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7/16/2019 101547570 Tractores Sobre Orugas

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BERTUCCIO, Victor R. MAQUINAS PARA LA CONSTRUCCION

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Capitulo I

TRACTORES SOBRE ORUGAS

Los autovehiculos destinados a traccionar o empujar distintos tipos de herramientas o acceso-rios en algunos casos como parte componente de ella o en forma independiente, cubren la gama de lostactores.

La traccin animal, como la accionada por el aprovechamiento de la energa del vapor deagua, para tractores, limitaban en fuerza y sincronismo los primeros y en complejidad, alto peso, pocaagilidad de puesta en marcha y gran peso los segundos.

El uso de los motores trmicos primero de ciclo Otto ( accionados a nafta o kerosene) y luegolos diesel rpidos ha hecho que los tractores tengan una equilibrada relacin peso/potencia para que suutilizacin resulte ventajosa.

El tema de la capacidad de traccin no solo es el motor o la estructura, sino los mediosadherentes de rodaje sobre el suelo. Antiguamente se utilizaba la rueda metlica con pas y placas,hasta que se desarrollan las orugas de baja velocidad y alta traccin.

Pero las orugas (las de alta traccin) tienen el problema que no desarrollan una velocidad aptapara en transporte y requieren obligadamente de algn medio de transporte si deben viajar sobrecarretera pavimentada. Que su costo de inversin, explotacin y mantenimiento es alto y que antesituaciones de adherencia especiales, como ser suelos congelados , son totalmente inestables.

La solucin se busco en el uso de neumticos, similares a los usados en automviles pero degran capacidad portante y de dimetro mayor. En algunos casos se usaron como duales o triples parasoportar las cargas. Se fueron modelando las bandas de rodaduras a fines de que se adaptasen a lamejor traccin en los distintos terrenos , sin sacrificar la adherencia imprescindible para podertraccionar. El uso de tractores sobre ruedas se generalizo en muchos campos de la actividad industrial,pero sobre guijarros aguzados su vida era efmera, hasta que aparecen blindajes en forma de mallasmetlicas que evitan su corte prematuro, sin disminuir notablemente sus caractersticas originales.

Tambin resultan poco efectivos cuando se debe traccionar sobre terrenos con muy poco valorsoporte, en esos casos es imprescindible el uso de orugas. No obstante la capacidad de traccin de lasorugas suelen ser mucho mayores a las de cualquier neumtico en suelos naturales en general.

Los tractores viales sobre neumticos primitivos fueron tractores de uso agrcola adaptados ala nueva tarea. Pero el tractor sobre neumtico especifico siempre fue de tipo traccin total, con pesoequilibrado sobre cada eje.Los tractores sobre orugas, al principio de uso muy extendido, a medida quese mejoran los sobre neumticos, son paulatinamente reemplazados por estos, pero en algunas tareasresulta imprescindible la traccin por orugas.


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El crecimiento de los tractores en general obedeci a las crecientes nuevas necesidades delmercado y la industria.

En el caso particular de los tractores de orugas hubo dos pocas que marcaron muyfirmemente el crecimiento de estos en pesos y potencias instaladas; el primero se hace por elsurgimiento de las plumas laterales en los denominados tiendetubos por la proliferacin de ductos entodo el planeta; la segunda y ultima se debi a la minera de cielo abierto fundamentalmente para

reemplazar en parte a los sistemas de voladuras.Los tractores sobre neumticos fueron evolucionando hacia usos particulares y de all surgen

los tractores de silla y luego los de chasis articulados. Una ms reciente aplicacin de la oruga entractores es el uso de elastmeros en su confeccin.Si bien los primeros usos masivos de este tipo fueen vehculos militares durante la segunda guerra mundial, hoy se aplican sobre tractores donde latraccin no debe ser extrema y tiene la ventaja de ser ms gil, veloz y tener un costo de explotacinmucho mas bajo que la oruga tradicional.

