la caja de cambios
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Sistema de transmision mecánicaTRANSCRIPT
I. LA CAJA DE CAMBIOS
Misión de la caja de cambios
La potencia (N) es igual a la fuerza del tractor (F) por la velocidad de avance (V), por tanto,
si la potencia suministrada por el motor fuera una constante (por ejemplo, la potencia
nominal) y quisiéramos ir a una velocidad elevada, la fuerza (F) que debería hacer el tractor
tendría que ser baja. Por el contrario, si quisiéramos que el tractor tuviera mucha fuerza,
obligatoriamente debería ir a baja velocidad.
Las labores agrícolas y forestales requieren el empleo de gran cantidad de máquinas siendo
la velocidad de avance y la fuerza de tracción diferentes en cada una de ellas. Esto nos
obliga a que el tractor disponga de un elemento en la transmisión que adapte la velocidad
del tractor y su capacidad de tracción a las requeridas por cada máquina.
La caja de cambios del tractor (CDC) es el elemento de la transmisión que permite obtener
un elevado número de relaciones de desmultiplicación (número de marchas) entre el eje de
entrada y el de salida de dicha caja, con lo cual, para un mismo régimen de funcionamiento
del motor se pueden obtener tantas velocidades de avance como marchas tenga la caja de
cambios. La caja de cambios es un elemento de la máxima importancia para el trabajo
eficiente del tractor y está sufriendo continuos avances.
Componentes y funcionamiento de la caja de cambios y del grupo reductor
Tal y como hemos comentado en el punto anterior, con el fin de aumentar el número de
velocidades los tractores disponen, generalmente de un grupo reductor colocado antes de la
caja de cambios propiamente dicha.
Existen diferentes tipos de cajas de cambios, aunque todas consiguen el mismo fin.
– EL GRUPO REDUCTOR
El grupo reductor consta de una palanca, llamada palanca reductora, que tiene tres
posiciones: velocidades cortas, punto muerto y velocidades largas.
La palanca reductora mueve un desplazable, el cual va visto de dos piñones L y C de
diferente tamaño, uno a cada lado. El desplazable se desliza sobre un eje estriado que recibe
el movimiento del disco del embrague.
Caja de cambios y grupo reductor
Debajo de este conjunto hay un eje con tres piñones de distinto tamaño fijos a él: dos (L’ y
C’) que sirven para engranar con los del desplazable, y el tercero que, en toma constante,
transmite el movimiento a la caja de cambios.
Cuando la palanca reductora engrana el piñón grande (L) del eje primario, con el piñón
pequeño (L’) del intermediario se consigue un aumento de revoluciones en el eje
intermediario y secundario. En este caso, se diría que se ha elegido en la palanca reductora
la opción de marchas Largas.
Cuando la palanca reductora engrana el piñón pequeño (C) del eje primario, con el piñón
grande (C’) del intermediario se consigue una disminución de revoluciones en el eje
intermediario y secundario. En este caso, se diría que se ha elegido en la palanca reductora
la opción de marchas Cortas.
Si la palanca reductora no engrana ningún piñón, el eje intermediario y secundario del
grupo reductor no se moverán, y habremos elegido punto muerto.
De esta forma se consigue a la entrada de la caja de cambios dos velocidades diferentes de
giro, lo cual duplica el número de velocidades de la caja de cambios.
Fundamentalmente tiene tres ejes denominados: primario (eje de entrada), intermediario y
secundario (eje de salida).
El eje primario recibe el movimiento del grupo reductor, luego, un par de piñones en toma
constante lo transfieren al eje intermediario.
El eje intermediario, en este caso, lleva cuatro piñones de diferentes tamaños solidarios a él,
uno en toma constante con un piñón del eje primario, otro (MA’) engranado con un
pequeño piñón para conseguir la macha atrás, y dos (1 y 2’) que engranan alternativamente,
según se desee, con los del eje secundario para conseguir las velocidades 1ª o 2ª.
Sobre el eje secundario van colocados dos desplazables, uno el de 1ª y marcha atrás y otro
el de 2ª y 3ª, independientes uno del otro, que pueden deslizarse sobre el estriado de este
eje. Cada desplazable se compone de un piñón unido a un collarín, en la garganta del cual
se aloja una horquilla que se acciona por medio de la palanca del cambio mediante unas
barras.
Hay que indicar que al ser los desplazables estriados interiormente y el eje secundario
también, si giran engranados con un piñón que les da movimiento y fuerza, transmiten su
movimiento al eje secundario que girará a su misma velocidad, y transmitirá su fuerza.
