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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA AGRARÍA ANTONIO NARRO
DEPARTAMENTO DE MAQUINARIA AGRÍCOLA
TRANSMISIÓNES EN TRACTORES
AGRICOLAS
POR: JESUS ADRIAN VEGA SANCHEZ
PRESENTADA COMO REQUISITO PARCIAL PARA
OBTENER EL TITULO DE INGENIERO MECÁNICO
AGRÍCOLA
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA AGRARÍA ANTONIO NARRO.
DIVISIÓN DE INGENIERÍA
TRANSMISIONES EN TRACTORES
AGRICOLAS
POR: JESUS ADRIAN VEGA SANCHEZ
ELABORADO BAJO LA SUPERVISIÓN DEL COMITÉ
PARTICULAR DE ASESORES Y APROBADA COMO
REQUISITO PARCIAL, PARA OBTENER EL TÍTULO
DE: INGENIERO MECÁNICO AGRÍCOLA.
COMITÉ PARTICULAR ASESOR PRINCIPAL:
Dr. Karim de Alba Romenus
ASESOR: Ing. Héctor Emilio Gonzales Ramírez
ASESOR: MC. Héctor Uriel Serna Fernández
DR. LUIS SAMANIEGO MORENO. COORDINADOR DE LA
DIVISIÓN DE INGENIERÍA
BUENAVISTA, SALTILLO, COAHUILA, ABRIL DEL 2017.
INDICE
1.INTRODUCCION ................................................................................................................................ 1
2.OBJETIVO .......................................................................................................................................... 2
2.1OBJETIVOS ESPECIFICOS ............................................................................................................. 2
3.TIPOS DE TRANSMISIONES. .............................................................................................................. 3
3.1TRANSMISION MECÁNICA. ......................................................................................................... 3
3.2TRANSMISIÓN HIDRÁULICA ....................................................................................................... 3
3.3TRANSMISIÓN CVT ..................................................................................................................... 3
4.PARTES DE LA TRANSMISIÓN ........................................................................................................... 5
5.FUNCIONAMIENTO DE LA CAJA DE TRANSMISIÓN. ......................................................................... 5
6.EMBRAGUE O CLUTCH ..................................................................................................................... 6
7.FUNCIONAMIENTO DEL EMBRAGUE. ............................................................................................... 7
8.CAJA DE CAMBIOS (TRANSMISIÓN) ............................................................................................... 10
8.1FUNCIONAMIENTO DE LA CAJA DE CAMBIOS .......................................................................... 13
8.2ACCIONAMIENTO DE VELOCIDADES ........................................................................................ 15
8.3CAJA DE CAMBIOS CON ENGRANAJES EN TOMA CONSTANTE ................................................ 21
8.4CAJA DE CAMBIOS SINCRONIZADA .......................................................................................... 22
8.5CAMBIOS REALES DE LOS TRACTORES. ESCALONAMIENTO LÓGICO ....................................... 25
8.6 ACCIONAMIENTO DE LA CAJA DE CAMBIOS. LUBRICACIÓN ................................................... 35
8.7CAMBIO HIDROSTÁTICO DE VELOCIDADES. ............................................................................. 36
9.DIFERENCIAL. .................................................................................................................................. 37
10.INNOVACIONES EN LAS TRANSMISIONES. ................................................................................... 39
10.1MASSEY FERGUSON. .............................................................................................................. 39
10.2NEW HOLLAND ....................................................................................................................... 42
10.3JOHN DEERE ........................................................................................................................... 43
10.3.1DIRECT DRIVE, LA TRANSMISIÓN DE LA SERIE 6R ............................................................... 44
11.CONCLUSIÓN. ............................................................................................................................... 46
12.BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................... 47
INDICE DE FIGURAS
Figura. 1 partes de la transmisión ....................................................................................................... 5
Figura. 2 tractor trabajando ................................................................................................................ 6
Figura. 3 tractor trabajando ................................................................................................................ 6
Figura. 4 Embrague o clutch ................................................................................................................ 6
Figura. 5 Embrague de disco ............................................................................................................... 7
Figura. 6 Embrague presionado .......................................................................................................... 8
Figura. 7 Función de pisar embrague .................................................................................................. 9
Figura. 8 Función final del embrague .................................................................................................. 9
Figura. 9 Combinaciones en la caja de cambios de un tractor. ......................................................... 13
Figura. 10 Caja de cambios con grupo reductor de dos combinaciones. ......................................... 15
Figura. 11 Funcionamiento de grupo reductor de dos combinaciones. ........................................... 15
Figura. 12 Punto muerto ................................................................................................................... 16
Figura. 13 Primera velocidad. ............................................................................................................ 17
Figura. 14 Segunda velocidad. ........................................................................................................... 17
Figura. 15 Tercera velocidad. ............................................................................................................ 18
Figura. 16 Marcha atrás .................................................................................................................... 19
Figura. 17 Funcionamiento de una caja de cambios. ........................................................................ 20
Figura. 18 Cambio en toma constante. ............................................................................................. 22
Figura. 19 Sincronizador. ................................................................................................................... 24
Figura. 20 Funcionamiento del sincronizador. .................................................................................. 24
Figura. 21 Esquema de transmisión de tractor 2 RM. ....................................................................... 26
Figura. 22 Inversor en caja de cambios. ............................................................................................ 27
Figura. 23 Curva característica de para motor. ................................................................................. 28
Figura. 24 Escalonamiento de una caja de cambios. ........................................................................ 28
Figura. 25 Fuerza periférica ............................................................................................................... 30
Figura. 26 Representación de un tren de engranajes planetarios. ................................................... 31
Figura. 27 Engranajes epicicloidales.................................................................................................. 32
Figura. 28 Engranajes hipocicloidales. .............................................................................................. 33
Figura. 29 Mando de la caja de cambios. .......................................................................................... 35
Figura. 30 Cambio de marchas hidrostático...................................................................................... 36
Figura. 31 Diferencial ........................................................................................................................ 38
Figura. 32 Caja Dyna-6 ...................................................................................................................... 40
Figura. 33 Caja Dyna-6....................................................................................................................... 40
Figura. 34 Tractor MF 7415 ............................................................................................................... 42
Figura. 35 Tractor new holland ......................................................................................................... 43
Figura. 36 Tractor serie 6R ................................................................................................................ 44
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1.INTRODUCCION Una de las partes más importantes del tractor agrícola sin duda alguna ha sido el
motor, pero desde que el tractor fue creado, se ha mencionado mucho de la
transmisión del mismo, tanto que desde los primeros creados se han estado
innovando las transmisiones. Estas innovaciones se han llevado a cabo gracias a
las necesidades a las cuales no estamos enfrentando hoy en día, así como
aumentar la eficacia de los tractores.