No es objetivo de esta obra abordar las caractersticas mecnicas de estos vehculos, pero s desus aplicaciones y principales diferencias de traccin , equilibrio y direccionalidad , es por ello que seha de hacer una primera divisin entre rodajes por cadenas y una segunda divisin en rodaje por rueda,las que en cada caso sern de aplicacin generalizada en muchos tipos de maquinarias. En el trato decada una de ellas se especificara su evolucin, incluso sobre estos particulares.

Sistema de traccin por orugas

1.8. Distribucin terica de las reacciones normales:

Depende de la rigidez de la cadena, sutensin y del paso de montaje de los rolos inferiores.Se da como cierto que coincida cada eslabn con unrolo inferior, para lograr la uniformidad. Si el pasode la cadena es leslabn coincide con tRolo .Lo

conveniente es que:tRolo = 1,5 a 1,7 de leslabn

Forma de distribucin terica de las cargas:a) Forma rectangular : es la ms sencilla y

uniforme.

b) Trapezoidal : es el ms cercano a lo real.c) Triangular : el tractor est

desequilibrado y pierde traccin.d) Triangular con flotacin delantera : se

trata de un caso de encabritamiento.

Xp

vpL

es el coeficiente de

desplazamiento del centro de presin, siendo vp = 1/6el valor lmite permitido.


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Casos reales:

Sistema elstico : es bastante parejo.

Sistema rgido : se asimila al sistema trapezoidal, la descarga puede llegar a ser cero parapasos tRolo mayores a 1,7.

Sistema elstico con balancines con dos apoyos.

2. Caso particular de los sistemas de orugas de baja velocidad sin elasticidad, pero con

balancines


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Este sistema es caracterstico de los nuevos tractores CAT. Las ventajas importantes de estesistema residen en la serviciabilidad y la facilidad de mantenimiento al tener la rueda de cabillaelevada e independiente del bastidor de orugas.

El sistema de balancines, hace que la oruga resulte ms elstica y se pueda adaptar mejor a lasirregularidades del terreno.

Un inconveniente resulta de no poder colocar rolo superior y el cimbronazo de la catenariapuede resultar perjudicial. No obstante, a velocidad, la cadena aparece bien tensionada, en cambiocuando se la exige a un fuerte tiro o empuje, por construccin, el balancn posterior sube y disminuyela superficie de pisada restando traccin en suelo uniforme.

Otro concepto ligado al mismo tema es que el sistema disminuye la rigidez de impacto alcorte por topado.( la competencia realiza estas reflexiones ).

Al ser las cadenas ms flexibles, son las ms indicadas para ser del tipo lubricado.La competencia trata de explicar las razones por la que no adopta la tcnica descripta,

mediante los siguientes esquemas:


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3. Cadenas de goma

Durante la segunda guerra mundial, se desarroll en EUA, un camin semi-oruga para todoterreno que fabric International Harvester CO (MS-M9A1-M14).Las caractersticas de traccin, ( que era total), en la parte posterior se se vean

intensificadas por la baja presin especfica su oruga sobre el suelo, las altas velocidades a desarrollaren todo terreno (hasta 90 km/hora) y la gran capacidad de adaptacin en suelos quebrados, sin perderpotencia apreciable al girar.

Es sabido que los mayores consumos de energa en los sistemas de oruga aparecen cuandoqueremos cambiar de direccin (depende del tipo de mecanismo para el giro).

La cadena consista en una banda de caucho vulcanizada sobre un par de cordones continuosde acero, unidos entre s, o no, con insertos tambin metlicos.

Estos sistemas fueron prcticamente abandonados por que su precio resultaba prohibitivo.Para usos agrcolas de alta flotabilidad se usaron en forma no muy difundida.En la dcada del 80 Caterpillar lanza al mercado un tractor, en principio de uso agrcola y

hoy para uso general al que denomin CHALLENGER, con caractersticas como:

Presin especfica sobre el suelo en el orden de 0,4 a 0,5 kg/cm2.

