Es habitual encontrar tractores, normalmente pequeños, aunque a veces muy grandes, con transmisión hidrostática.
Manual, variable o hidrostática
Transmisión manual: Son transmisiones basadas en parejas de engranajes, con
distintos desarrollos. Son las más usadas desde el comienzo de la automoción,
pasar de una relación a otra significa un salto de velocidad y de régimen, es
por lo que se denominan transmisiones escalonadas. Son transmisiones que ya
nada tienen que demostrar: fiables, robustas y con un universo de conductores
adictos a ellas.
Transmisión variable: Simplificando se diría que son como una caja de cambios convencional con al menos una velocidad de avance y otra de retroceso, y un variador que le confiere la ventaja de no tener escalonamiento entre marchas puesto que el número de velocidades sería “infinito”. La ausencia de escalonamiento le proporciona un buen confort de uso. Un variador le confiere ese calificativo de "infinito" y la naturaleza del mismo (mecánico, hidrostático) le marca sus propias limitaciones.
Transmisión hidrostática: Combinan el uso de engranajes con un circuito hidráulico (bomba, motor y elementos anexos) Son transmisiones compactas y a la postre, también con un numero infinito de velocidades. El manejo puede catalogarse de sencillo, pues a diferencia de una caja convencional con su correspondiente manejo de embrague y palanca de cambio, en la transmisión hidrostática lo habitual, para que el tractor se mueva adelante o atrás, es disponer de sendos pedales, uno para cada sentido.
¿Automática
o hidrostática?: El
concepto de transmisión automática es bastante amplio, yo me limitaré a la idea
general de transmisión automática aquella que permite al conductor, de
diferentes formas, cambiar automáticamente la relación de transmisión.
En el caso de una transmisión hidrostática se utiliza un fluido para convertir la energía mecánica en hidráulica y posteriormente, de nuevo, en mecánica. Es decir que la transmisión hidrostática ya es un tipo de transmisión automática.
GENERALIDADES SOBRE TRANSMISIONES
HIDROSTÁTICAS
La hidrostática estudia los fenómenos asociados a los fluidos que se encuentran en estado de equilibrio estable, a baja velocidad (por lo que en realidad se debería hablar de “casi estático”) En contraposición, la dinámica de fluidos estudia líquidos en movimiento.
Principios
Básicos
Una transmisión hidrostática de potencia se basa en disponer de un circuito en el cual circula un fluido, generalmente aceite, a alta presión y baja velocidad consiguiendo transmitir potencia desde una fuente hasta el elemento final. Para ello, una bomba conectada a la fuente de energía (habitualmente el motor térmico del tractor) genera un caudal que se usa para accionar un motor hidráulico que es el que se conecta a la carga (ruedas, ejes, embragues…) Como el aceite puede enviarse en fracciones, la variación en el movimiento del vehículo será acorde con esa fracción. Para invertir el sentido de marcha, el motor pasa a funcionar como bomba y la bomba como motor.
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| Carraro mod. Tony |
La transmisión hidrostática convierte la energía mecánica en energía hidráulica y, posteriormente, de nuevo a energía mecánica. En ella, el aceite se mueve en un circuito cerrado y puede hacer girar un motor en ambas direcciones. Y todo ello en base a las propiedades de los líquidos:
- Incompresibilidad: pueden transmitir la misma fuerza en todas las direcciones
- Su uso puede multiplicar la fuerza de entrada
- Las propiedades anteriores, junto con la especificación del volumen (litros por minuto) y presión (kg/cm2) de aceite que fluye, determina el comportamiento del circuito
Ventajas de la transmisión hidrostática
- Capacidad de cambiar la velocidad de avance o retroceso sin escalonamientos y con variación infinita
- Compacidad: son transmisiones pequeñas en comparación a otros tipos. Son por tanto transmisiones con alta relación potencia/peso y potencia/volumen
- Eliminan la función del embrague: se sustituye por la bomba hidráulica y la unidad motor; también se elimina la palanca de cambio, ganando mucha potencialidad en cualidades ergonómicas
- Baja inercia: proporciona una respuesta más rápida que las transmisiones mecánicas o electromecánicas de similar tamaño
- Control versátil: dependiendo de la configuración, la transmisión hidrostática puede accionar una carga desde velocidad máxima en una dirección, a la misma en la otra dirección. Además el control de velocidad, en ambas direcciones, se hace independientemente de la carga siempre que se esté dentro de los parámetros de diseño
- Precisión: incluso con máxima carga. Son cajas que admiten el frenado dinámico
Configuración
Existen
dos configuraciones básicas, la denominada integrada en la cual la bomba y el
motor están integrados y las denominadas no integradas que es una configuración
más común y en la cual la bomba se acopla al accionamiento principal y el motor
a la carga. Ambos, bomba y motor se conectan por mangueras de paredes rígidas o tuberías. En
cualquier caso, la configuración depende de si la bomba y/o los motores son de
tipo fijo o variable.