La mayoría de las personas no cuentan con la información adecuada del
funcionamiento de la transmisión. En el presente trabajo se mostrará el objetivo de
la transmisión en el tractor y la forma en que opera así como también los
componentes cercanos que ayudan en su operación. Además de las nuevas
transmisiones en las nuevas marcas de tractores lideres internacionalmente.
La transmisión o caja de cambios es una de las partes más importantes en los
tractores, ya que es la que nos permite llevar el control del mismo. La función de la
transmisión en el tractor es asegurar que la velocidad que sale directamente del
motor por el volante sea la que el conductor quiere que llegue a las ruedas o en
dado caso a la velocidad que el operario desee trabajar o solo trasladarse de un
lugar a otro en el tractor.
Bajar la velocidad de giro del motor se lleva a cabo gracias a los engranes que
contiene la caja de cambios, dependiendo de las velocidades que sea la caja, va a
ser el número de engranes que tenga ya que para cada velocidad se requiere un
engrane junto con su piñón que ayude a mandar la velocidad de giro al diferencial
y este lo mande a las ruedas y así tengamos la velocidad deseada del tractor, para
ello la caja lleva dos ejes, el primario y el secundario.
Los ejes en la transmisión tienen como fin, así como los engranes mandar la
velocidad de salida correcta requerida por el operador, además de que en ellos se
colocan los engranes y funcionan como guías para el acoplamiento de engrane –
piñón para determinar la velocidad a la que se quiera que el tractor vaya.
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2.OBJETIVO Dar a conocer los diferentes tipos de cajas de transmisiones, conocer su
funcionamiento y composición, así como, el uso en la maquinaria agrícola y lo
importante que es a la hora de trabajar.
2.1OBJETIVOS ESPECIFICOS Interpretar como se llevan a cabo los cambios de velocidad de la caja de
transmisión.
Conocer la transmisión en maquinaria agrícola y su funcionamiento.
Conocer las innovaciones que se le han hecho a las cajas de
transmisión.
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3.TIPOS DE TRANSMISIONES.
3.1TRANSMISION MECÁNICA.
Una transmisión mecánica es una forma de intercambiar energía mecánica distinta
a las transmisiones neumáticas o hidráulicas, ya que para ejercer su función
emplea el movimiento de cuerpos sólidos, como lo son los engranajes y las
correas de transmisión.
En general, las transmisiones reducen una rotación inadecuada, de alta velocidad
y bajo par motor, del eje de salida del impulsor primario a una velocidad más baja
con par de giro más alto, o a la inversa. Muchos sistemas, como las transmisiones
empleadas en los tractores, incluyen la capacidad de seleccionar alguna de varias
relaciones diferentes. En estos casos, la mayoría de las relaciones (llamadas
usualmente cambios) se emplean para reducir la velocidad de salida del motor e
incrementar el par de giro.
También se emplean transmisiones en equipamiento naval, agrícola, industrial, de
construcciones y de minería.
3.2TRANSMISIÓN HIDRÁULICA
La transmisión automática es una transmisión en la cual la selección de engranaje
(cambio) es acompañada automáticamente, haciendo la aceleración y el arranque
fácil. Una transmisión automática consiste principalmente en un convertidor de
torque y una unidad de engranaje planetario que lleva a cabo la operación del
cambio por presión hidráulica.
Las transmisiones automáticas, funcionan apoyándose en la fuerza hidráulica,
producida por el fluido o aceite, que circula constantemente, dentro de ella.
3.3TRANSMISIÓN CVT
Una transmisión variable continua o CVT es un tipo de transmisión
semiautomática que puede cambiar la relación de cambio a cualquier valor dentro
de sus límites y según las necesidades de la marcha. La transmisión variable
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continua no está restringida a un pequeño número de relaciones de cambio, como
las 4 a 6 relaciones delanteras de las transmisiones típicas de automóviles.
La centralita electrónica que controla la transmisión variable continua simula a
menudo cambios de marcha abruptos, especialmente a bajas velocidades, porque
la mayoría de los conductores esperan las bruscas sacudidas típicas y
rechazarían una transmisión perfectamente suave por su aparente falta de
potencia.
Cada una de las relaciones de diámetros que pueden adoptar las rondanas se
corresponde con una relación de transmisión diferente, y por eso se dice que los
cambios de variador tienen infinitas marchas, aunque los más modernos cuentan
con una función manual en la que se puede elegir de forma secuencial entre seis o
siete velocidades que corresponden a posiciones prefijadas de las poleas.
El cambio de anchura de las poleas se consigue mediante la presión de un circuito
hidráulico, y la transmisión de la fuerza al motor puede hacerse mediante
un embrague convencional, uno electrohidráulico o un convertidor de par.
Para poder obtener una marcha atrás debemos de incluir un inversor,
generalmente un conjunto planetario de engranes.
La principal limitación de este tipo de cajas de cambios se encuentra en el par que
puede transmitir la correa o cadena. Aunque a principios de los años 90, el
equipo Williams F1 desarrolló, una caja de cambios de este tipo para
el monoplaza Williams FW15C, uno de los coches de competición más avanzados
de la historia. La posibilidad de variar continuamente la relación de transmisión
hace que el motor pueda trabajar siempre en el régimen de potencia máxima lo
que implica una aceleración mucho mayor, un parámetro importantísimo en
competición.
