aumenta sensiblemente por un obstculo
imprevisto, ya que entonces el par de rotacin
necesario debe ser compensado por el aumento de
la velocidad de rotacin en la entrada. La carre-
tilla elevadora comienza, pues, por frenarse, la ve-
locidad de rotacin aumenta, el esfuerzo de trac-
cin aumenta, el vehculo supera entonces el obs-
tculo e inmediatamente cae la demanda de po-
tencia, pero el esfuerzo de traccin disponible sigue
estando presente y el vehculo se mueve a saltos.
Fig 2
Transmisiones llidrostticas
F i g 3
Se entiende como tal un conjunto de elementos,
tales que la energa mecnica del eje de entrada
primeramente la transforman en energa en forma
de presin de un lquido casi incompresible (bomba)
y posteriormente se retransforma en energa me-
cnica en el eje de salida (motor), verificndose
MN q
A N q2
con
M =pares en los ejes para i =1 entrada
Ni = velocidades en los ejes
q =cilindradas i =2 salida
a = campo de variacin
Los antecedentes, aunque con algunas variacio-
nes, se encuentran en las mquinas de vapor y en
DYNA N. 9 SEPTIEMBRE
97542
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los tambin viejos, pero menos conocidos
,
motores
hidrulicos accionados por agua a presin, en los
que el agua es conducida desde un depsito elevado,
a travs de un tubo cerrado
,
hasta la mquina que
est ms abajo
,
de manera que el agua tiene una
presin que acta sobre el mbolo.
En este tipo de transmisiones quien transmite la
potencia es la energa potencial de una columna de
lquido slidamente empotrada entre el eje de im-
pulsin
motor
)
y el receptor
ruedas
)
en oposicin
a la hidrodinmica que utiliza su velocidad (ener-
ga cintica).
Su principio de funcionamiento bsico consiste
en un
mbolo que se desplaza en el interior de un
cilindro que gira sobre su propio eje y por cuya ex-
tremidad libre, y mediante las oportunas vlvulas,
se admite el fluido a baja presin y se expulsa a
alta (bomba
o al contrario (motor).
El sistema anterior
,
representado en la figura 5,
es equivalente a un cilindro situado en posicin
paralela al eje de rotacin del tambor pero dis-
puesto fuera de este eje (Fig. 6), dentro del cual
Fig. 5
Fig 4
Existen dos tipos :
con mbolos radiales (dis-
puestos radialmente en un bloque de cilindros que
gira
)
y con
mbolos axiales
Fig. 4
)
colocados para-
lelamente al eje de rotacin
,
al que se unen por una
placa inclinada respecto al eje principal y unin-
dose y ponindose en rotacin ambos
, placa y eje
principal
,
conjuntamente por una junta cardan).
Segn que el eje gire en un sentido o en otro, se
tendr marcha hacia adelante o hacia atrs.
Existe una variante de este ltimo sistema, en
la cual la placa de accionamiento es solidaria del
eje principal, inclinndose todo el cuerpo del blo-
que de cilindros alrededor de un eje transversal para
conseguir la carrera variable de los pistones (fi-
gura 5 , y segn sea a un lado u otro del eje la
inclinacin,
se tendr giro hacia un lado o haca el
otro del eje.
En este ltimo caso la inversin del sentido de
marcha es mucho ms sencilla y rpida.
El sistema que se usa en carretillas elevadoras
y vehculos automviles es el de
mbolos axiales
(cuya variante
,
descrita en la figura 5, emplea la
empresa alemana Linde Guldner desde 1959 en sus
carretillas elevadoras),
no emplendose el radial,
ya que,
por ser adecuado para presiones elevadas
y velocidades de rotacin pequeas, no es aconse-
jable para este tipo de vehculos.
Fig 6
se desplaza un mbolo que asimismo puede desli-
zarse a travs de un plano inclinado. Si el tambor
realiza un giro de 1800 con respecto a la posicin
representada
, el mbolo habr descendido a su po-
sicin ms baja bajo el efecto de la fuerza P. Para
que el tambor puede seguir girando y dar otra
media vuelta, el mbolo debe ser descargado de la
presin que sobre
l actua. Si, por lo tanto, se han
montado varios cilindros
,
con sus respectivos m-
bolos, en el tambor, y se garantiza que haya pre-
F i g 7
DYNAN9 SEPTEMBRE1975473
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sin sobre cada
mbolo durante cada media
vuelta,
estos
mbolos bajo presin accionan el tambor de
los cilindros
,
de manera que ste siempre pueda
conducir los mbolos que se encuentran en el lado
opuesto del mismo a lo largo de la superficie incli-
nada hacia arriba .
