1.2 TREN DE Fuerzas - Apuntes 1.3 PDF

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1.2

Tren De Fuerzas

El tren de fuerzas de una maquinara 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 palabreas es la encargada de transmitir la fuerza al suelo.

Tren de fuerzas Caterpillar.

Diagrama de un tren de fuerzas de un Cargador de

La fuerza es todo agente capaz de modificar la velocidad o la forma de los objetos. No debe confundirse con los conceptos de esfuerzo o energía. El tren de fuerza es la parte más importante y es el encargado de convertir la energía del combustible en movimiento de los neumáticos para impulsarlo, puede ser de diversas arquitecturas de acuerdo al propósito a que se destine el vehículo. A continuación, los esquemas más comunes utilizados en los automóviles de hoy. En todos los casos es necesaria la existencia de un elemento de desconexión/conexión entre el motor y el resto de la transmisión conocido como embrague. Entre los dispositivos que conforman el tren de fuerza de la maquinaria generalmente se encuentran los:     

Motores Convertidores par Transmisiones diferenciales Mandos finales Motores

Un motor es una máquina capaz de transformar cualquier tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles), en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. En los automóviles este efecto es una fuerza que produce el movimiento. Existen diversos tipos, siendo los más comunes:

• Motores térmicos: cuando el trabajo se obtiene a partir de energía térmica. -Motores de combustión interna: son motores térmicos en los cuales se produce una combustión del fluido motor, transformando su energía química en energía térmica, a partir de la cual se obtiene energía mecánica. El fluido motor antes de iniciar la combustión es una mezcla de un comburente (como el aire) y un combustible, como los derivados del petróleo, los del gas natural o los biocombustibles. -Motores de combustión externa: son motores térmicos en los cuales se produce una combustión en un fluido distinto al fluido motor. El fluido motor alcanza un estado térmico de mayor energía mediante la transmisión de energía a través de una pared. • Motores eléctricos: cuando el trabajo se obtiene a partir de una corriente eléctrica. Generalmente en la actualidad la maquinaria pesada usa motores diésel, el motor diésel es un motor térmico de combustión interna cuyo encendido se logra por la temperatura elevada que produce la compresión del aire en el interior del cilindro.

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Ventajas Y Desventajas De Los Motores Diésel La principal ventaja de los motores diésel, comparados con los motores a gasolina, estriba en su menor consumo de combustible. En automoción, las desventajas iniciales de estos motores (principalmente precio, costos de mantenimiento y prestaciones) se están reduciendo debido a mejoras como la inyección electrónica y el turbocompresor. No obstante, la adopción de la pre cámara para los motores de automoción, con la que se consiguen prestaciones semejantes a los motores de gasolina, presenta el inconveniente de incrementar el consumo, con lo que la principal ventaja de estos motores prácticamente desaparece.

Tomando como referencia a la compañía Caterpillar los motores se pueden dividir en 3 categorías o niveles; motores nivel I, nivel II y nivel III; que deriva del trabajo que la máquina realizará. A continuación, se enlistan las partes de cada motor:

Motores Nivel I •

Anillos de pistón

•

Cojinetes de bancada, cojinetes de vástago

•

Guías de válvula

•

Cojinetes de turbo

•

Sellos de turbo

•

Empaquetaduras/sellos

Motores Nivel II •

Pistones

•

Camisas

•

Válvulas

•

Árboles de levas

Motores Nivel III •

Bloques

•

Culatas

•

Cigüeñales

•

Bielas

Convertidores 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

Diagrama de un convertidor de par.