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4.PARTES DE LA TRANSMISIÓN.
5.FUNCIONAMIENTO DE LA CAJA DE TRANSMISIÓN.
La caja de velocidades o también conocida como transmisión tiene una gran
importancia en un tractor, debido a que es la que pasa el movimiento que llega al
diferencial y este a las llantas. Y como estas son las que le dan movimiento al
tractor, deben de girar a una velocidad seleccionada respecto a la labor efectuada;
ya que no siempre el tractor utiliza un solo implemento, se debe de llevar a cabo el
cambio de velocidad del tractor o simplemente cambiar el par de salida.
Sabemos que el movimiento del tractor se lleva a cabo por las ruedas y que para
poder moverlas se necesita que la caja de velocidades pase la fuerza que sale del
motor a el diferencial y este con los ejes pueda mover las ruedas, pero antes de
que la caja de transmisión mande la fuerza al diferencial, hay una parte muy
importante entre la transmisión y el volante del motor, esta parte es conocida
como embrague o clutch:
Figura. 1 partes de la transmisión
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6.EMBRAGUE O CLUTCH
El embrague o clutch es un sistema que permite tanto transmitir como interrumpir
la transmisión de una energía mecánica a su acción final de manera voluntaria. En
un automóvil, por ejemplo, permite al conductor controlar la transmisión del par
motor desde el motor hacia las ruedas.
Figura. 4 Embrague o clutch
Figura. 2 tractor trabajando Figura. 3 tractor trabajando
7
7.FUNCIONAMIENTO DEL EMBRAGUE. La función del embrague es conectar y desconectar las RPM del motor entre el
volante y la caja de cambios para mantener el tractor funcionando, pero sin
movimiento y para elegir las distintas marchas o velocidades de la caja de
cambios.
Existen diversos tipos de embrague: cinta, zapatas, cónico pero el más usado es
el embrague de disco. En este sistema se aplican entre si uno o más discos para
transmitir la fuerza de torsión.
Estos embragues se basan en la adherencia o fricción que se establece entre dos
superficies rugosas puestas en contacto. Una de estas se solidariza con el volante
y otra al eje de la caja o transmisión. Además, hay un mecanismo o muelle que los
mantiene apretados una con otras embragadas, si esta muelle se afloja se
desembraga.
Figura. 5 Embrague de disco
8
Cuando el pedal del embrague está totalmente suelto los muelles presionan sobre
el segundo plato opresor, éste sobre el disco de la t.d.f., y este a su vez, sobre el
primer plato opresor y sobre el disco del eje primario, de tal forma que, al moverse
el volante y los platos opresores, arrastran a los dos discos de embrague dando a
la vez movimiento al eje primario de la caja de cambios y a la toma de fuerza.
Figura. 6 Embrague presionado
Al pisar el pedal del embrague aproximadamente a la mitad de su recorrido, las
patillas tiran del segundo plato opresor y éste tira del primer plato opresor
separándolo del volante y quedando el disco del eje primario desembragado, no
transmitiendo movimiento a la caja de cambios, pero sí a la t.d.f., cuyo disco de
embrague continúa aprisionado entre los dos discos opresores y, por lo tanto,
embragado.
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Figura. 7 Función de pisar embrague Al seguir pisando el pedal del embrague hasta el final de su recorrido las patillas
de embrague siguen tirando del segundo plato opresor, y al llegar el primer plato a
los topes del volante, el segundo plato se separa del primero comprimiendo los
muelles, dejando libre al disco de embrague de la toma de fuerza quedando ésta,
también, desembragada.
Figura. 8 Función final del embrague
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El movimiento se lleva desde el motor hasta las ruedas, pero para poder mover el
tractor estas son las fases: motor, embrague, caja de cambios, diferencial y
ruedas. Gracias a esas etapas se puede efectuar el movimiento del tractor.
Después de que la fuerza de giro está en el volante, se transmite por el clutch a la
caja de cambios
8.CAJA DE CAMBIOS (TRANSMISIÓN) Para comprender mecánicamente el papel de la caja de cambios en el tractor es
necesario recordar el concepto de potencia expresado como el trabajo realizado
en la unidad de tiempo, por lo que:
Siendo:
N = potencia.
T = trabajo.
t = tiempo.
Como se sabe que trabajo se puede expresar por el producto escalar de la fuerza
por el espacio:
Sustituyendo esta expresión del trabajo en la fórmula de la potencia:
/t
Si la dirección de la fuerza aplicada coincide con la del espacio recorrido, entonces
se puede expresar:
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Como se sabe que el espacio recorrido en la unidad de tiempo es igual a la
velocidad, se tiene que:
O sea que la potencia se puede expresar, cuando sus direcciones son
coincidentes, como el producto de la fuerza por la velocidad:
Cuando el motor de un tractor agrícola trabaja a un determinado régimen de giro,
ofrece según su curva característica una potencia, la cual se podrá calcular, según
se ha expuesto, como el producto de un valor de F por un valor de V. Ocurrirá que,
si se aumenta la velocidad de avance V del tractor, forzosamente tiene que
disminuir su fuerza F, para que el valor de la potencia requerida al motor no
sobrepase a la ofrecida.
El consumo específico del motor de un tractor es un indicador claro del mayor o
menor grado de aprovechamiento energético del combustible. La particular forma
de su curva (revoluciones consumo específico) indica que en los tractores, la
velocidad de giro del motor se debe procurar mantenerla entre un cierto margen
para que conserve su marcha uniforme y se obtenga un buen rendimiento.
Si no hubiera medio de variar la relación de determinado giro entre el motor y las
ruedas, el tractor, a un régimen del motor marcharía siempre a la misma velocidad
debido a la relación constante de transmisión entre los engranajes desde el motor
hasta la rodadura.
