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

7/24/2019 3307 Dyna Index

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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

7/24/2019 3307 Dyna Index

3/8

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

7/24/2019 3307 Dyna Index

4/8

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

7/24/2019 3307 Dyna Index

5/8

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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6/8

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

975476

7/24/2019 3307 Dyna Index

7/8

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

7/24/2019 3307 Dyna Index

8/8

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