TREN DE FUERZA
• Profesor: Walter Valentín Alvarez • Duración: 2 horas de teoría a la semana y 6 horas de taller cada 2 semanas. 17 sesiones de aula y 8 de taller. • Sistema de evaluación: D 0.30 Pa + 0.60 Pt + 0.10 Ex
Sumilla Se aplican teorías y leyes para explicar el funcionamiento de los componentes de un tren de fuerza, se evalúa el funcionamiento de componentes y se analiza la eficiencia, ventajas y desventajas de diferentes configuraciones del tren de fuerza.
Capacidades Terminales • • •
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Analizar y aplicar leyes físicas que rigen el comportamiento sistema de tren de potencia Analizar el funcionamiento de cada uno de los componentes en el tren de potencia Realizar el diagnóstico de fallas en el tren de fuerza de un equipo pesado identificando la avería y las causas que la producen. Evaluar y mantener sistemas del tren de potencia de acuerdo a los parámetros establecidos Identificar los parámetros tecnológicos que intervienen en sistemas de transmisión de potencia mecánica y reconoce la función correcta de componentes mecánicos.
Fuente: Silabo de Sistemas de Transmisión
Contenido del curso • • • • • • • • • •
Seguridad y Control de la contaminación.. Embrague Mecánico. Convertidor de Par. Caja de cambios . Transmisión Power Shift. Puente Propulsor con Mecanismo Diferencial. Embrague direccional. Eje Cardán y juntas universales. Mandos Finales. Sistema de Rodamientos sobre Orugas.
Resultados • Este curso aporta al logro de los siguientes Resultados de la Carrera: • Innovan, diseñan, gestionan y mantienen sistemas mecánicos, eléctricos y electrónicos del equipo pesado, aplicando sus conocimientos de ingeniería y utilizando herramientas modernas. • Realizan pruebas a los sistemas del equipo pesado, analizan e interpretan los resultados para implementar mejoras. • Trabajan eficazmente en equipo.
Metodología •
Desarrollo de clases teóricas y demostraciones prácticas de talleres realizadas por el profesor. El curso debe complementarse ejercitando al alumno en la resolución de problemas. La metodología utilizada parte de una programación planificada para la asignatura, definida tanto en los objetivos a alcanzar como en los contenidos a aprender y aplicar.
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Las sesiones asocian lo conocido con los nuevos contenidos a tratar.
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Una vez establecidos los conocimientos previos; se presentan los contenidos nuevos de manera ordenada y reducidos didácticamente; alternando las explicaciones y presentación de los contenidos con las actividades aplicativas de los estudiantes.
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Los estudiantes participan en actividades aplicativas y trabajan en grupo que permite superar el grado de abstracción que puede presentar el aprendizaje de contenidos teóricos.
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Las actividades de evaluación son permanentes, pero con una actividad concreta de control del éxito o evaluación, que sucede en los periodos finales de clase, para ofrecer una retroalimentación del control del éxito en el aprendizaje del estudiante así como del éxito de las preparaciones y conducción adecuada del profesor.
Objetivo: Considerar la seguridad y clasificar los distintos tipos de maquinaria utilizados en la industria minera, construcción civil y transporte pesado. Reconocer los distintos sistemas de transmisión.
SEGURIDAD
Seguridad en el taller • Cumplir con las normas de seguridad dispuestas en cada ambiente. • Identifique las rutas de evacuación del ambiente en que se encuentra. • Observe que el extintor debe ser siempre un equipo confiable.
Seguridad en el taller • Identifique los riesgos a los que esta expuesto antes de realizar sus actividades diarias. • Nunca se quite los lentes de seguridad
Lock Out Tarjeta roja
Electricista
Tarjeta amarilla
Reparaciones
Tarjeta verde
Mecan. y Soldad.
Tarjeta azul
Operaciones
Seguridad personal • Utilice siempre en todo momento su equipo de protección personal .