La palanca de cambio de esta caja de cambios tiene cinco posiciones: punto muerto,
primera velocidad, segunda velocidad, tercera velocidad o directa y marcha atrás.
En la posición de punto muerto no se encuentra engranado ningún piñón del eje secundario
con ninguno del eje intermediario, por lo que no hay transmisión de movimiento.
Al colocar la palanca en la primera velocidad el desplazable de 1ª-MA se desliza hacia la
izquierda engranando su piñón conducido con el piñón motriz correspondiente del
intermediario (1). Al ser, en este caso, el motriz pequeño y el conducido grande, la
velocidad de giro del eje secundario será pequeña.
Para pasar a segunda velocidad habrá que pasar la palanca de cambio de la posición 1ª a
PM con lo cual el desplazable de 1ª-MA queda desconectado del intermediario. A
continuación la palanca pasa a la barra correspondiente al desplazable de 2ª-3ª, y engrana al
piñón de este desplazable (conducido) con el correspondiente del eje intermediario (motriz)
En este caso el piñón motriz 2’ y el conducido 2 son prácticamente, de las mismas
dimensiones, de lo que se deriva una velocidad de giro en el eje secundario mayor que la
alcanzada por él en la primera velocidad.
Para pasar de 2ª a tercera velocidad la palanca pasará primero por el punto muerto
desengranando los piñones de la segunda velocidad, y después pasará a la posición de
tercera velocidad, con lo que las almenas del desplazable de 2ª-3ª, encajarán con las
almenas del piñón del eje primario, pasando el movimiento directamente del eje primario al
secundario sin sufrir la reducción de toma constante primario-intermediario,
consiguiéndose de esta manera la velocidad mayor de giro de esta caja de cambios
Caja de cambios - tercera
Para poner la marcha atrás, partiendo de punto muerto, se desplaza la palanca hacia la
posición MA con lo cual el desplazable 1ª-MA engrana con un piñón de marcha atrás, el
cual a su vez está engranado siempre con un piñón del intermediario (MA’). El piñón
situado entre el piñón del eje secundario y el piñón del eje intermediario invierte el sentido
de giro, y por tanto, el tractor se desplazará hacia detrás.
Caja de cambios- marcha atrás
CAMBIO EN TOMA CONSTANTE
En esta caja de cambios los piñones del secundario y del intermediario permanecen
engranados constantemente. Los piñones del secundario poseen un piñón lateral y no van
unidos al eje mediante estrías, con lo cual pueden girar libremente sobre dicho eje.
Entre cada dos piñones del eje secundario va colocado un desplazable que es interiormente
estriado. Este desplazable podrá desplazarse lateralmente sobre el eje secundario y al girar
lo hará solidariamente con éste. En ambos lados del desplazable van impresos interiormente
los negativos de los piñones laterales.
En la posición de punto muerto el desplazable se encuentra situado en el centro de los
piñones, sin engranar con ningún piñón lateral. En esta posición, el eje intermediario puede
estar girando y los piñones del secundario también, mientras el eje secundario no gira.
Para conectar una velocidad se desliza el desplazable a uno de los lados, con lo que el
desplazable engrana con el piñón lateral del piñón en toma constante elegido, pasando el
movimiento al eje secundario a través del propio desplazable. Para elegir la otra velocidad
se desliza el desplazable en el otro sentido hasta engranar con el otro piñón lateral.
Cambio en toma constante
CAMBIO SINCRONIZADO
Cuando se intentar engranar un piñón que no gira con otro que está girando, hay una gran
dificultad en hacer coincidir los dientes del primero con los huecos del segundo, con lo cual
se produce un fuerte rozamiento y golpeteo de uno contra otro, provocándose desgastes y
roturas en ambos piñones.
Estos inconvenientes desaparecen cuando los dos piñones están quietos o moviéndose a la
misma velocidad.
En las cajas de cambio, al ser los piñones de distinto diámetro, sus dientes giran a distintas
velocidades, existiendo mucha dificultad para poder realizar el cambio de velocidades si
estos mismos piñones son los que deben engranarse directamente, tal y como ocurre en las
cajas de cambio convencionales donde un piñón situado en el secundario es el que debe
engranarse con otro del intermediario.