El trabajo que se solicita a un tractor no siempre es el mismo, porque, por ejemplo,
arar requiere más energía que una abonadora, de modo que si el tractor está
adecuado para esto último, le faltará potencia para mover un arado. Entonces se
recurre a que vaya más despacio para que el producto V •F no sobrepase el
máximo valor de N ofrecido por el motor.
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Estas necesidades se satisfacen con la caja de cambios, que permite modificar las
parejas de valores F, V, adaptando el tractor a las necesidades de trabajo.
En esencia consiste en:
Un eje primario que a través del embrague transmite el giro del motor
mediante un piñón, engranado constantemente con otro que mueve un eje
denominado intermediario.
Un eje intermediario en el que hay varios engranajes fijos a él, con distintos
tamaños que transmiten el movimiento a otros situados en el eje
secundario, de manera que nunca haya más de una pareja actuando
simultáneamente.
Un eje secundario, paralelo al eje primario, estriado en toda su longitud
sobre el que pueden deslizarse engranajes, en cuyo centro llevan un
manguito estriado cuyas estrías coincidan con las del eje secundario, con
lo que entre ambos sólo hay un grado de libertad y el usuario los puede
mover adelante y atrás con la palanca de mando del cambio. Dichos
engranajes forman parejas de transmisión con los del eje intermediario. A
la relación entre el radio del engranaje del intermediario y el del secundario
se le llama relación de transmisión, y se hace engranar el engranaje de
mayor diámetro del eje secundario con el menor del eje intermediario, la
combinación se llama primera velocidad.
Si la pareja de engranajes que se conectan es la de siguiente tamaño del
engranaje del intermediario, lo cual se consigue accionando la palanca del cambio,
con su correspondiente del secundario, la combinación sería la segunda
velocidad. Combinando adecuadamente las parejas de engranajes
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correspondientes del eje intermediario y del secundario se obtienen las diferentes
combinaciones de velocidades hacia delante de la caja de cambios. Para moverse
el tractor hacia atrás, se emplea un engranaje intermedio, que invierte el giro del
eje secundario y con él el de las ruedas del tractor. A esta combinación se llama
marcha atrás. Hay una posición de los engranajes en la que no se transmite
movimiento desde el eje intermediario al secundario. Esta combinación se llama
punto muerto. Para poder engranar o desengranar una pareja de engranajes, es
necesario desconectar el giro del motor, y para ello se desembraga previamente,
volviendo a embragar con suavidad después de actuar sobre la palanca del
cambio. De cuanto se ha expuesto se desprende que la misión de la caja de
cambios es, adaptar la velocidad de avance del tractor para que la fuerza que
exige la realización de una labor sea la adecuada. Como la diversidad de trabajos
que realizan los tractores es muy elevada, es necesario que dispongan de una
caja de cambios con una amplia gama de velocidades.
8.1FUNCIONAMIENTO DE LA CAJA DE CAMBIOS Para conseguir con sencillez constructiva un elevado número de combinaciones
en la caja de cambios, se coloca antes de la caja de cambios el reductor.
Figura. 9 Combinaciones en la caja de cambios de un tractor.
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El grupo reductor es realmente otra caja de cambios cuyo eje de salida actúa
como eje primario de una segunda caja de cambios, de forma que el eje primario
recibe el movimiento del grupo reductor mediante dos engranajes en toma
constante, uno del eje de salida del grupo reductor y el otro solidario con el eje
intermediario.
El funcionamiento de una caja de cambios es como sigue:
El eje intermediario lleva varios engranajes de diferentes tamaños solidarios a él,
que engranan, según la combinación que se desee, con los correspondientes del
eje secundario para conseguir las diferentes velocidades que ofrece la caja de
cambios.
Sobre el eje secundario van colocados engranajes unidos dos a dos a unos
desplazables, que pueden deslizarse con un grado de libertad sobre él. Cada
desplazable lleva una garganta en la que se aloja una horquilla que se acciona por
medio de la palanca de cambio mediante varillas.
Hay que indicar que al ser los desplazables interiormente estriados y el eje
secundario también, los piñones pueden deslizarse longitudinalmente sobre él con
un grado de libertad por lo que, si giran engranados con su correspondiente
engranaje del eje intermediario, transmiten su movimiento al eje secundario que
girará y transmitirá su par correspondiente.
Normalmente el grupo reductor tiene dos, tres y hasta cuatro combinaciones de
velocidades, largas, medias, cortas y punto muerto.
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8.2ACCIONAMIENTO DE VELOCIDADES De esta forma se consiguen a la entrada de la caja de cambios tantas
combinaciones de velocidades como marchas tenga el grupo reductor, lo cual
multiplicado por el número de combinaciones de marchas de la caja de cambios,
ofrece un conjunto dotado de gran número de combinaciones.
Figura. 11 Funcionamiento de grupo reductor de dos combinaciones.
Figura. 10 Caja de cambios con grupo reductor de dos combinaciones.
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Si, por ejemplo, en la caja de cambios tiene primera, segunda, tercera, cuarta y
marcha atrás, y el grupo reductor, largas, medias y cortas, el tractor tendrá doce
marchas hacia delante y tres marchas hacia 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 de cambio en la posición de primera velocidad el engranaje
desplazable se desliza hacia la izquierda engranando su engranaje con el
correspondiente del intermediario. Al ser este pequeño y el conducido grande, la
velocidad de giro del eje secundario será pequeña.
Figura. 12 Punto muerto
17
Figura. 13 Primera velocidad.
Para pasar a segunda velocidad habrá que pasar la palanca de cambio de la
posición de Primera a punto muerto, con lo cual el engranaje desplazable de
primera velocidad queda desconectado del intermediario. A continuación, la
palanca pasa a la barra correspondiente al desplazable correspondiente que
engrana con el correspondiente del eje intermediario con lo que se obtiene una
velocidad de giro en el eje secundario mayor que la alcanzada en la primera
Para pasar a la 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 el engranaje correspondiente se
Figura. 14 Segunda velocidad.