RECUERDE: “EN CASA LO ESPERAN”
Vehículos de TURISMO
Vehículos INDUSTRIALES
Máquinas de Movimiento de tierra
Acarreo
Carguío Empuje
Máquinas de perforación
Máquinas de producción de agregados
Máquinas de conformación y compactación
Máquinas giratorias
Máquinas de elevación
Finalidad del sistema de transmisión • Es el conjunto de componentes o subsistemas que interactúan entre si para llevar la potencia mecánica giratoria del motor a las ruedas motrices
Sistemas de Transmisión Transmisión Mecánica Transmisión POWER SHIFT
Transmisión Hidrostática
Transmisión Eléctrica
Transmisión MECÁNICA
Flujo de fuerzas MCI
EMF
CCM
MCI
Motor de combustión interna
EMF
Embrague mecánico de fricción
CCM
Caja de cambios mecánica
PPD
Puente propulsor y diferencial
MF
Mandos finales
RM
Ruedas motrices
PPD
MF
RM
EMG EQ
EMG
EMG
EMG
EMG
EMG
Características de la Transmisión Mecánica • Eficiente. • Economía de combustible. • El motor se apaga ante sobrecargas.
Aplicaciones • Tractores Sobre Orugas (antiguos) • Autos de Turismo • Tractocamiones • Camiones semi-pesados • Buses • Volquetes
Flujo de fuerzas MCI
CP
CCPS y ET
MCI
Motor de combustión interna
CP
Convertidor de par
CCPS
Caja de Cambios Power Shift
ET
Engranajes de Transferencia
PPD
Puente propulsor y diferencial
MF
Mandos finales
RM
Ruedas motrices
EMG EQ
EMG
PPD
EMG
MF
EMG
RM
EMG
Características de la Servotransmisión • Menos eficiente, perdidas por calor. • Mayor consumo de combustible • El motor no se apaga ante sobrecargas. • Se tiene una multiplicación de torque.
Aplicaciones • Maquinaria Pesada. • Tractores sobre orugas y sobre ruedas. • Cargadores frontales. • Camiones mineros. • Retroexcavadoras.
Transmisión HIDROSTÁTICA
Flujo de fuerzas MCI
BH
MH
SHCP
MCI
Motor de combustión interna
BH
Bombas hidráulicas
SHCP
Sistemas hidráulicos de control y protección
MH
Motores Hidráulicos
MF
Mandos finales
RM
Ruedas motrices
EMG EQ
EH EMG
EH
EMG EH
MF
EMG
RM
EMG
Características de la Transmisión Hidrostática • Velocidad limitada por las perdidas en el sistema. • No se requiere caja de transmisión. • Se logran velocidades constantes. • El motor no se detiene a pesar de sobrecargas
Aplicaciones • Tractores sobre orugas • Excavadoras. • Palas hidráulicas
Transmisión ELÉCTRICA
Flujo de fuerzas MCI
GE
ME
SECP
MCI
Motor de combustión interna
GE
Generador eléctrico
SECP
Sistemas Eléctricos de control y protección
ME
Motores Eléctricos
MF
Mandos finales
RM
Ruedas motrices
EE EMG EQ
EE EMG
EMG
EE
MF
EMG
RM
EMG
Características de la Transmisión Eléctrica • Menos componentes mecánicos • Menor consumo de combustible. • No necesita caja de cambios.
Aplicaciones • Cargadores frontales utilizados en minería • Camiones mineros
• Palas electromecánicas
Objetivo: Identificar los componentes y partes del embrague mecánico. Describir y evaluar el funcionamiento del embrague mecánico. Clasificar los tipos de embragues.
