Aplicación de la transmisión hidrostática cerrada de doble vía en transportadores de orugas

En China, cada vez se utilizan más vehículos transportadores de orugas con transmisión hidrostática cerrada de doble vía, especialmente en bulldozers de orugas, tractores de orugas y transportadores de orugas. Este sistema ofrece varias ventajas: aísla el motor de los impactos del terreno; permite alcanzar mayores velocidades de desplazamiento; ofrece variación continua de velocidad para adaptarse a distintas condiciones de trabajo; proporciona arranques suaves y satisface las necesidades de aplicaciones especiales; elimina sistemas de transmisión mecánica complejos y reduce el peso total de la máquina. Además, los componentes hidráulicos son muy versátiles y facilitan la modificación del equipo base. Las ventajas de la transmisión hidrostática de circuito cerrado son aún más evidentes en vehículos de doble oruga de gran potencia y tamaño. Aunque el sistema hidráulico requiere alta presión y gran caudal, sus componentes, accesorios y depósito ocupan menos espacio que los de un sistema hidráulico abierto de potencia equivalente, lo que facilita su integración en la máquina. A continuación, el autor comparte algunas conclusiones basadas en años de experiencia en el diseño de transmisiones hidrostáticas, como referencia para otros profesionales.

1. Composición del sistema

En condiciones normales, la transmisión hidrostática de doble vía y circuito cerrado consta de una bomba de caudal variable, hidráulica o de control electrónico, y un motor de cilindrada fija. En ocasiones se necesita un motor de cilindrada variable por etapas para satisfacer los requisitos de distintas velocidades de trabajo y fuerzas de tracción. La figura 1 muestra la estructura básica de una transmisión hidrostática de doble vía y circuito cerrado, compuesta por mandos piloto, bombas, motores, reductores y otros elementos.

2. Adaptación del mando piloto a la bomba de caudal variable

Durante el diseño, es fundamental seleccionar adecuadamente la curva de control de cilindrada-presión (o tensión) de la bomba y la curva de regulación de presión del circuito piloto o eléctrico. En vehículos con transmisión hidrostática de doble vía, conviene que la zona muerta de la curva de control de presión de la bomba de tracción sea algo amplia. Así se evitan activaciones involuntarias de la bomba causadas por vibraciones anómalas del mando piloto y se mejora la marcha en línea recta. Cuanto mayor sea la pendiente, mejor: ayuda a reducir la sensibilidad de la dirección y a controlar la bomba a baja cilindrada durante los giros, lo que reduce la velocidad de giro y la resistencia inercial que debe vencer el motor, y evita que se cale. Por lo general, existen dos tipos de curvas de regulación de presión para el mando piloto. Al diseñar el sistema, cuando la curva de regulación del mando piloto sale de la zona muerta, su presión (o tensión) inicial debe ser inferior a la presión (o tensión) máxima correspondiente a la cilindrada de la bomba en la zona muerta (punto f). Esto permite que la máquina arranque suavemente, incluso desde velocidad cero. La presión de alimentación del circuito piloto (o tensión de alimentación) debe superar la presión (o tensión) correspondiente a la cilindrada máxima de la bomba, para permitir controlar al máximo la variación continua de su cilindrada. En sistemas de control hidráulico, normalmente la presión de alimentación debe superar en unos 5 × 10⁵ Pa la presión correspondiente a la cilindrada máxima de la bomba, lo que ayuda a reducir las variaciones de velocidad de la máquina causadas por las vibraciones del mando durante el desplazamiento a alta velocidad. La carrera del mando correspondiente al control continuo de la cilindrada de la bomba debe ser lo más amplia posible. Como se muestra en la figura 2, la curva de control III, frente a la curva II, amplía la carrera del mando asociada a la variación continua de la cilindrada (segmento nj > segmento mi), aunque está limitada por el recorrido disponible del mando. La pendiente del tramo proporcional debe ser lo más pequeña posible. Con el mismo recorrido de mando Δs, la variación de cilindrada de la bomba con la curva II es mayor que con la curva III (Δq2 < Δq3). Para el operador, la curva II resulta demasiado sensible, mientras que la curva III ofrece una respuesta más cómoda. Además, al utilizar la curva III, la presión (o tensión) máxima del tramo proporcional (punto c) debe aproximarse al punto de presión (o tensión) de control máxima de la curva de cilindrada-presión (o tensión) de la bomba (punto h). Para mejorar la dirección y la maniobrabilidad de la máquina, y reducir la excesiva resistencia al girar con un radio pequeño —que consume demasiada potencia del motor y puede calarlo—, se puede limitar la cilindrada de la bomba. Un método habitual consiste en limitar la presión de alimentación (o tensión de alimentación) del mando piloto durante los giros, manteniéndola por debajo de la presión (o tensión) de control correspondiente a la cilindrada máxima de la bomba. El valor límite debe establecerse según los parámetros generales de la máquina y garantizar que el motor no se cale.