18
desplazará al correspondiente del eje primario. En el caso que se presenta en las
figuras siguientes el movimiento pasa directamente del eje primario al secundario
sin sufrir la reducción de toma constante primario - intermediario, consiguiendo de
esta manera la velocidad mayor de giro de esta caja de cambios.
Para poner la marcha atrás pasando por el punto muerto, se desplaza la palanca
hacia la posición de marcha atrás con lo cual el engranaje desplazable
correspondiente engrana con el de marcha atrás, el cual a su vez está engranado
constantemente con el correspondiente del intermediario. El engranaje inversor
está situado entre el eje intermediario y el secundario, lo cual provoca un cambio
del sentido de giro del secundario, haciendo que el tractor se desplace en sentido
contrario que en las demás velocidades.
Figura. 15 Tercera velocidad.
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Figura. 16 Marcha atrás
20
El esquema conjunto de una caja de cambios con cuatro combinaciones adelante
y una hacia atrás, es la que se presenta en la siguiente figura:
Figura. 17 Funcionamiento de una caja de cambios.
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Para evitar que con las vibraciones y los movimientos bruscos que sufre el tractor
en las labores agrícolas, los engranajes desplazables del secundario puedan
cambiar de posición por sí solos, las varillas que mueven a las horquillas llevan
unas muescas esféricas en las que se aloja un fiador consistente en una bola
presionada por un muelle.
Para evitar roturas en las cajas de cambios se coloca un pequeño bulón que
impide que puedan ponerse dos velocidades a la vez.
8.3CAJA DE CAMBIOS CON ENGRANAJES EN TOMA CONSTANTE
Los engranajes de la caja de cambios descrita anteriormente son del tipo cilíndrico
de dientes rectos. Esto ocasiona ruidos de funcionamiento y dificultad al cambiar
de marcha. Una importante mejorarla constituyeron las cajas de cambios con
engranajes en toma constante. En ellas los engranajes del eje secundario y del eje
intermediario permanecen conectados constantemente, pero, a diferencia de la
caja de cambios descrita previamente, los engranajes del secundario no van
unidos al eje mediante estrías, pudiendo girar libremente sobre dicho eje.
Estos engranajes llevan adosado a uno de los lados un piñón lateral y entre cada
dos engranajes del eje secundario se coloca un desplazable cuya parte central
está mandrinada con un estriado que puede deslizar por el correspondiente que
en esta zona lleva tallado el eje secundario.
Cada desplazable lleva tallada en ambos lados una corona dentada acoplable a
los correspondientes piñones laterales de los engranajes.
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En la posición de punto muerto el desplazable se encuentra situado entre los
engranajes, sin conectar piñón con corona. Aunque el eje intermediario esté
girando y los piñones del secundario también no hay transmisión de movimiento,
al eje secundario al girar libremente sobre él sus engranajes.
Para conectar una velocidad se desliza el desplazable a uno de los lados, con lo
que la corona conecta con el piñón correspondiente del engranaje, y el eje
secundario se pone a girar.
La siguiente figura presenta un esquema con el principio de funcionamiento
descrito. Para reducir ruidos en la transmisión los engranajes se construyen del
tipo cilíndrico con dientes helicoidales.
8.4CAJA DE CAMBIOS SINCRONIZADA Aunque las cajas de cambios con engranajes en toma constante significaron un
notable avance, al cambiar de marcha como los engranajes no giran a la misma
velocidad que las coronas, hay dificultad para hacer coincidir los dientes con los
Figura. 18 Cambio en toma constante.
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huecos, lo que se traduce al intentar conectarlos en un golpeteo que provoca
desgastes, roturas y dificultad para cambiar de marcha. Estos inconvenientes se
reducen cuando los elementos a conectar giran a la misma velocidad.
Hasta la aparición de las cajas de cambios sincronizadas, para poder realizar
cambios de velocidad, era preciso detener el tractor o, con gran destreza,
aprovechar el momento en que los dientes se mueven a la misma velocidad, lo
que se conseguía realizando el denominado doble embrague. Esta operación
consiste en pisar el embrague, poner punto muerto, soltar el embrague, acelerar el
motor, volver a pisar el embrague y poner la velocidad elegida. De esta forma se
consigue que al acelerar en punto muerto y aumentar el régimen de giro del
intermediario en un instante coincide con el del secundario. Instante que se
aprovecha para cambiar de marcha.
Los constructores de automóviles solucionaron este problema hace algunos años,
mediante el cambio sincronizado. Este es un cambio de marchas con engranajes
en toma constante en el que éstos, además de los piñones laterales, llevan
solidario un tronco de cono denominado cono de sincronización, y el desplazable
lleva, además de la corona un contra cono que actúa como un embrague y que
hace que al tomar contacto con el cono, ambos alcancen una misma velocidad de
giro, lo que se denomina fase de sincronización, lo que permitirá engranar con
toda facilidad el piñón lateral con la corona.
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La siguiente figura presenta un esquema con el principio de funcionamiento
descrito.
Aunque la caja de cambios sea sincronizada es conveniente, al reducir de
velocidad, hacer el doble embrague pues con ello se alarga considerablemente la
duración de los mecanismos de sincronización.
Figura. 19 Sincronizador.
Figura. 20 Funcionamiento del sincronizador.
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8.5CAMBIOS REALES DE LOS TRACTORES. ESCALONAMIENTO LÓGICO Como ya ha sido expuesto el cambio de marchas de los tractores sirve para
transformar la velocidad de giro del motor en un número determinado de
velocidades de las ruedas motrices a la vez que se modifica su par motor. Su
necesidad es consecuencia de la relativa falta de elasticidad de los motores de
combustión interna, que no pueden emplearse correctamente más que entre
límites de velocidad bastante estrechos.