Capacidad de traccin mayor al 35% de lo que se pueda lograr con tractores de propulsintotal (porque su resbalamiento relativo mximo es del 5%, en las ruedas se llega al 20%).

En estas cadenas es muy importante la tensin de la misma, ya que si es excesiva seproducen altos calentamientos que llegan a revulcanizar y desprende la goma de su armazn de acero,consumirn mucha energa y se daarn prematuramente.

Si estn poco tensas, pueden desbandarse (salirse la cadena) o perjudicar a las guas y losrolos por excesivos juegos (fundamentalmente cuando se requiera un esfuerzo adicional de traccin oen alta velocidad).


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4. Descripcin de los elementos constitutivos de las orugas de baja velocidad

Los sistemas de orugas tienen su primer desarrollo como soporte rodante de carros deacoplados de transporte de uso blico, para poder transitar sobre terrenos muy blandos y anegadizos.Es decir su aplicacin siempre ha obedecido a sus amplias ventajas sobre la rueda, en lo que aflotabilidad respecta.

Como sistema de traccin se desarrolla a principios de siglo para uso en tractores de usogeneral. Las primitivas cadenas eran de construccin bsica similares a las actuales pero en tren de

rodaje, era muy diferente. Se denomina tren de rodaje a todo el conjunto cadena y soportes, junto conlas ruedas incluso la motriz.

Con el tiempo se fueron diferenciando en su diseo, pudiendo hoy clasificarlos por suvelocidad, en alta, media y de baja velocidad.

Los sistemas de alta velocidad se utilizan para transportes especiales de hasta 120 Km./hora,militares, etc. Los de media velocidad tiene su aplicacin en tareas agrcolas y de frecuente uso enEuropa Oriental y en Asia, alcanzan velocidades de hasta 50 Km./hora. Una versin ms moderna seesta aplicando universalmente y son los tipo Challenge de Caterpillar y otros similares cuya


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BERTUCCIO, Victor R. MAQUINAS PARA LA CONSTRUCCIONcaracterstica mas saliente es el reemplazo de la cadena por una banda de elastomeros basndose engomas.

Las orugas de baja velocidad y de alta traccin es el tema que nos ocupa por su utilizacin entraccin pura y de aplicacin en las maquinarias viales e industriales. Un tren de rodaje de bajavelocidad tiene la rueda motriz atrs, o en algunos diseos especiales en la parte superior y atrasadarespecto del tractor. El bastidor de orugas se soporta respecto del tractor oscilando sobre el eje de larueda motriz o sobre soportes pivotantes laterales atrasados. Sobre el bastidor de oruga se aplican losrodillos superiores, en la parte delantera la rueda tensora o gua que se tensa por un resorte ubicado al

efecto. Debajo del bastidor y en forma continuada en todo su largo se ubican los rodillos inferiores,que soportan el peso del tractor, ya que las ruedas motrices y la gua estn un poco por encima delnivel de los rolos inferiores. La nica rueda con movimiento comandado es la rueda motriz o cabilla,mientras que todas las otras giran locas y accionadas por la cadena.

La cadena esta compuesta por eslabones que se unen entre s por medio de pernos y bujes ypor sobre los eslabones mediante abulonado se fijan las zapatas o tejas que son las placas querealmente contactan con el suelo. Una cadena de orugas abraza a todo este conjunto. Este tren rodantese repite del otro lado del tractor. Si la cadena no estuviese cerrndose sobre el resto del tren, se veraque el tractor por medio de la rueda cabilla rueda sobre ella y empuja a los rodillos inferiores quetambin la ruedan. Es decir el camino por donde circula el tractor es la propia cadena.

Cuanto ms larga es la zona de contacto de la cadena contra el piso, su resultado ser similar arodar con una rueda de dimetro que tiende a infinito, lo que le permite adems superar quiebres deterreno sin que se encaje.