Componentes de un convertidor de

El funcionamiento del convertidor de par es relativamente sencillo. Consta de dos turbinas enfrentadas, una de las cuales movida por el motor diésel 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. El cigüeñal del motor hace girar el Impulsor y este la turbina que mueve el eje de salida. Hasta ahora hemos descrito un embrague convencional que funciona por aceite, lo que en realidad hace cambiar el par es una tercera turbina llamada estator que proporciona una cierta graduación de la energía que se transmite del motor a la transmisión. Al girar el motor, la fuerza centrífuga lanza el aceite hacia la periferia del impulsor, en cada uno de los espacios delimitados por cada dos paletas; de éstos pasa a los espacios análogos delimitados por las paletas de la turbina, desde la periferia al centro, y después vuelve nuevamente al impulsor estableciéndose un circuito cerrado. Si la velocidad de rotación es suficientemente elevada, la turbina es arrastrada y gira a la misma velocidad, transmitiendo así el giro del motor a la transmisión, sin resbalamiento de la turbina. Esto ocurre, por ejemplo, cuando la máquina se mueve por inercia o cuesta abajo, o en un terreno llano sin carga. Cuando la máquina tiene que vencer una carga, por ejemplo, cuando se encuentra con una pendiente pronunciada, baja la velocidad de giro de la transmisión, y por lo tanto la de la turbina. Al girar la turbina más despacio que el impulsor el aceite choca contra las paletas convirtiendo la energía perdida en calor. Mientras más despacio gire la turbina, con respecto al impulsor, habrá más pérdidas de energía del aceite. Vemos que si solamente usamos dos turbinas al aumentar la carga no hay aumento de par.

Las partes que forman realmente un convertidor de par que funciona como tal, son las siguientes (ver figura): A.

Impulsor

B.

Turbina

C.

Estator

D.

Carcasa giratoria

E.

Carrier o soporte

F.

Eje de salida

Flujo De Aceite Dentro De Un Convertidor De Par. La carcasa giratoria D es impulsada por un estriado interior que lleva el volante del motor, y el impulsor A está empernado a la carcasa, por lo que gira con ella. La carcasa suele ser de fundición y el impulsor de aluminio. La turbina B recibe el aceite procedente del impulsor y acciona el eje de salida F del convertidor. La turbina suele ser de aluminio y manda aceite al estator. El estator C está fijado por el soporte E a la tapa o cárter del convertidor y permanece estacionario. El aceite que recibe de la turbina lo manda al impulsor. El estator suele ser de acero. Veamos el flujo que sigue el aceite en el convertidor. El aceite, procedente del grupo de válvulas de control de la transmisión, entra al impulsor A por un conducto taladrado que tiene el soporte E. El impulsor A, accionado por la carcasa giratoria D y por el motor, actúa como una bomba centrifuga y arroja el aceite hacia la periferia, el aceite es obligado a pasar a la turbina B. El aceite a elevada velocidad golpea las paletas de la turbina, haciendo girar a ésta y al eje de salida F. El aceite procedente de la turbina B pasa al estator C y éste lo dirige nuevamente al impulsor A, comenzando de nuevo el ciclo. Diagrama del flujo de aceite dentro de un convertidor de par. Multiplicación De Par. Cuando en el eje de salida no hay ninguna resistencia a girar, y el eje de salida gira a la misma velocidad que el volante del motor, el impulsor y la turbina giran a la misma velocidad. Bajo estas condiciones el aceite sale del estator con una dirección tal que choca bruscamente contra las paletas del impulsor. Como el

impulsor no puede girar más deprisa, porque va unido al volante del motor, el aceite pierde la velocidad que llevaba y, por lo tanto, la casi totalidad de su energía se transforma en calor producido por el choque con las paletas del impulsor. Como en anteriores choques con las paletas de la turbina y del estator el aceite ha ido perdiendo velocidad y energía, con respecto a la que llevaba cuando salió del impulsor, resulta que al llegar de nuevo a éste no puede ayudar al aceite que sale de él a circular más deprisa y con más energía, que es la única forma de poder aumentar el par de salida con respecto al de entrada. Si el eje de salida coge carga, dicho eje, y por lo tanto la turbina, giraran más despacio que el impulsor; al girar más despacio la turbina, el aceite entra al estator con una dirección tal que cuando sale de él se dirige al impulsor de tal forma que ahora parte del aceite no choca y se incorpora al que mueve el convertidor, comunicándole su energía y velocidad. Ahora tenemos dos puntos muy importantes; por un lado, la turbina gira más despacio, y por lo tanto cada espacio entre paletas está más tiempo enfrentado con cada chorro de aceite que sale del impulsor, y por otro lado tenemos que además le entra aceite a más velocidad y con más energía que antes, debido a esa energía que le ha comunicado al aceite que sale del impulsor el aceite procedente del estator. Como la velocidad en el eje de salida es menor, y la potencia del motor no baja al coger la carga el eje de salida, sino que permanece casi constantemente gracias a ese aumento de aceite sobre la turbina y que es en definitiva el que soporta el aumento de carga del eje de salida, el par aumenta. Entonces está claro que el aumento de par depende de la dirección con que el aceite sale de la turbina, entra en el estator, sale del estator y entra al impulsor y la dirección con que el aceite sale de la turbina depende de la velocidad de ésta con respecto al impulsor. Hay una determinada velocidad de la turbina con respecto al impulsor en la cual el aceite entra a éste con tal dirección, procedente del estator, que se aprovecha toda la velocidad y energía con que el aceite sale del estator y no se pierde prácticamente nada en choques y rozamientos, o sea, en calor.