El concepto de bloques de marchas permite ampliar el número de marchas sin
alargar excesivamente la transmisión. Así por ejemplo, para 24 marchas sólo son
necesarios 2 bloques, uno con 6 marchas (1ª, 2ª, 3ª, 4ª, 5ª y 6ª) y otro con 4 (L,
lenta, M, media; H, alta y R retroceso), con lo que en vez de 24 pares de
engranajes sólo se necesitan 10 pares.
Para una mejor comprensión de los conocimientos expuestos se van a ver a
continuación algunos ejemplos de cambios de marchas de engranajes.
Uno de los casos más sencillos de un cambio de marchas de engranajes es el de
algunos motocultores. Está compuesto de sólo dos ejes, uno primario de entrada y
otro secundario de salida. El eje primario es accionado desde el motor y lleva tres
engranajes desplazables a lo largo del que conectan independientemente con
otros tres del eje secundario.
Para cada régimen de giro n r.p.m. del motor se obtienen tres regímenes distintos
del eje secundario: n1, n2 y n3.
Las relaciones de transmisión respectivas son:
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Actualmente los tractores no llevan una única palanca de mando para el cambio
de velocidades, sino dos o más, para manejar el bloque reductor y la caja de
cambios.
Con el conjunto de bloques de marchas del tractor de la figura anterior se obtienen
un total de 15 marchas hacia delante y 5 marchas hacia atrás.
Los tractores modernos llevan acoplado en la caja de cambios el denominado
inversor y el supe reductor.
El inversor hace posible invertir el sentido de desplazamiento sin mas que actuar
sobre una palanca que invierte el sentido de rotación de todos los engranajes. El
mecanismo inversor usa un tren de engranajes planetarios (se estudian más
adelante) y es particularmente útil en los trabajos con cargador frontal, horquillas,
niveladoras y para maniobrar en espacios restringidos.
Figura. 21 Esquema de transmisión de tractor 2 RM.
27
El super reductor permite obtener velocidades sumamente bajas, necesarias en
trabajos como excavación, despedregadas y plantación. Este mecanismo está
situado delante de la caja de cambios y utiliza pares de engranajes cilíndricos con
grandes reducciones de multiplicación. Para que el escalonamiento de las
relaciones de multiplicación de las cajas de cambios sea lógico se puede
demostrar que dichas relaciones deben estar en progresión geométrica.
En efecto, si la curva de par del motor del tractor es la que se presenta en la
figura siguiente, se sabe que el régimen del motor al realizar una determinada
labor debe variar desde mín n a máx n para trabajar en la denominada zona
flexible.
Figura. 22 Inversor en caja de cambios.
28
Figura. 23 Curva característica de para motor.
Si en unos ejes cartesianos se presentan en abscisas el máximo régimen de giro
del secundario necesario para que el tractor circule a la velocidad punta deseada y
en ordenadas mín n y máx n correspondiente a la zona flexible del motor del
tractor. Una caja de cambios de cuatro marchas adelante tendrá en dichos ejes
una representación como se indica a continuación.
Figura. 24 Escalonamiento de una caja de cambios.
29
En dicha caja de cambios, las relaciones de multiplicación primario/secundario
vendrán dadas por:
Las relaciones de transmisión expuestas cumplen evidentemente que:
.Además, cumplen que:
Efectivamente:
30
Pero como:
Por lo que:
Luego el escalonamiento lógico de las velocidades de una caja de cambios
cumple la condición de que las relaciones de multiplicación están en progresión
geométrica.
Para concluir este apartado conviene indicar que, como la potencia producida en
el motor se transmite a las ruedas motrices del tractor en forma de un par motor a
una velocidad angular, se cumple la expresión:
N = potencia
M = par motor
n = régimen de giro
Y como el par motor en cada rueda se puede obtener como el producto de la
fuerza periférica en ella por su radio real.
Figura. 25 Fuerza periférica
31
Esta fuerza periférica se transmite al suelo en la zona de contacto rueda suelo, y si
es mayor que lo que puede soportar el terreno, se producirá un resbalamiento total
con los consiguientes problemas que ello ocasiona. Las marchas muy lentas
pueden generar valores que superan ampliamente los valores permisibles en los
suelos. En cambio, estas marchas son necesarias porque se utilizan para labores
muy específicas que requieren velocidades de desplazamiento muy reducidas.
Lógicamente el motor en estos casos no desarrolla toda su potencia.
CAJA DE ENGRANAJES PLANETARIOS
Estas cajas de cambio están basadas en la transmisión y reducción de
movimiento a través de trenes de engranajes planetarios, los cuales, como puede
verse en la figura siguiente pueden moverse libremente sin transmitir movimiento
alguno, pero si se bloquea uno de los componentes, los restantes giran
transmitiéndose el movimiento con la relación de transmisión resultante según la
relación existente entre sus piñones. Si se bloquean dos de los componentes, el
conjunto queda bloqueado, moviéndose todo el sistema a la misma velocidad de
rotación.
Figura. 26 Representación de un tren de engranajes planetarios.
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Mediante este sistema pueden conseguirse distintas reducciones, frenando y
dando movimiento a los distintos componentes del tren. Si se combinan varios
trenes de engranajes con distintas reducciones entre ellos, se puede obtener una
gama de velocidades que entran automáticamente al actuar sobre sus
componentes por medio de embragues de fricción y cintas de frenado. Los
engranajes planetarios se utilizan modernamente no sólo en las cajas de cambios
de los tractores, sino también en los trenes de reducción finales de las ruedas.
En las cajas de cambios de engranajes planetarios se puede cambiar de marcha
frenando y liberando los distintos elementos. Los trenes de engranajes planetarios
o en epihipocicloide, tienen unas relaciones de transmisión que se calculan como
sigue:
Parte epicicloidal:
Como
+
Figura. 27 Engranajes epicicloidales.
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• Es igual:
Operando se tiene:
l
Parte hipocicloidal:
Figura. 28 Engranajes hipocicloidales.