El tren de rodaje tal como fue descrito responde a la generalidad de los existentes, no obstantehay infinidad de diseos, pero son excepciones.


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4.1. CadenaSe compone por eslabones forjados o fundidos en acero con forma especial y que se maquinan

en las zonas de contacto con las zapatas, con los rolos, tienen sendas perforaciones para montaje deperno y de buje, cono para pasar los bulones de fijacin de las zapatas.

Los orificios tiene un alto grado de precisin por cuanto tanto los bujes como los pernos semontan con alta interferencia y en fro, mediante prensado (aprox.) de 10.000 a 20.000 Kg. porpulgada de dimetro).

El conjunto que debe ser indeformable lo componen un eslabn derecho otro izquierdo, unbuje y un perno. Para ir conformando al conjunto se intercalan estos conjuntos uno con el otro en lazona de pernos y bujes. El huelgo entre pernos y buje es de no ms de 0,1 mm y en las cadenaspequeas aun menor.

del tren.Se asegura de esta forma un solo grado de libertad, para que la cadena pueda abrazar al resto


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BERTUCCIO, Victor R. MAQUINAS PARA LA CONSTRUCCIONLa unin de cierre de la cadena resultaba un problema ya que su montaje debera hacerse con

grandes prensas al igual que su desmontaje, ambas operaciones en uso se realizan lejos de los centrosde prensado y es por ello que se fabricaron, eslabones, perno y bujes con mucha menor interferencia,para facilitar el desarme y rearmado en campaa, se los denomino "maestros", pero constituan unpunto dbil en la traccin, con problemas de mantenimiento. Una solucin llega de la mano de uneslabn maestro o partido que permite el desmontaje de la cadena con solo desprender los bulones quefijan a la zapata.

Los eslabones estn templados por induccin en la zona de contacto con los rolos y suspestaas, con una profundidad de no menos de 5 mm (segn la dimensin del eslabn), y una durezade aprox. 60 Rc. Los pernos se tornean de acero 1045 con temple de igual profundidad e igual dureza,estn rectificados al igual que los bujes, pero estos se fabrican de 1010 o similar y la profundidad detemple se rigen por el tratamiento de carburacin que transforma a las superficies internas y externasen muy duras, mientras que el ncleo permanece en estado natural. Se templan tambin a 55 Rc.

Entre los pernos y bujes suele penetrar abrasivo y la vida til de la cadena disminuye, confines de aumentar su vida se han hecho las cadenas denominadas selladas, el sello consiste en un par dearandelas cnicas de acero elsticas enfrentadas que se montan en los laterales de los eslabones en sucierre con perno y buje, de manera de sellar la entrada de abrasivo a esa zona.


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Ms actual es el uso de cadenas lubricadas, este sistema consiste en reemplazar el selloanterior por otro ms slido, con reten, que no permita que se escape el aceite que ha de ubicarse entreperno y buje en forma esttica y sellada.

El aumento en la vida til ha hecho que algunos bujes tengan supermedida en la zona decontacto con los vanos de la rueda cabilla, para uniformar la duracin de estos tanto desde adentrocomo desde afuera.

Las zapatas se fijan a los eslabones mediante bulones con tuercas, pero la tensin de apriete esmuy alta para que no se aflojen durante el trabajo, lo que requiere que la calidad y el diseo de estosresulte particular. Los bulones son de acero con cabeza forjada y rosca repujada fina, a fin de mantenerla fibra del material continua y no permitir que esta resulte reversible. Como la tensin de apriete ha deser superior a cualquier otro bulln de ese dimetro de vstago, requiere por ser de rosca fina unatuerca de altura mas del doble que la normalizada corriente. Tanto bulones como tuercas estn tratadostrmicamente.