Se puede
,
por lo tanto
,
unir el
tambor de cilindros con un eje
, del cual se puede
tomar el momento de rotacin (Fig. 7).
Nmero
de mbolos
El caudal suministrado por un mbolo se puede
representar por una sinusoide ,
que se va repitiendo
cada 1800 de giro del eje de impulsin
,
siendo su
caudal instantneo la proyeccin sobre el eje ver-
tical del vector indicador de fase
Fig. 8).
F i g 8
y cuya representacin grfica ,
en un momento
dado, ser la de la figura 9.
El caudal instantneo suministrado por el con-
junto se hallar sumando los distintos vectores de
fase, los cuales forman un polgono de tantos la-
dos como mbolos
representndose en trazo grueso
los que dan caudal , la mitad en cada revolucin).
Fcilmente se deduce que un polgono de nmero
par de lados es equivalente a dos de impares con
la mitad de nmero de lados; en este caso, dos
de cinco lados
Fig. 9).
La variacin de caudal en una bomba con un n-
mero par de
mbolos tiene por lo tanto las mismas
caractersticas que una impar de la mitad de m-
bolos, con
Fig. 10)
Sea ahora el caso usual de una bomba con varios
Qmax - Qmi
mbolos
por ejemplo
,
10), entre cada dos de ellos
existir un ngulo de
= 3C
10
Qmax
Fig, 10
= 1 - cos (180/x) x = par
= 1 - cos
90/x x impar
variaciones que dan la tabla:
Nmero de
pistones
Variaciones
2
3 4
56 7
8
9
1 1 i
12 13
11
de caudal
Qmax Qmin
.134
.049 028 .013
.01
.008
max
I
2 7 1
1 3 4
0 7 4
0 4 9
036
I
0 2 8
DYNA N. 9 - SEPTIEMBRE 1975
Fig. 9
474
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Todo lo anterior demuestra que las variaciones
de caudal con impar nmero de mbolos son menos
que con nmero par, por lo que con frecuencia se
elige para su construccin un nmero impar de
mbolos.
Tipos
de accionamientos
Segn que el ngulo a (Fig. 5) que forman el
eje del tambor de cilindros con el de impulsin
(bomba) o impulsor (motor) sea fijo o variable, se
obtendrn los elementos hidrosttieos (bombas
y motores) fijos o variables (cilindrada constante
o variable). En consecuencia, los tipos de acciona-
mientos que se pueden conseguir son:
a Primario y secundario constantes
No presenta gran inters, ya que su adopcin
implica la necesidad de un sistema de acopla-
miento y desacoplamiento a voluntad entre la
bomba y el motor de accionamiento (OTTO, Die-
sel, cte.).
Si se desprecian las prdidas, el par y la veloci-
dad suministrados por el motor hidrosttico estn
relacionados por
Mal. qsal. Vsal. qent.
V
_Mn. gen. Ven qsal.
A mayor cilindrada, menor velocidad y mayor
par, y viceversa.
b Primario variable y secundario constante
Es uno de los ms empleados. La velocidad y el
par de salida se regulan con la variacin del caudal
del primario, dependiendo, por lo tanto, del reglaje
volumtrico de ste.
Fig. 11
Una instalacin completa simplificada de este
tipo Fig. 11)
consta d
,
un motor trmico
a) y una
bomba de caudal variable
b), unidos ambos por
un acoplamiento elstico
e) y de un motor de cau-
dal fijo
d) que acciona las ruedas motrices
f) a tra-
vs de
un diferencial mecnico (e).
La potencia transformada
P (en C.V
.) se obtiene
a partir de:
q q
1 1
pqpqo
M a
6 28
2 8
con
Q = caudal en lit/min.
n = velocidad de giro en r.p,m.
q = cilindrada por revolucin en ex
qo = cilindrada dependiente de a.
p = presin en atmsferas.
po = presin dependiente de a,
a = reglaje volumtrico.
M = par en Kgf. cm.