3. Determinación de la presión del sistema

En vehículos con transmisión hidrostática de doble vía y circuito cerrado, normalmente la presión correspondiente al momento en que se vence la resistencia de giro es la máxima y puede utilizarse como presión de ajuste del sistema. Sin embargo, al determinarla, además de tener en cuenta la resistencia de giro que debe vencer el sistema, hay que considerar de forma integral las prestaciones que pueden alcanzar los componentes y accesorios hidráulicos disponibles, así como las condiciones de funcionamiento y el coste de la máquina.

4. Selección del motor

El uso de motores de dos velocidades es necesario para satisfacer los requisitos de velocidad del vehículo y tracción máxima, y mejorar la eficiencia del sistema hidráulico. También conviene elegir entre motores de alta velocidad y motores de baja velocidad y alto par según la aplicación. Los motores de alta velocidad son compactos y pueden integrarse en el reductor; la mejor opción es alojarlos dentro de la oruga, lo que mejora el comportamiento de la máquina. Los motores de baja velocidad y alto par son más voluminosos. Para mejorar la capacidad de paso de la máquina, deben instalarse por encima del centro de la rueda motriz y alejados del suelo.

5. Selección de la bomba

Siempre que sea posible, la bomba debe funcionar a un régimen calculado elevado, preferiblemente cerca de su velocidad nominal. Así, incluso cuando el motor funciona al ralentí, el circuito formado por la bomba y el motor mantiene una eficiencia de transmisión elevada. Para determinar la cilindrada máxima de la bomba, normalmente conviene tomar como referencia la marcha con menor cilindrada del motor de dos velocidades. Esto permite reducir la potencia necesaria y ayuda a mejorar la eficiencia de transmisión del sistema.

6. Aspectos que requieren especial atención al seleccionar los accesorios hidráulicos para sistemas hidráulicos de circuito cerrado: 1) La tubería de aspiración debe ser lo más corta posible y tener un diámetro interior amplio para evitar la entrada de aire. En la línea de aspiración solo debe instalarse un filtro de aspiración de baja restricción. Si el espacio lo permite, conviene utilizar un depósito hidráulico elevado, con el nivel de aceite por encima de la toma de aspiración de la bomba, para mejorar las condiciones de aspiración. Al conectar la tubería, hay que prestar especial atención a las fugas, ya que pueden provocar vibraciones del vehículo, mala marcha en línea recta y daños en la bomba o el motor. 2) El diámetro interior de las tuberías de drenaje de la bomba y el motor debe ser lo más grande posible. Se requiere un depósito independiente de retorno directo y no se debe instalar un filtro de aceite en la línea de drenaje. Así se minimiza la resistencia al drenaje y se evita que la presión dañe los retenes de los ejes de la bomba y el motor. De lo contrario, el aceite puede pasar al sistema hidráulico y a los componentes de transmisión conectados, causando pérdidas y contaminación del fluido, además de averías más graves en el sistema.