Bomba y motor de desplazamiento fijo: Impulsan la carga con velocidad y flujo de entrada constante. Es la configuración más sencilla y más barata, aunque sus aplicaciones son limitadas. Actúaría como una caja mecánica convencional.
Bomba de desplazamiento variable y motor de desplazamiento fijo: Son transmisiones denominadas de par constante ya que viene dado por la presión del sistema y desplazamiento del motor. Se trata del diseño más utilizado. Aumentar o disminuir el desplazamiento de la bomba ocasiona el aumento o disminución de la velocidad del motor, pero con un par relativamente constante. La potencia, por ende, aumenta al incrementar el desplazamiento de la bomba.
Bomba de desplazamiento fijo y motor de desplazamiento variable: Son transmisiones denominadas de potencia constante. Si el flujo al motor es constante, el desplazamiento del motor varía para mantener constante el producto de velocidad y par (presión por caudal)
Bomba y motor con desplazamiento variable: Es la transmisión más versátil; se les denomina de par constante. Las variaciones en el caudal entregado por la bomba generan cambios en la velocidad del motor y la potencia para así mantener constante el par entregado.
Refrescando
conceptos de potencia, par, caudal y presión: La potencia (N) es el producto del par (M) por la velocidad de
rotación (n): N = M × n.
A
su vez la potencia (N) es el producto de caudal (q) y presión (p) según N = q ×
p
Teóricamente,
una transmisión hidrostática puede transmitir una potencia máxima que es
función del caudal y la presión; sin embargo, la potencia máxima, constante, está
determinada por la velocidad mínima a la cual esta potencia puede ser
transmitida.
TRANSMISIÓN HIDROSTÁTICA O POR CONVERTIDOR DE PAR
A veces se confunden las transmisiones hidrostáticas con aquellas que lo son mediante convertidor de par.
Transmisión mediante convertidor de par: En este caso, el motor térmico acciona el convertidor de par y que es el que proporciona el acoplamiento hidráulico entre el motor térmico y el eje de transmisión. En el caso de la transmisión hidrostática es el motor térmico quien acciona una bomba hidráulica que impulsa el flujo hidráulico transformando potencia mecánica en hidráulica. Ambos sistemas generan unas ventajas e inconvenientes:
- Convertidor: Suele disponer de una sola velocidad (más el cambio de sentido); es por tanto preferible en vehículos de manipulación en espacios reducidos. Genera una gran sensación de suavidad en la conducción; un tacto más preciso, también es superior en la posibilidad de desplazamiento por inercia y son ideales para largas distancias.
- Transmisión hidrostática: Con claras ventajas en la acción de aceleración, retención en pendiente y también frenado.
ALGUNOS EJEMPLOS DE TRACTORES CON TRANSMISIÓN HIDROSTÁTICA
Son tractores alabados por su facilidad de uso, ágiles cuando hay que apostar por los cambios continuos de sentido de marcha, por su sensación de conducción e incluso su sencillo mantenimiento y durabilidad (cambios de aceite alrededor de las 500 h)
Fabricantes pioneros: John Deere inició el diseño de tractores, originalmente pen maquinaria industrial pesada, con transmisión hidrostática, hoy aplica el concepto en tractores pequeños y máquinas de jardinería.
Otro fabricante pionero ha sido la canadiense Versatile, también originalmente en tractores muy grandes, isodiamétricos y articulados (modelos D100, G100) con puestos de doncucción bidireccional.
Nota: Desde el año 2000 la marca Versatile ha pasado a la esfera del fabricante ruso Rostselmash al adquirir a Buhler. En enero del 2024 ha sido la turca Basak Traktor (propiedad a su vez de ASKO Holding) quien ha adquirido todas las acciones de Bühler Industries con oferta amistosa a Rostselmash Ltd.
John Deere Serie 3E: Motor de 3 cilindros (atmosférico o turboalimentado según modelo) para dar vida a una transmisión hidrostática de dos grupos para tener una gama infinita de velocidades y un cambio de sentido de marcha con los pedales Twin Touch™.
New Holland Boomer 25, 35 y 55: Con transmisión hidrostática de dos velocidades (Boomer 25) o tres velocidades (Boomer 35 y 55) que se maneja con dos pedales para ir marcha adelante o marcha atrás. Se incluye una función de velocidad de crucero (EZ) que, cuando se activa, regula automáticamente la velocidad del motor dependiendo de cuánto se pise el pedal hidrostático.
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