EL EMBRAGUE DEL TRACTOR AGRÍCOLA ¡Y ES QUE EL DETALLE IMPORTA! (Parte II)

Conjunto embrague

En la I parte dedicada al embrague expuse el funcionamiento del mecanismo, la clasificación y los diferentes tipos de embrague que podemos encontrar en un tractor.
La II parte la dedico a explicar como se realiza el diseño preliminar de un embrague, los materiales utilizados en su fabricación con especial atención al material del componente principal, el disco de fricción.
Espero sea de utilidad este artículo.

DISEÑO DE UN EMBRAGUE

La carcasa, los discos y el volante motor se modelan mediante programas de diseño CAD. Los componentes diseñados son ensayados mediante programas de elementos finitos para perfeccionar el diseño.

En primer lugar se dimensiona el disco/s de embrague puesto que de ese dato depende el diseño de todo el conjunto. Los datos principales a tener en cuenta para el diseño son el par a transmitir y también la MMA (peso máximo autorizado)

Imagínese el lector comparando el embrague de fricción en seco de su tractor frente al de su turismo. No son comparables ni los tamaños ni tampoco el peso pero es que tampoco lo es la presión ejercida y si la comparación es con un coche de competición entonces tampoco lo son los materiales empleados o los tiempos de respuesta.

En el caso de un tractor donde el espacio disponible no suele ser factor limitante lo habitual es que el diseñador se decida para embrague principal por un embrague de fricción en seco (monodisco o dual) pero si se considera el tipo de embrague para la TDF o la DT o incluso para una caja bajo carga (powershift) entonces seguro que optará por multidisco húmedo.

Materiales para las partes estructurales: El volante motor se suele fabricar con acero y algunas aleaciones especiales aunque si hablamos de automóviles entonces es habitual el uso del aluminio.

El plato de presión sobre el que fricciona el material del disco también se fabrica en acero. Mientras la carcasa se fabrica con fundición de acero gris dejando los materiales más “nobles” como el titanio y el carbono para el mundo de la alta competición.

Embrague Ferrari F1: multidisco seco

Al disco de embrague le dedicaré un apartado aparte.

Una vez diseñado “virtualmente” el conjunto se opta por fabricar unos prototipos. Con los prototipos se llevan a cabo multitud de ensayos que simulan las condiciones reales. El proceso de mejora en el diseño original es un continuo para lograr reducir los desgastes y evitar las vibraciones y el ruido así como tener una buena progresividad de respuesta en la entrega del par…

Una vez que el diseño tiene el VºBº se procede a la fabricación donde intervienen grandes prensas de estampación y procesos de cortar y moldear otras piezas que acaban en secciones de mecanizado por control numérico (CNC) Otras piezas requieren de tratamientos térmicos en atmósferas ricas en carbono y de esta forma conseguir la dureza superficial y templado necesario.

MATERIALES UTILIZADOS EN LA FABRICACIÓN DE LOS DISCOS DE EMBRAGUE

Sobre todo se debe elegir un material con alto coeficiente de rozamiento ya que a mayor coeficiente menor debe ser la presión para transmitir el par exigido. Además se debe pedir que ese coeficiente de fricción no varíe en el rango de temperatura de trabajo del embrague, amén de ser capaz de trabajar en atmósferas pulverulentas.

El material elegido también debe poseer buena resistencia al esfuerzo cortante y a la compresión (las dos fuerzas dominantes durante la vida del embrague) y, no menos importante, debe ser seguro para el medio ambiente (recordemos los antiguos discos con asbestos)

Discos de Kvlar en paquete multidiscos

Históricamente el primer material que se usó fue el cuero que se sustituyó en los años 20 por embragues de aglomerado de amianto (Ferodo era de los fabricantes mejor situados) Se trató de un estupendo material en cuanto a su comportamiento pero pésimo desde el punto de vista sanitario tanto para el que los fabricaba como el que los manejaba (fibrosis pulmonar debida a los asbestos)

En la actualidad los materiales más comunes son los denominados “orgánicos” aunque hay otros:

Orgánicos: Un tejido de fibras de metal (cobre o latón) con una poliamida (aramida) o bien fibra de vidrio con resinas. Se comportan muy bien salvo en un uso abusivo que lo recalienta (aunque recupera sus propiedades al retornar a su temperatura de trabajo)

Últimamente se usan mucho los discos que incorporan material orgánico por una cara y cerámico o carbono por la otra (el orgánico tiene unas propiedades mejores en el proceso inicial y el carbono/cerámico más rapidez en la respuesta)

Carbocerámicos: Es una simbiosis que mejora la durabilidad y aguanta temperaturas más altas. También se tienden a usar en sistemas multidisco pues es ahí donde más deslizamiento se produce con la consiguiente subida de temperaturas.

Cerametálico

Kevlar: ¡La fibra de moda! En realidad Kevlar es marca comercial de DuPont pero el uso de la palabra se ha generalizado. El Kevlar tiene mucha más resistencia a la cizalladura que el forro orgánico, aunque el inconveniente es que si se recalienta no se recupera y queda inutilizado. Se usa mucho en embragues multidisco. Una solución muy utilizada es poner el Kevlar segmentado en bloques para disipar mejor el calor aunque esta solución por supuesto lo hace inservible para el embrague multidisco por las enormes vibraciones que provocaría.

Metal sinterizado: La sinterización consiste en la fabricación mediante compresión en prensa de polvo de metales (usualmente el hierro y el latón) en moldes con la forma adecuada y posterior tratamiento en horno. También se suele añadir aditivos mejorantes como los polvos de zinc o cerámicos. Son los mejores en su capacidad de transmitir par por lo que se usan mucho en competición pero son excesivamente caros para el mundo agrícola.

Algo más sobre los materiales vanguardistas: Los fabricantes se cuidan mucho de mostrar por donde van sus líneas de investigación pero lo que queda claro es que todas las evoluciones caminan hacia la mezcla de varios componentes para que el sumatorio de cualidades particulares doten al forro de las mejores características hacia el desgaste, resistencia a la presión y térmica.

Si decimos que el Kevlar es el material más vanguardista (entre otras cosas porque es el que utiliza el mundo de la F1) no significa que los discos sean 100% Kevlar si no que se entremezclan con otros componentes “secretos” como puede ser el Nomex

Lo mismo se puede afirmar del sinterizado de metales que presenta ventajas incuestionables pero que entregan la potencia de forma muy brusca y eso no es deseable por lo que se mezclan con componentes para conseguir cierta capacidad de deslizamiento.

Ídem con los cerametálicos que si bien son inigualables en resistencia térmica se les mezcla con fibras como el vidrio o el propio Kevlar.

Discos de carbono

¿QUÉ LE OCURRE A MI EMBRAGUE?

• Embrague quemado: El problema que con mayor frecuencia se nos presenta. Sucede si de forma habitual mantenemos el pedal intermedia y el disco no está totalmente presionado entre el volante y el plato de presión. El disco se sobrecalienta y se quema con ese olor que todos conocemos. Otras veces no es por el mal hábito de tener el pedal a medio pisar si no porque se ha desgastado el plato de presión y no hace buen contacto
• El embrague patina: Ocurre cuando no se aplica suficiente presión al disco bien porque el muelle de diafragma haya perdido fuerza o bien por desgaste del mismo disco. Se nota perfectamente debido a que observamos que no somos capaces de transmitir toda la potencia del motor a las ruedas
• Problemas mecánicos: Se engloban aquí todos aquellos fallos por rotura del algún componente como puede ser el estriado de la maza de presión o algún muelle (o lengüeta en el caso del diafragma) o algún rodamiento

  

  Multidiscos  hasta 1600000 Nm (Ortlinghaus)

Bibliografía:

• Ingeniería del automóvil. Sistemas y comportamiento dinámico. P. Luque, D. Álvarez, C. Vera. Ed: Thomson
• Tractores. M. Arias-Paz; Ed. Dossat 2000
• http://www.lukclutch.com
• http://www.motorera.com