Las zapatas, pueden ser de distintos perfiles de acuerdo con el uso que se ha de dar, por

ejemplo: Una zapata de ua se utiliza para traccin, si es robusta para traccin ms recia, cuando tienelistones, por lo general tres, se la llama zapata vainilla y si bien disminuye su capacidad de traccin, nose deteriora cuando el tractor gira al menos en la misma forma que lo puede hacer la de ua. Existenzapatas de uso particular, basureras, para nieve, para barro de alta flotacin triangulares y de sobreancho tambin para aumentar la flotabilidad del conjunto.

Se confeccionan aceros aleados, fundidas o laminadas en caliente, cortadas y perforadas,luego tratadas trmicamente en la zona de las garras, temple a 45 Rc.


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4.2. Rueda cabilla

Esta rueda, a la que tambin se la denomina motriz, es la nica que recibe el giro por partede la transmisin y acciona sobre la parte exterior de los bujes, haciendo que la traccin se transmita ala cadena. Es una rueda dentada para cadena, cuyos vanos estn ubicados de manera tal que se enhebreen la cadena a paso salteado, para evitar un rpido desgaste, ya que la cantidad de vanos es impar. Espor ello que los bujes de la cadena entran en contacto con la mitad de los vanos en su primera vuelta ycon la otra mitad en la segunda vuelta y as sucesivamente.

En principio estas ruedas eran enterizas pero como la zona de desgaste se centra en el dentadoperifrico, se ha hecho a este reemplazable, y para acceder sin desarmes se realiza mediante una serie

de sectores abulonados a la rueda bsica.

4.3. Rueda tensoraEsta rueda mantiene tensa a la cadena porque su eje esta vinculado al bastidor de oruga con

una gua y empujada permanentemente por un grueso resorte. Su perfil es tal que toma contacto con


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solamente la base de los eslabones de la cadena y como tiene una protuberancia central, se mantienecentrada entre ellos, adems concurre a no permitir que se descarrile, sobre todo en las curvas, es porello que tambin se la llama rueda Gua.

Esta rueda al igual que todos los rodillos superiores e inferiores giran por efecto de la cadena.Su eje esta montado sobre guas que pueden deslizar sobre el bastidor de orugas, el espacio

que resulta de la tensin de la cadena. El eje permanece sin girar y la rueda, cojinetes de por medio esla que gira. El eje al igual que en el resto de los rolos, tiene una protuberancia interna que no le permitesu movimiento axial. El rozamiento esta cubierto por sendos cojinetes axiales.

4.4. Rodillos superioresTiene el mismo perfil que la rueda gua, su montaje esta ubicado por sobre el bastidor de

orugas y su misin es evitar que la catenaria tome valores importantes a fin de disminuir lasvibraciones durante la marcha.

4.5. Rodillos inferiores

Estos rodillos son los que soportan el peso del tractor y lo transmiten a la cadena a travs delos eslabones mediante dos sendas pistas de rodadura. Estas pistas tienen bordillos que pueden


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estar en ambos lados de cada pista o en solo uno de ellos ( el interior), a los primeros se los denominade pestaa doble y a los otros de pestaa simple .

El montaje, su eje, su movimiento, etc. es igual al de la rueda gua

5. Reparacin y mantenimiento

5.1 Desgastes, su evaluacin:

En el dibujo se muestran las zonas de desgaste en cada una de las piezas ya descritas.Cabe aclarar que cuando se gastan entre perno (externo) y buje (interno), el paso de la cadena

se alarga, esta dimensin suele tomarse en un conjunto de cuatro pasos.


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5.2. Limites de desgaste

La tabla adjunta ilustra sobre la progresin del desgaste.

Para cada marca y modelo, es decir para cada tipo de cadena y para cada pieza ( en este casoel buje) se dan las dimensiones de nuevo, con desgastes del 25 %, del 50%, del 75 % y del 100%, loque supone destruccin total.

Si se detiene el desgaste al 75% es posible reconstruir al mecanismo, hasta dos veces yllevarlo ala dimensin original. Esto es posible en todos ellos menos en pernos y bujes.

