VIBRACIONES EN EL TRACTOR

Ferguson TE 20 con motor Barreiros

CONDUCTOR EXPUESTO

Malas son las consecuencias de las vibraciones en los tractoristas. Y es que se unen dos hechos, el tractor como vehículo sin apenas suspensión y el trabajo en terreno extremadamente “rugoso”. Ambos hechos ocasiona que las vibraciones mecánicas (WBV) transmitidas  por todo el cuerpo sean la fuente principal de daños en los agricultores.

Un tractor “convencional” sin suspensión sólo cuenta con 2 sistemas de absorción de vibraciones: los neumáticos que suelen absorber las vibraciones de alta frecuencia y el asiento (menos mal de su rápida y buena evolución)

EL PROBLEMA

MB Trac

La vibración mecánica al transmitirse por todo el cuerpo (WBV) producirá riesgos, sobre todo, problemas con la espalda, en los tractoristas. La medicina preventiva en el trabajo intenta proteger a los trabajadores de las vibraciones de cuerpo entero (WBV) y sin olvidar otro tipo de vibraciones como son las denominadas de mano-brazo (HAV)

Las WBV se miden en unidades de aceleración (m/s²) denominados RMS (root mean square) y también en términos de VDV (vibration dose value), en unidades de m/s^1.75 

Modelo básico, ecuaciones diferenciales, del fenómeno vibratorio

Midiendo: Las mediciones las realizan los sensores denominados acelerómetros que si bien hace unos poco años eran sensores relativamente complicados hoy se han simplificado mucho por su uso continuo en telefonía móvil, mandos de videoconsolas, etc.
La modelización matemática del fenómeno vibratorio también está muy conseguida (no viene al caso pero se trata de un modelo donde interviene un muelle, ley de Hooke, un amortiguador y la ley de gravitación universal... en fin me gusta hablar del tema pero, repito, no viene al caso)

DIRECTIVA COMUNITARIA

La directiva comunitaria (basada en las normas ISO 5007 y 5008) proporciona dos valores para caracterizar las vibraciones: el de exposición media (EAV) y el de exposición límite (ELV) que es un valor no seguro a las vibraciones. Ambos valores se cuantifican como:

• Valor de exposición medio (EAV): 0,5 m/s² (aceleración RMS) ó 9,1 m/s^1,75 (VDV)
• Valor de exposición límite (ELV) es de 1,15 m/s² (RMS) ó 21 m/s^1,75 (VDV)

Ensayo en pista normalizada

Por supuesto la directiva comunitaria es amplia y se ha basado en multitud de estudios previos y en normas internacionales para tabular los datos de los trabajos agrícolas más comunes:

• Nivel bajo de vibración (WBV en m/s²): se consideran niveles bajos a aquellos trabajos con tractor haciendo pulverización, abonado y transporte con arados. Valores entre 0,36 y 0,8 m/s² WBV
• Valores moderados: a los trabajos con arado y transporte con remolque. Valores entre 0,5 y 1,10 m/s² y con posibilidad de traspasar el ELV de forma relativamente frecuente a lo largo de la jornada de trabajo
• Valores altos: a los trabajos con cultivador pesado trabajando en suelo duro y que dan unos valores WBV de 0,6 a 1,4 y con una frecuencia de alcanzar y sobrepasar el ELV alta

SUSPENSIÓN EN TRACTOR AGRÍCOLA

Suspensión eje delantero

Al diseñar un tractor en referencia a sus sistemas de suspensión se puede pensar en la suspensión del propio tractor como vehículo o suspensión de la cabina o  suspensión del asiento. Las opciones para el conjunto son todas las combinaciones posibles de los elementos anteriores.