34
Considerando la velocidad de punto de contacto se obtiene:
Como
ll
Multiplicando (I) y (II) se obtiene:
lll
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Las ecuaciones (I), (II) y (III) relacionan las velocidades de giro de corona, satélite,
porta satélites y planetario en función de sus radios.
8.6 ACCIONAMIENTO DE LA CAJA DE CAMBIOS. LUBRICACIÓN Los desplazables situados entre los engranajes se mueven por medio de
horquillas, acopladas a estos y sujetas a unas varillas que se desplazan
accionadas por la palanca de cambios.
Figura. 29 Mando de la caja de cambios.
Como se dijo previamente, para que los desplazables permanezcan fijos, el
mando lleva un sistema de enclavamiento, a base de bolas de acero y muelles
que presionan en unas escotaduras practicadas en las varillas, gracias a lo que se
mantienen fijas. Para seleccionar las velocidades correctamente y evitar que se
pueda conectar otra cuando haya una que esté en uso, se coloca una placa
selectora, de forma que, para pasar de una velocidad a otra hay que pasar por el
punto muerto, lo que desacopla la combinación que estaba metida.
36
Para la lubricación de engranajes en las cajas de cambios y diferenciales se
emplean aceites minerales clasificados dentro del grupo de las valvulitas, con
viscosidad SAE 80 y SAE 90, y se busca con ellos formar una película consistente
entre los flancos de los dientes en contacto, cuya misión es reducir el rozamiento
entre ellos y con él el desgaste. Además, las valvulitas deben servir como
refrigerador, ser resistentes al frío y a la corrosión, no atacar las juntas y no
presentar tendencia a la formación de espuma.
8.7CAMBIO HIDROSTÁTICO DE VELOCIDADES. En esencia es el siguiente: El aceite hidráulico, de características adecuadas,
contenido en el depósito, pasa a través de un filtro de malla y llega hasta la bomba
de caudal variable de regulación manual por medio de tuberías de baja presión.
Dicha bomba accionada por el motor alternativo del tractor envía el aceite por
tuberías de alta presión hasta el distribuidor manual de tres posiciones y seis vías.
Figura. 30 Cambio de marchas hidrostático.
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El funcionamiento es como sigue:
En las tuberías de impulsión hasta el distribuidor se coloca un manómetro con
pulsador que permite conocer a voluntad del usuario la presión de trabajo regulada
por la válvula limitadora de presión.
Cuando no se actúa sobre la palanca del distribuidor el aceite llega a él y retorna
al depósito a través del filtro magnético. Cuando se tira de dicha palanca el aceite
llega al distribuidor y sale a alta presión de él dirigiéndose hacia una de las
entradas del motor hidrostático reversible haciéndolo que gire en un sentido. El
aceite sin presión sale del motor, llega de nuevo al distribuidor y a través del filtro
magnético llega al depósito.
Cuando se tira de la palanca del distribuidor el aceite sale de él pero llega al motor
por la entrada por la que, en la posición anterior del distribuidor, salía. El motor
gira en sentido contrario y el tractor avanza cambiando de dirección de marcha.
Para cambiar la velocidad de marcha el usuario actúa sobre una palanca que
modifica el caudal de la bomba, con ello se tiene un variador continuo de velocidad
lo que hace que el tractor tenga infinito número de marchas hacia delante y hacia
atrás.
9.DIFERENCIAL. Como ya se mencionó con anterioridad para poder llegar al movimiento de las
llantas se requiere de un motor, clutch caja de cambios y diferencial.
Se conoce como diferencial al componente encargado, de trasladar la rotación,
que viene del motor-transmisión, hacia las ruedas encargadas de la tracción. Con
las excepciones del caso y sin importar, el tamaño del tractor;
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Los tractores de doble tracción, traen diferencial adicional. El diferencial, puede
ser diferente en cuanto a diseño, figura, tamaño o ubicación; pero, los principios
de funcionamiento y objetivos; siguen siendo los mismos. Podemos decir que un
diferencial está compuesto de 6 engranes llamados o conocidos como: Un piñón,
una corona, 2 planetarios, y 2 satélites. Lo importante es observar; que la corona
al rotar, no traslada esta rotación por medio de engranes, lo hace en forma de
torsión.
Observe el piñón, traslada la rotación que trae de la caja de velocidades o
trasmisión, haciendo rotar la corona. (aquí se cumple la primera función; derivar la
rotación 90 grados)
Figura. 31 Diferencial
El objetivo es: administrar la fuerza motriz, en las ruedas encargadas de la
tracción, tomando como base, la diferencia de paso o rotación, entre una rueda,
con relación a la otra. (se entiende, que el tractor al tomar una curva, una rueda
recorre más espacio que la otra; igualmente una rueda más grande, recorrerá mas
espacio que una pequeña). El diferencial tiene la función de corregir estas
diferencias.
39
10.INNOVACIONES EN LAS TRANSMISIONES.
10.1MASSEY FERGUSON.
La ultima gama de tractores massey ferguson o más conocida como
serie global salió con una transmisión más fácil de operar, cabe
mencionar que esta acoplada con la empresa Dina que es la que se
encarga de las trasmisiones de los tractores:
MF 6495 Dyna-6
MF 6490 Dyna-6
MF 6485 Dyna-6
MF 6480 Dyna-6
MF 6475 Dyna-6
Massey Ferguson le ofrece la Serie MF 7300 Dyna-6, con cuatro modelos: MF
7350 (159 hp), MF 7370 (180 hp), MF 7390 (200 hp) y MF 7415 (225 hp). Estos
modelos representan la perfecta integración entre modernidad, tecnología y
rentabilidad, y tienen como principal cualidad la transmisión inteligente.
La transmisión inteligente Dyna-6 permite la programación previa y el cambio
automático de marchas para determinada banda de rotación y velocidad,
proporcionando un alto rendimiento junto a una gran economía de combustible.