Transmisiones Diferenciales

Se conoce como diferencial al componente encargado, de trasladar la rotación, que viene del motor, transmisión, hacia las ruedas encargadas de la tracción. Un diferencial es el elemento mecánico que permite que las ruedas derecha e izquierda de un vehículo giren a revoluciones diferentes, según éste se encuentre tomando una curva hacia un lado o hacia el otro. El diferencial consta de engranajes dispuestos en forma de "U" en el eje. Cuando ambas ruedas recorren el mismo camino, por ir el vehículo en línea recta, el engranaje se mantiene en situación neutra. Sin embargo, en una curva los engranajes se desplazan ligeramente, compensando con ello las diferentes velocidades de giro de las

ruedas. La diferencia de giro también se produce entre los dos ejes. Las ruedas directrices describen una circunferencia de radio mayor que las no directrices, por ello se utiliza el diferencial. Los diferenciales son los conjuntos que van colocados en el centro del eje que soporta las ruedas. Tienen dos misiones fundamentales: primero cambiar el flujo de potencia que viene de la transmisión en ángulo recto para accionar las ruedas, y segundo hacer que las ruedas giren a distinta velocidad cuando la máquina efectúa un giro. Para cambiar la dirección del flujo de fuerza no es necesario en realidad un diferencial, sino que es suficiente con un eje cónico y un engranaje, de hecho, hay algunas máquinas que llevan un eje de este tipo porque el radio de giro es lo suficientemente amplio como para no necesitar el efecto diferencial. Sin embargo, la mayoría de las máquinas si lo usan, para evitar el desgaste excesivo de los neumáticos y proporcionar mayor maniobrabilidad en los giros.

Eje con transmisión diferencial.

El diferencial consta de los elementos siguientes: • • • • • •

Corona. Planetario. Caja de satélites. Palier. Piñón cónico. Satélite.

Partes

de

la

transmisión

Diferencial



Mandos Finales

Los mandos finales son aquellos dispositivos que se encargan de canalizar la potencia del motor para poder dar movimiento a cualquier elemento de la maquinaria. Función: Transmitir potencia de semieje a las ruedas motrices, aumentar el torque y reducir las revoluciones de las ruedas motrices.

https://www.academia.edu/12006626/Potencia_y_Fuentes_de_energia_Maquinari a_pesada_1.1 https://es.scribd.com/document/205321600/UNIDAD-1-GENERALIDADES-DE-LAMAQUINARIA-PESADA-docx https://s7d2.scene7.com/is/content/Caterpillar/C10295186 https://vdocuments.mx/12-tren-de-fuerza-trb-2.html https://www.marcoteorico.com/curso/55/maquinaria-pesada-y-movimiento-detierra/560/tren-de-fuerzas https://es.slideshare.net/3duardoJose/1-generalidades-de-la-maquinaria-pesada https://www.clubensayos.com/Tecnolog%C3%ADa/GENERALIDADES-DE-LAMAQUINARIA-PESADA/3171756.html https://www.finning.com/es_CL/parts/new/spare-parts-solutions/power-train.html#

https://www.finning.com/es_CL/products/new/equipment/wheel-loaders/largewheel-loaders/1000031100.html https://www.cat.com/es_US/products/new/power-systems/industrial/industrialdiesel-engines-highly-regulated/18375173.html https://es.slideshare.net/orosco_catt/sistema-de-transmision-de-cargador-frontal...