Sistema de Transmisión Mecánica
EMBRAGUE MECÁNICO DE FRICCIÓN
Función del embrague Trasmitir o dejar de transmitir la potencia del motor. Esta función puede ser controlada por el operador o un sistema automático
Componentes del embrague Campana
Resorte
Disco
Collarín
Plato de presión
Componentes del embrague EMBRAGUE MECÁNICO DE FRICCIÓN
PLATO PRESOR DISCO DE EMBRAGUE DIAFRAGMA
COLLARÍN CUBO EJE DE ENTRADA DE LA CAJA DE CAMBIOS
CIGÜEÑAL
GUARNICIONES HORQUILLA
VOLANTE CUBIERTA
Embrague
Recorrido de fuerzas del embrague
Cigüeñal
Volante
Disc de Embrague
Eje de Salida
Plato Opresor
Tipos de embrague Monodisco De fricción en seco Bidisco
EMBRAGUES Y ACOPLAMIENTOS
De fricción húmedos
Sistemas de frenos y dirección
Hidráulicos (Automáticos)
Convertidor de par
Tipos de embragues EMBRAQUE MECÁNICO DE FRICCIÓN DE DOBLE DISCO
PLATO INTERMEDIO VOLANTE PLATO PRESOR
VOLANTE
PLATO INTERMEDIO COLLARÍN
EJE D E ENTRADA DE LA CAJA DE CAMBIOS
DIAFRAGMA DISCOS DE EMBRAGUE
DISCOS DE EMBRAGUE
PLATO PRESOR
RESORTES DE PRESIÓN
SATÉLITE
UÑAS O RAMAS
DISCO DE EMBRAGUE CON GUARNICIOES
Embrague mecánico
Accionamiento del embrague Mecánico
Hidráulico
Neumático
Embrague Automático
Embrague • Punto de Acoplamiento: cuando el vehículo comienza a moverse. • Desgaste del disco de embrague, producto del uso, cambios de velocidad, variaciones bruscas en la velocidad del motor, reducen el espesor del disco de embrague, produciendo perdida de potencia, esto se aprecia si las revoluciones del motor aumentan sin que el automóvil gane velocidad. • Cambio de disco de embrague: es común cambiar plato de presión y cojinete de empuje, por el laborioso trabajo.
Embrague Automático • Embrague hidráulico Componentes: Impulsor o rodete Turbina Ventajas e inconvenientes • No se puede usar con cajas de cambios no automáticas a menos que se use con un embrague de disco seco. Solo se pueden usar con cajas automáticas. • Consumen más combustible debido al patinaje entre impulsor turbina. • Ausencia de desgaste. • Duración casi ilimitada de componentes . • Absorción de vibraciones. • Arranque suave. • No genera distracción al operador. • El aceite puede durar entre 15000 y 20000 km.
Resumen • Que es un embrague? Un transmisor de par motor. Debe ser diseñado de tal forma que sea progresivo y elástico. • Función: Desacoplar la potencia o par de motor hacia el resto del vehículo. Esta acción puede ser controlada por el operador o con un sistema automático.
• Tipos de embrague Por el accionamiento: Embrague mecánico Embrague hidráulico Automático Por el tipo de disco Disco Seco Disco húmedo De acuerdo al desgaste del disco se reduce la tensión en el cable para mantener el punto de acoplamiento en el mismo lugar
Tipos de Embrague (tarea) Embrague Centrifugo Embrague Electromagnético. Embrague de fricción con accionamiento electromagnético Su funcionamiento es similar al tradicional de disco de fricción pero el mecanismo de presión, por resorte de diafragma es reemplazado por un electroimán.
Objetivo: Identificar, describir y clasificar la transmisión Hidrodinámica de los acoplamientos hidráulicos, convertidor de par y divisores de Par.
Convertidor de Par
Concepto: Es un embrague hidrodinámico
Función del convertidor Trasmitir el par del motor a la transmisión, multiplicando el par cuando y cuanto las condiciones de operación de la máquina lo requiera.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
FLUJO DE ENERGIA
M
EQ
I
EMG
EMG
T
EHD
EQ
Energía química
EHD
Energía Hidrodinámica
EMG
Energía mecánica giratoria
EHD
CCPS
EMG
EMG
Partes del Convertidor de par
Flujo de Aceite Podemos diferenciar: • Circuito interno • Circuito externo
Circuito interno
Circuito interno 3.Flujo resultante
1.Flujo de vórtice
2.Flujo Giratorio
Circuito interno
Turbina
FUNCIONAMIENTO
Impulsor
VENTAJAS • Multiplica el torque de acuerdo a las necesidades • Se acopla automáticamente • Absorbe choques torcionales • Transmite la potencia suavemente • No requiere ajustes periódicos • Evita que el motor se apague ante sobrecargas
DESVENTAJAS
• Calentamiento del aceite al multiplicar el torque • Menor eficiencia que un embrague de fricción • Mayor consumo de combustible.
Circuito externo
I. TANQUE DE ACEITE DE TRANSMISION El principal objetivo de los tanques hidráulicos es garantizar que el sistema tenga siempre un amplio suministro de aceite.
II. REJILLA MAGNETICA
Evita que los contaminantes de gran tamaño penetren en las bombas y demás componentes.Los imanes atrapan ademas a las particulas magneticas. Hay muy poca caída de presión entre la entrada y la salida, para evitar la cavitación de la bomba.