Este sistema no exige accionamiento del embrague para el cambio de marchas,
40
aumentando la eficiencia operacional. Esta transmisión permite además elegir
entre diversos modos de operación: automático, manual o speed.
Figura. 32 Caja Dyna-6
Figura. 33 Caja Dyna-6
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Modo Manual: para cambiar marchas (A hasta F) basta con empujar la palanca de
mando hacia adelante o hacia atrás o accionar la palanca de inversión. Para
cambiar de grupo (1 a 4) es necesario realizar el mismo movimiento, pero
presionando el botón localizado en el lateral de la palanca de mando. Así, es el
operador el que define las opciones de marchas y sus variaciones, realizándolas
de forma manual.
Speed: este modo permite la selección transporte y campo. En ambos casos los
cambios de marcha y grupo se realizan accionando la palanca de inversión o de
mando. El cambio puede ir desde 1A hasta 4F y viceversa.
Autodrive: los cambios de marcha se producen sin la interferencia del operador (A
hasta F) y dependen de la rotación y de la carga impuesta al motor. En este modo,
se selecciona también transporte o campo. Después de pasar por momentos de
caída en la rotación (hasta 22%), la transmisión responde automáticamente hasta
alcanzar la marcha que responda a la carga momentánea dentro del grupo
preseleccionado. El sistema permite la intervención del operador en cualquier
momento volviendo a la programación preseleccionada automáticamente.
Tecnología: La serie también presenta un nuevo sistema de gestión de la flota
AGCOMMAND, además del piloto automático System 150, que está totalmente
integrado en el tractor y que puede ser configurado en diferentes niveles de
precisión.
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Figura. 34 Tractor MF 7415
10.2NEW HOLLAND
Modelo Tipo de transmisión
TV
145 Transmisión hidrostática
TT75A 8FX2R (8 delanteras x 2 traseras marchas) con 4 (2 sincronizados)
engranajes y 2 diapasones de engrane total
Las transmisiones hidrostáticas utilizan caudales reducidos de fluido a alta
presión, y se puede considerar que el caudal, para un determinado régimen, es
constante mientras que la presión y la potencia requeridas son variables.
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Las transmisiones hidrostáticas en las máquinas agrícolas utilizan como fluido
aceite, y entre sus ventajas se puedes destacar una alta capacidad de adaptación
del caudal a las necesidades del usuario, una elevada rapidez de respuesta, una
reducida necesidad de entretenimiento, un bajo coste de mantenimiento, un bajo
peso, una reducida necesidad de espacio, capacidad de generar grandes fuerzas,
permitir sistemas de automatización y control, difícil de conseguir transmisiones
que serían difíciles de realizar con otros sistemas, ya que gracias a la posibilidad
de utilización de tuberías flexibles, es posible transmitir y distribuir energía a
grandes distancias y lugares diferentes mediante conexiones sencillas y cómodas.
El elevado precio de los componentes puede compensarse con la simplificación de
diseño y construcción y la flexibilidad funcional de las máquinas.
Figura. 35 Tractor new holland
10.3JOHN DEERE Adicionalmente, el sistema básico de gestión de cabeceros opcional iTEC puede
ayudar al operador a automatizar múltiples funciones de modo simultáneo. Los
tractores John Deere serie 6M disponen también de pre-equipo GreenStar e
Isobus, para aumentar aún más su productividad facilitando el manejo del tractor.
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10.3.1DIRECT DRIVE, LA TRANSMISIÓN DE LA SERIE 6R
La cita en Parla fue aprovechada también para presentar las versiones de
tractores 6R equipadas con la transmisión Direct Drive. El encargado en tomar la
palabra fue Jesús Montoro, especialista en esta área de productos, quien incidió
en cómo esta transmisión combina la funcionalidad y fiabilidad técnica de una
transmisión técnica con el confort y simplicidad de un sistema de cambio
infinitamente variable. De hecho, dispone de un total de ocho marchas en cada
grupo de marchas, por lo que no se hace necesario cambiar de grupo en marcha.
La transmisión asegura un flujo continuo de potencia, con una mayor aceleración,
y un funcionamiento más suave, con un menor consumo de combustible. Los
ensayos demuestran un 10% más de velocidad con un 5% menos de consumó.
Este sistema ya se ha aplicado en automoción en coches de alta gama como
Porsche, y actualmente en los modelos más exclusivos de Audi.
Figura. 36 Tractor serie 6R
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Figura. 37 Transmisión Direct Drive.
Figura. 38 Transmisión John Deere
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11. CONCLUSIÓN. Debido al uso de la transmisión en los tractores y en la operación que
desempeña, y con lo antes mencionado podemos concluir que es
indispensable en el tractor y que gracias a diferentes tipos de caja de
cambios algunos tractores pueden llegar a ser más eficientes en
cuestión de las labores a realizar, así como el fácil uso del tractor
gracias a las innovaciones que se han adquirido en las diferentes
marcas.
Con esto podemos agregar una pregunta más a la compra de un
tractor: ¿qué tipo de transmisión es la que contiene el tractor? Ya que
es la encargada de llevar la movilidad a las llantas para que el tractor
tenga su movimiento y pueda trabajar.
A demás ya podemos decir que tenemos más conocimiento de la
forma en que opera la transmisión y lo que pasa a la hora de meter
alguna velocidad, así como conocer las partes que la conforman.
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12. BIBLIOGRAFÍA https://alojamientos.uva.es/guia_docente/uploads/2013/449/42166/1
http://www.masquemaquina.com/2013/07/transmisiones-de-tractor-
entenderlas.html
https://www.youtube.com/watch?v=2swZBurxkwQ
https://sites.google.com/site/299maquinariasagricolas/sistema-de-transmision-en-
tractores-agricolas
https://www.youtube.com/watch?v=1bFumPnO73g
www.deere.com/.../transmission/directdrive_transmission_descripton_and_controls
.ht...
www.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/tfcaps2/pdf/cap5-1.