Para pernos y bujes, llegado a este desgaste es posible un giro de recuperacin a 180 gradosuna sola vez.

En la figura donde se muestran los desgastes se indica en negro el 75 % de desgaste al igualque en la columna de medidas aqu presentada.

1.3. Reparaciones normales

Los pernos y bujes solo se giran y no se reparan, normalmente esto se realiza cuando media lavida til del resto de los mecanismos.

Si es necesario se cambian los sectores de rueda cabilla. Estos no se suelen rellenar, secambian.Los bulones, sellos y retenes se cambian.

Los eslabones que no presenten otros problemas, se rellenan con soladura elctrica deelectrodo especial, se los rectifica a la dimensin original y pueden usarse como nuevos.

Este proceso se puede hacer hasta dos veces sin comprometer al conjunto.Los rodillos inferiores, superiores y las ruedas guas se rellenan en las bandas y bordes

desgastados, tambin se cambian cojinetes, ejes, bujes y retenes, segn las necesidades.Este proceder puede ahorrar bastante dinero. Ver trabajo practico.Cuando las cadenas son para tractores pequeos es probable que no resulte conveniente la

reparacin propuesta.

5.4. Esquema de calculo de las reparaciones frente al reemplazo directo.

Cuando las cadenas son para tractores pequeos es probable que no resulte conveniente lareparacin .Como ejemplo se plantean dos casos de estudio de costos entre reparar o llevar a sacrificiolos trenes de rodaje.


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BERTUCCIO, Victor R. MAQUINAS PARA LA CONSTRUCCIONA B

Precio del tractor $ 200.000 50.000

Precio del tren de rodaje $ 60.000 15.000

Precio del giro de perno y buje $ 3.600 2.000

Precio de reconstruccin $ 12.000 7.000

Tiempo estimado de duracin total( a sacrificio), en Horas

4.000 3.200

Tiempo estimado de duracin al 75 %,en Horas

3.000 2.400

Caso A desgaste a sacrificio:

Horas 0 2000 4.000

$ 0 3.000 60.0003.000 + 60.000 = 63.000 en 4.000 horas

63.000 / 4.000 = 15,75 $/hora

Caso A con mantenimiento correctivo planificado al 75 % de desgaste:

Horas 0 1500 3.000 4.500 6.000 8.000 10.000

$ 0 3.000 12.000 3.000 12.000 3.000 60.000

3.000+12.000+3.000+12.000+3.000+60.000 = 93.000 $ en 10.000 horas

Caso B desgaste a sacrificio:93.000 / 10.000 = 9,30 $/hora

Horas 0 1.600 3.200$ 0 2.000 15.000

2.000 + 15.000 = 17.000 en 3.200 horas

17.000 / 3.200 = 5,31 $/hora

Caso B con mantenimiento correctivo planificado al 75 % de desgaste:

Horas 0 1.200 2.400 3.600 4.800 6.400 8.000

$ 0 2.000 7.000 2.000 7.000 2.000 15.0002.000+7.000+2.000+7.000+2.000+15.000 = 37.000 $ en 8.000 horas

37.000 / 8.000 = 4,62 $/hora

En el caso A (tractores grandes), la diferencia entre ambos mtodos es de mas del 40% deahorro, cuando se repara.

En el caso B (tractores pequeos), la diferencia entre los mtodos es de solo 10%, lo queresulta muy poca diferencia, sobre todo que si se contabilizan los tiempos de paralizacin y por sucausa los lucros cesantes; resulta ms conveniente llevar al tren de rodaje a destruccin y luegoproceder a su renovacin total.

* Es importante aclarar que estos valores cambian con las tcnicas y el pasaje del

tiempo, por ello se deben tomar solo como referenciales. ( los calculos estan a moneda de 2001,

cuando 1 $ = 1 U$S ).

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