Suspensión del cuerpo del tractor:
En cuanto a la suspensión del cuerpo del  tractor en realidad nos referimos a la suspensión de eje. Podemos encontrar:

• Tractores sin ningún tipo de suspensión. La suspensión se queda relegada a la que consiguen los neumáticos
• Tractores con eje delantero suspendido
• Tractores con suspensión en el eje delantero y trasero

Suspensión JCB Fastrac

La suspensión de eje se inicia en los años 70 y concretamente con modelos que si bien no son tractores agrícolas convencionales si son vehículos capaces de hacer un gran esfuerzo de tracción para el transporte agrícola o forestal. Concretamente son los modelos Trantor y Unimog de Mercedes los primeros en incorporarla (aunque cierto es que hay modelos previos con suspensión por ballesta)
Del Unimog derivará un poco más tarde en el tractor MB Trac.
Más tarde el modelo Fastrac de JCB se convierte en el primer 4WD (4 ruedas motrices de igual diámetro) con suspensión completa.

Suspensión de cabina

Suspensión semiactiva de cabina (1.- módulo electrónico; 2.- sensor de posición; 3.- amortiguador neumático

En el caso de la suspensión de cabina encontramos 4 posibilidades:

• Sin suspensión: la cabina tiene una unión mecánica directa con el cuerpo del tractor
• Suspensión mecánica mediante silent blocks (bloques de goma) que aislan ciertas frecuencias y amortiguan otras
• Suspensión mecánica trasera: la cabina va con rótulas en dos puntos de anclaje delanteros y dos amortiguadores, mecánicos o neumáticos, en los puntos de apoyo traseros



Valtra: Suspensión cabina inteligente

• Completamente suspendida: En los 4 puntos de apoyo se encuentra suspendida mediante un conjunto de resorte y amortiguador. Según la tecnología utilizada encontraremos casos de suspensión mecánica o suspensión hidráulica e incluso en la máxima especificación suspensión “inteligente” (regulada por microprocesador)

Es justo destacar como el fabricante que tradicionalmente más apostó por las cabinas suspendidas fue Renault (hoy absorbido por Claas). Fue por mis "dorados" años de 1987 cuando irrumpe en el mercado con su cabina “Hydrostable” que disponía de suspensión semiactiva y con ajuste automático de la suspensión. Todo un adelanto a su época y todavía hoy un placer subir en aquella cabina.

Suspensión del asiento

Asiento Grammer con suspensión neumática

Es sin duda la que más se ha incorporado a todos los tractores y ha supuesto un gran avance desde los años 70. Desde aquellas “cazoletas” de chapa sin ninguna suspensión o con apenas un “ballestón” se ha mejorado tanto que ahora los tractores pueden incorporar asientos de tan alto nivel en suspensión como cualquier vehículo de alta especificación.

Las suspensiones de los asientos han ido mejorando paulatínamente. La Administración ha tenido mucho que ver en esto y se les debe el reconocimiento. Las exigencias cada vez mayores en materia de salud laboral han hecho que los fabricantes esmeren los diseños. Si bien en un principio todas las suspensiones eran mecánicas, hoy se ha pasado de controlarse no sólo las vibraciones producidas en el eje vertical si no también el eje horizontal.

JCB Fastrac

Ya no son raros los más modernos asientos con suspensión neumática, aunque en absoluto son "malos" los mecánicos. Hoy es fácil encontrarse con modelos de tractores que incorporan asientos "muy inteligentes" que disponen de una serie de sensores electrónicos para aumentar la seguridad y la ergonomía: sensores de peso, de altura, regulación de temperatura….

TRANSMISIONES, ENTENDERLAS ¿MISIÓN IMPOSIBLE? (PARTE III): POWERSHIFT Y CVT

TRAS LA PREGUNTA, LA RESPUESTA
Lo normal en un blog es que a una entrada determinada le sigan unos comentarios. Ahora hemos invertido el proceso. A una pregunta determinada he considerado que para responderla lo mejor es completar la “trilogía” de “TRANSMISIONES: ENTENDERLAS ¿MISIÓN IMPOSIBLE?” (Parte I ) ; Parte II )

Correctamente el comentario a la entrada ha venido del blog amigo www.twins-farm.com y es este:

Después de leer los dos posts sobre las transmisiones, tengo algunas preguntas:

• 1ª pregunta: Que diferencia hay entre una CVT con planetario sumador y otra con planetario divisor? Por lo que he podido ver, el único lo utiliza planetario divisor es Fendt, verdad? es mejor? son los únicos que van por el buen camino o los únicos que van por la dirección equivocada?
• 2ª pregunta: El otro día, mirando un foro, decían que Claas (no recuerdo el modelo) tiene en alguno de sus tractores con transmisión continua (ZF) que en alguna de las gamas de la caja de cambios se realiza la transmisión de potencia de forma 100% mecánica. Es esto posible? es buena idea?
• 3ª pregunta: Y por último, la pregunta del millón: Para un tractor que vas a utilizar para todos los trabajos (vertedera, chisel, sembradora, abonadora, rodillo, pulverizador, remolque, pala...) como es nuestro caso, que es más aconsejable tener: una CVT o una powershift.

Como yo no soy ningún experto en transmisiones y menos en CVT he recurrido a la opinión de toda una experta. Lo que transcribo aquí es un resumen, y seguramente malo, de la fantástica y profesional respuesta de Dª Pilar Linares que es, sin duda, la ingeniero que más sabe de CVT en España.

¿qué es una cvt?

Se trata de una transmisión cuya característica principal es que tiene un número infinito de velocidades. Si hasta ahora las transmisiones convencionales son “discretas”, es decir un número finito de marchas o velocidades, la transmisión CVT es “continua” es decir número infinito de “marchas”.

CVT significa Continuously Variable Transmission o transmisión “sin escalonamientos” que en efecto significa infinito número de velocidades bajo carga con variación continua. En realidad la filosofía de una CVT es la de colocar un variador continuo en el camino de la transmisión de la potencia del motor a las ruedas y ese variador puede ser mecánico (en el mundo del turismo es el habitual) o hidráulico o mejor dicho hidrostático (mundo agrícola; aunque también existen variadores mecánicos entre los tractores como por ejemplo el VaryT de Carraro que es un variador toroidal)

¿Cuál es la ventaja de una CVT frente a una convencional? Pues está claro, en una convencional hay puntos donde no se puede trabajar; imagínese que quiero trabajar en el diagrama de la caja ejemplo que aparece en la figura a 2000 revoluciones de motor con una velocidad de avance de 25 km/h La caja convencional no lo permite. De otra forma, con una caja convencional SOLO SE PUEDE ESTAR SOBRE LAS LÍNEAS y NO SE PUEDE ESTAR ENTRELÍNEAS

En el caso de una CVT el trabajo es conjunto del motor y la transmisión, entonces se puede estar en cualquier zona definida en el polígono “velocidad avance, régimen de giro”

CVT: PLANETARIO DIVISOR O SUMADOR

Aquí viene la respuesta a la 1ª pregunta:

Lo normal es encontrar CVT “ramificadas” es decir que tienen una rama mecánica (relación fija) y una rama hidráulica (relación variable) pero también existen CVT “no ramificadas” como por ejemplo la típica Scooter sin marchas o la vespino y en el mundo agrícola la cosechadora o la vendimiadora)

Aquí vamos a tratar las CVT de los tractores y estas son todas “ramificadas” y además entre la rama mecánica y la rama hidráulica existen todas las combinaciones posibles (incluso llegar a 100 % mecánica o 100% hidráulica)

El variador ya se ha visto que puede ser mecánico o hidrostático pero sea como sea si es ramificada (la que ahora nos interesa) hay dos nudos, el de entrada y el de salida. En las CVT siempre en uno de los nucos hay un planetario. La disposición de donde se coloque el sistema planetario marca la gran diferencia entre las familias de CVT y así se habla de planetario sumador (el planetario está en la salida) o divisor (el planetario está en la entrada)