Mn npgoa
71 600 450 000
Este tipo de accionamiento se emplea en carre-
tillas desde 1.200 a 2.000 kg. (las de mayor produc-
cin). Linde Guldner, la empresa con mayor expe-
riencia en este tipo de transmisiones aplicadas a
carretillas elevadoras, en sus modelos Diesel, Ga-
solina y G.L.P. de 1.200 y 1.500 kg, emplea esta
subdivisin con las siguientes caractersticas:
Una bomba de caudal variable (PV50) con po-
tencia en rgimen continuo de 53 C.V., velocidad
de entrada entre 2.200 y 3.000 r.p.m. (sus motores
trmicos llegan hasta 2.200 r.p.m.) y caudal mxi-
mo suministrado 50 cm3/rev.
Un motor de caudal fijo (11F50) con volumen ab-
sorbido de 50 cm3/rev, par de salida con reduccin
de dos escalones de 412,5 m/kg y velocidad mxima
de salida de 93 r.p.m.
e Primario y secundario
variables
Se emplea para carretillas entre 2.550 y 4.000
kilogramos de fuerza de elevacin. En el punto
cero del sistema, la bomba de caudal variable est
con a = 0, pero, por el contrario, el motor de cau-
dal variable tiene su mximo ngulo de desviacin.
.A partir de este momento, a medida que se aumenta
el ngulo a de la bomba, se disminuye el del motor,
con esto se consigue que, en el momento de arran-
car la bomba, enve poco aceite y el motor arranque
con poca velocidad y gran par. A medida que se
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van alcanzado velocidades mayores, se va invir-
tiendo el proceso
,
de forma que el aumento de ve-
locidad de traslacin exija siempre proporcional-
mente cada vez menos circulacin de aceite.
Su funcionamiento se define por las ecuaciones:
a sal.
Msal
. =
Ment.
a ent.
nsal. = nent.
a sal.
donde a cnt. y a sal. son los reglajes volumtricos
del primario y del secundario.
Debido a que la velocidad del secundario podra
aumentar sin lmites
,
como se deduce de la frmula
anterior
,
y a fin de evitarlo ,
se hace que el reglaje
volumtrico del secundario no llegue a ser muy pe-
queo En la figura 12 se puede observar una trans-
misin de este tipo acoplada al motor trmico y en
Fig. 12
la figura 13 se representa el diagrama de las propor-
ciones de la variacin de velocidad, por interven-
cin del pivotamiento de la bomba de caudal va-
riable y del retorno del motor variable para una
carretilla de 4 ton. En la zona de velocidades infe-
riores, es decir, como se sabe ,
en la regin de ms
frecuente utilizacin ,
no se puede sacar partido de
toda la potencia del motor a causa del lmite de
adherencia de las ruedas o del mximo de presin
en el circuito de trabajo de la transmisin
.
Por eso
el motor Diesel slo est en ralent cuando el ve-
hculo est parado. A medida que la velocidad de
traslacin aumenta
,
la velocidad de rotacin del
motor Diesel se eleva automticamente en funcin
de la exigencia de potencia
, hasta que alcanza el
rgimen en el punto de velocidad mxima de tras-
Iacin
. Esta concordancia exacta entre velocidad
y reclamo de potencia comporta no slo una dis-
minucin de ruido y de consumo de combustible
del motor Diesel
,
sino tambin una reduccin del
desgaste de todos los rganos de arrastre.
Inter
venci6n del
re
glaje secundario
en la aceleraoi6n
Fig. 13
d Primario variable y dos secundarios fijos
Es el de ms
uso y
aplicacin
, pudiendo ser la
unin de los motores a la bomba en tipo serie o
paralelo.
El primero apenas se usa, ya que la presin del
primero es igual a la suma de las de los secunda-
rios, por lo que stos no se utilizan hasta el lmite
de su capacidad de par.
En la combinacin tipo paralelo (Fig. 14)
la pre-
Rueda matriz A
Engranaje reductor B
Motores constantes acoplados en paralelo C
Fig. 14
DYNA
N 9 - SEPTIEMBRE
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sin sobre los dos secundarios ser la misma
y pro--7
ducir pares idnticos
. La enorme ventaja de este
tipo de acoplamiento es que el caudal de cada se- .
cundario puede variar libremente mientras se cum-
pla la condicin de que la suma de ambos sea igual
a la del primario
, lo que automticamente comporta
una accin diferencial ,
de forma que en las curvas
la rueda interior a la misma recibe menos aceite
por tener tendencia a girar ms despacio y como
tiene la misma presin que la rueda exterior, le
enva a sta ms aceite
, con lo que girar ms de-
prisa
ms caudal, igual presin) ,
ahorrndose as
el diferencial mecnico.