III. BOMBA DE CARGA DEL CONVERTIDOR Las bombas hidráulicas convierten la energía mecánica en energía hidráulica en forma de flujo de fluido. Cuando el fluido hidráulico encuentra alguna resistencia, se crea presión.
IV. FILTRO DEL CONVERTIDOR
El filtro presurizado evita que las partículas finas contaminantes penetren en las válvulas y los accionadores y puede ser un filtro del tipo de superficie o del tipo de tubo de profundidad.
V. VALVULA DE DERIVACION
La mayoría de los filtros de tubo y enroscables están equipados con válvulas de derivación de filtro para garantizar que el flujo del sistema nunca quede bloqueado.
VI. VALVULA DE ALIVIO DE ENTRADA
Es una VLP en secuencia.Evita la cavitación del convertidor de par. P=80 hasta 120 psi
VII. CONVERTIDOR DE PAR El sistema hidrostático anterior se transforma en sistema hidrodinámico en el interior del convertidor de par, produciendose el llamado flujo en vórtice.
VIII. VALVULA DE ALIVIO DE SALIDA
Es una VLP en secuencia.Mantiene la presión inerna del convertidor de par y evita las sobrepresiones. P=40 hasta 60 psi
IX. ENFRIADOR DE ACEITE
En este tipo de enfriador, el aceite del convertidor de par pasa por una serie de tubos que se enfrían con el refrigerante del motor.
X. EMBRAGUES Y COMPONENTES
El aceite del convertidor de par enfriado pasa a lubricar y refrigerar los embragues y componentes de la caja power shift.
Circuito externo
Recorrido de fuerzas del convertidor de par
Características y ventajas del convertidor de par Multiplicador de par Características Multiplica el par del motor
Constituye un acople automático a la transmisión.
Ventajas Proporciona salida incrementada de par cuando trabaja contra una carga.
Automático Permite el cambio sobre la marcha en las maquinas Caterpillar. Amortigua los choques
Absorbe golpes torsionales provenientes de la carga o aceleraciones repentinas
La ventaja es que proporciona una vida útil mas prolongada al tren de fuerza.
Mantenimiento Requieren muy poco mantenimiento, sin embargo se debe verificar y cumplir lo siguiente: • Ausencia de fugas de aceite. • Adecuado nivel de aceite.
Diagnostico de Averías Nota: se usa como ejemplo un convertidor de par acoplado a una caja semiautomática. Las averías que pueden producirse son las siguientes. • Bajo rendimiento y velocidad de salida. • Perdidas de aceite. • Ruidos en el convertidor.
Diagnostico de Averías Bajo rendimiento y velocidad de salida de la caja. • Asegúrese de que el tacómetro del moto funcione correctamente. • Inmovilizar el vehículo. • Pisar el freno y acelerar al máximo. Los resultados : • Lectura inferior a 1400 RPM, convertidor defectuoso. • Lectura entre 1400 y 1600 PRM, el motor no desarrolla toda la potencia. • Lectura entre 1700 y 2000 PRM, el convertidor se encuentra en optimas condiciones. • Superior a 2000 RPM la alimentación de aceite en el convertidor es insuficiente. Para los casos primero y último se debe cambiar el convertidor.
Diagnostico de Averías Pérdidas de aceite: • Opere el sistema a temperatura de trabajo. • Inspeccione el convertidor en busca de zonas húmedas por fugas de aceite. Ruidos en el convertidor • Efectuar un corto recorrido en carretera para identificar los sonidos. • Silbido agudo en ralentí, y sobre todo en caliente, la válvula de descarga está defectuosa.
Tipos de convertidores de par Investigar sobre: Convertidor de Par con embrague de traba. Divisor de Par. Convertidor de par con embrague en el impelente. Convertidor de par de capacidad variable.
Convertidor de par con embrague de traba
Divisor de Par
Componentes principales del divisor de par
Divisor de par con embrague unidireccional
Ventajas del divisor de par
Multiplicador de par Características Multiplica el par del motor
Constituye un acople automático a la transmisión.
Ventajas Proporciona multiplicación continua de torque
Automático Permite el cambio sobre la marcha en las maquinas Caterpillar. Amortigua los choques
Absorbe golpes torsionales provenientes de la carga o aceleraciones repentinas
La ventaja es que proporciona una vida útil mas prolongada al tren de fuerza.