Por planetario divisor ha optado el grupo Vario (Fendt) pero también hay un John Deere de la serie 8030 (le denomina Autopwr IVT y que utiliza una caja con 4 modos de funcionamiento en serie y en dos funciona como divisor y que fue premio FIMA 2006) y que tiene una disposición de 4 ejes activos en contra de lo habitual que son 3 ejes

Veamos la respuesta a la segunda pregunta:

2ª pregunta: Claas y la CVT

Por el año 2002 Claas desarrolló una transmisión con planetario sumador y 5 gamas en serie, la HM-II que entonces equipaba el Xerion pero ahora lleva la ZF-Eccom

En cuanto a si es posible que “en alguna de las gamas de la caja de cambios se realiza la transmisión de potencia de forma 100% mecánica” la respuesta es que no sólo es posible; es que SIEMPRE sucede. Todas las CVT tienen un punto en que toda la potencia es mecánica. Si el sistema es divisor, un solo punto. Por ejemplo en la Vario sólo hay un momento (ejemplo, 28 km/h en la gama campo y 50 km/h en la gama de carretera) en que toda la potencia es mecánica o dicho de otra forma “la potencia es enteramente mecánica a la velocidad máxima”; En el caso del planetario sumador tienen tantos puntos de potencia enteramente mecánica como gamas tengas, es decir, si tiene 4 gamas (como sucede con las ZF-Eccom), pues 4 momentos de potencia máxima. La Autopwr IVT de John Deere de la serie 7000 tiene dos gamas (Hi-Lo) entonces tendrá dos momentos de potencia 100% mecánica.

Antes, deliberadamente, hemos dejado sin contestar parte de vuestra primera pregunta cuando hablabas del camino elegido por Vario. La respuesta es que Vario ha conseguido que los rendimientos de las unidades hidráulicas sean muy “especiales” y consigue la mayor eficiencia de la transmisión cuando la potencia no es totalmente mecánica.

Base de la CVT: el variador

Comparar divisor con sumador requiere fijarse en muchas cosas: tipos de hidrostáticos que llevan, en las cilindradas, en los ángulos de giro de las unidades hidráulicas, en el número de unidades con cilindrada variable y todo esto sin olvidar la mecánica de fluidos en la instalación… ¡La pera!

¿Powershift o CVT?

Cosechadora, transmisión CVT sin ramificación

Bueno pues llega responder a la 3ª pregunta. En el apartado anterior ya hemos vislumbrado que una buena transmisión CVT requiere de mucho ingenio, mucho saber hacer.

Ya en los años 60, se comparó powershift con CVT, entonces, con aquella tecnología, los rendimientos del hidrostático hacían que la máxima eficiencia se conseguía cuando toda la transmisión era mecánica pero ahora eso ya no es necesariamente así, aunque cuesta (tiempo y saber hacer que se traduce en dinero y más dinero)

En torno a diez años llevan coexistiendo y quitándose mercado la una a la otra como dos filosofías diferentes ¿pero lo son tanto?, para decidir habría muchas preguntas que responder: ¿Quién conduce el tractor, el dueño o personal contratado? Es innegable que conducir una CVT es un placer y si puedo permitírmelo quiero sentirlo. Pero siendo más pragmático la pregunta está también en ¿que labores hará el tractor?, ¿hay un alto porcentaje de transporte? ¿Soy un tractorista avezado que me aplicaré a entender las estrategias de conducción del tractor y las aplicaré? ¡Ojo! una powershift también requiere entenderla para obtener un óptimo aprovechamiento.

Animación variador mecánico torotrak

Las transmisiones CVT han llegado al mercado y no se irán, tienen su mercado sobre todo en Europa aunque es cierto que los USA no le tienen tanto cariño y siguen sacando powershift que cada vez se comportan más parecidas a las CVT.
Consultar también:

Transmisiones de tractor, entenderlas ¿Misión Imposible?. Parte I.

Transmisiones de tractor, entenderlas ¿Misión Imposible?. Parte II.