Todava hay un ltimo sistema
de primario va-
riable con dos secundarios variables
,
que se emplea
para los casos de gran demanda de potencia
carre-
tillas a partir de 5 ton).
Todo lo anterior ,
as como los circuitos dibujados,
han sido efectuados sin tener en cuenta prdidas,
deslizamientos, etc., por la extensin que alcanza-
ra el presente artculo
No obstante
,
y para que el
lector tenga una idea lo ms completa posible, en
la figura 15 se representa el esquema real del cir-
cuito de una bomba variable y dos motores cons-
tantes conexionados en paralelo
, cuya construc-
cin prctica se observa en la figura 16.
Fig. 16
Esquema de conexiones de una bomba hidrosttica de cau-
dai variable para circuito cerrado con servomando y dis-
)ositivo elctrico, as corno iimitador de potencia
de
doble
efecto con limitador de presin refrigeracin de aceite por
aire y bloque de vlvulas de alta presin con 'l a cr
crtocircuito
F i g 1 7
DYNA N.9
SEPTIEMBRE
1975 7
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Conclusin
Para finalizar, demostremos que este es el sis-
tema ideal de transmisin para carretillas eleva-
doras.
El tamao de las bombas y motores hidrulicos
para una misma transmisin de potencia depende
del caudal y la presin de trabajo.
La frmula
N .-
con
1\ = potencia en C.V.
Q = caudal en 1/min,
p = presin en bares.
nos dice que para transmitir grandes potencias es
necesario ,
o un cuadal grande con presin relativa-
mente baja o viceversa.
Si el nmero de revoluciones de una bomba per-
Fig 17
que demuestran que si se desea hacer funcionar el
sistema con presin elevada, se necesitarn q y S
ms pequeos.
Sea ahora una transmisin hidrosttica y pr-
tase de que al nmero de revoluciones de entrada
del accionamiento permanezca constante
para mo-
tores de combustin interna en el campo del mo-
mento de rotacin ms favorable
),
producindonos
esto un caudal Q y una presin p, determinados
por la frmula anterior
y cuya
representacin se
observa en la figura 17.
Si se tiene en cuenta que el nmero de revolucio-
nes del motor hidrosttico es directamente pro-
porcional al caudal de entrada y su momento de
rotacin lo es a la presin
,
resulta, como consecuen-
cia la hiprbola del momento de rotacin a poten-
cia constante (Fig. 18), que si suponemos, caso
ms frecuente, que entre los motores hidrostticos
y las ruedas haya reductores la hiprbola anterior
se transforma en la hiprbola de traccin -
velocidad
r
Fig 18
manece fijo, como el caudal suministrado depende
entonces slo de la cilindrada
, para conseguir
grandes caudales se necesitarn bombas de grandes
volmenes y como
ste influye directamente sobre
el precio, medidas y peso de la unidad
, se deduce
que se preferir la segunda solucin
,
es decir, cau-
dales pequeos con presiones relativamente altas.
Para el caso de motores hidrostticos ,
su tamao
se determina por:
q
S=-- M=
con
S = superficie del mbolo en cm2.
P = fuerza en Kp.
p =presin en Kp f em2.
q =volumen especficolrev
,
en cm .
Md = momento de rotacin en Kpm.
6 28
Fig 19
(figura 19), en la cual, y a travs de la velocidad
mxima y la traccin mxima se determina el
campo de variacin terico de un accionamiento
hidrosttico.
A diferencia del sistema con cambio de veloci-
dades, la curva de traccin de transmisin hidros-
ttica tambin es una hiprbola y con respecto al
convertidor hidrodinmico del momento de giro,
al existir en las transmisiones hidrostticas una co-
nexin de arrastre de fuerza entre la bomba y los
motores, permite la ejecucin de maniobras dif-
ciles con el r .anejo ms sencillo
,
como, por ejemplo,
si hay que superar un obstculo se puede atravesar
el mismo sin que el vehculo se vea primero fre-
nado (subir sobre el obstculo
)
y acelerado despus
(bajar del obstculo ),
como ocurre en los conver-
tidores hidrodinmicos de giro.
DYNA N. 9 SEPTIEMBRE 975478