En las cajas de cambio que disponen de cambios en toma constante, el cambio de
velocidades es más fácil, ya que los desplazables y piñones laterales tiene el mismo tamaño,
con lo cual, sus dientes y huecos pueden girar a la misma velocidad. Aún así, al presionar el
embrague, el eje intermediario se frena y el secundario sigue girando arrastrado por las
ruedas, con lo cual, es muy difícil conseguir que los piñones que se quieren engranar giren
a la misma velocidad.
Para solucionar este problema, se viene empleando en las cajas de cambio los cambios
sincronizados en el que los piñones laterales llevan adosada una pieza en forma de tronco
de cono llamada cono de sincronización. El núcleo dentado es estriado interiormente con lo
que puede desplazarse sobre el eje secundario y girar solidariamente con él. Unidos al
núcleo lateralmente, van dos piñones de sincronismo cuyo interior tiene una cavidad de
forma cónica. Sobre el núcleo se sitúa un desplazable cilíndrico dentado interiormente,
coincidente en negativo con el dentado exterior del núcleo.
Cambio sincronizado
INVERSOR
En muchos trabajos que realiza el tractor es necesario invertir el sentido de avance muchas
veces, para ello, normalmente, se recurre al empleo de la marcha atrás de la caja de
cambios del tractor. Sin embargo, cuando es necesario efectuar muchos cambios, el trabajo
se hace lento, cansado y con muchas posibilidades de equivocarse. Por ello, muchos
tractores vienen provistos de un inversor del sentido de avance.
El inversor, normalmente, va montado delante de la caja de cambios y se compone de:
_Un eje de entrada con un piñón solidario con él.
_Un eje intermediario con dos piñones solidarios.
_Un piñón (I) para invertir el sentido de giro.
_Un eje de salida estriado sobre el que gira loco un piñón (4) engranado con el anterior.
_Un mecanismo de mando accionado desde el puesto de conducción (mecánico o
hidráulico).
Figura.
Cambio sincronizado
El inversor funciona de la siguiente forma:
_Avance: el mecanismo de mando conecta el piñón (1) con el eje de salida, con lo que el
movimiento para directamente desde el eje de entrada hasta el de salida, por lo tanto el
sentido de giro de los dos ejes es el mismo.
_Retroceso: El mecanismo de mando conecta el piñón (4) con el eje de salida. El
movimiento pasa del eje de entrada al eje intermediario a través de los piñones (1) y (2).
Desde el piñón (3) de éste último eje el movimiento pasa al piñón (4), pero con una
inversión en el sentido de giro proporcionada por el piñón (1), por lo que el piñón (4) girará
en sentido inverso al piñón (1). Como el eje de salida está conectado ahora al piñón (4),
girará en sentido contrario al eje de entrada.
Dado que este mecanismo va instalado delante de la caja de cambios, el tractor dispondrá
del mismo número de marchas hacia delante que hacia detrás, y además con las mismas
relaciones de transmisión, ya que los piñones (1) y (2) por un lado y (3) y (4) por otro,
tienen el mismo número de dientes, con lo que la velocidad de giro del eje de salida es la
misma que la del de entrada.
CAJAS DE CAMBIO AUTOMÁTICAS
El funcionamiento de un tractor con caja de cambios convencional exige desembragar el
motor cada vez que se debe cambiar de velocidad (marcha). Esto provoca una interrupción
momentánea de la potencia transmitida a las ruedas que, durante el trabajo, plantea
bastantes inconvenientes ya que el tractor se frena, e incluso se para, y para volver a
moverse es necesario muchas veces elevar el apero con lo que la labor es irregular. En
cualquier caso, es necesario que el embrague soporte una fuerte sobrecarga en el momento
de iniciar el movimiento, produciendo un desgaste prematuro del mismo. Además, hay un
aumento de los tiempos muertos con lo que disminuye la eficacia en el trabajo realizado.
Para evitar estos problemas, muchos tractores montan hoy en su transmisión cajas de
cambio automáticas, también llamadas “Power Shift” o semiautomáticas, “Semi-Power-
Shift”. Se trata de cambios en los que no es necesario pisar el pedal del embrague para
cambiar de marcha.
Fundamentalmente, existen dos grandes tipos de cambios automáticos: el primero de ellos
se basa en los trenes de engranajes planetarios (o solares) comandados hidráulicamente,
mientras que en el segundo la conexión entre piñones y ejes se efectúa mediante engranajes
multidisco de accionamiento hidráulico (figura 5. 36) .
Cambio automático con tres velocidades adelante y marcha atrás.