Prestaciones características de vehículos extraviados

Mecánica. Automóviles. Barra de tracción. Fuerza. Rendimiento. Coeficiente. Relación peso-potencia

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PRESTACIONES

CARACTERÍSTICAS

DE VEHÍCULOS

EXTRAVIARIOS

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN

PRESTACIONES DE LA BARRA DE TRACCIÓN

1. FUERZA DE TRACCIÓN Y POTENCIA DE LA BARRA DE TRACCIÓN

  • Resistencia interna de los órganos de rodadura

  • Resistencia debida a la interacción vehículo-terreno

  • Resistencia de obstáculos en el terreno

  • 1.4 Resistencia aerodinámica

    2. RENDIMIENTO DE TRACCIÓN

    3. COEFICIENTE DE TRACCIÓN

    4. RELACIÓN PESO-POTENCIA EN VEHÍCULOS EXTRAVIARIOS

    INTRODUCCIÓN

    Las prestaciones características de los diferentes vehículos extraviarios se evalúan según una serie de criterios dependiendo de las necesidades funcionales.

    Para tractores, por ejemplo, su principal función es proporcionar el adecuado tiro para distintos tipos de herramientas y maquinaria. La prestación de la barra de tracción o barra de tiro es, en este caso, de interés fundamental. Estará caracterizada por el cociente entre la fuerza de tracción (o fuerza de arrastre) en la barra y el peso del vehículo, la potencia de la barra de tiro y su rendimiento.

    Para vehículos de transporte campo a través, se emplean como criterios la productividad y el rendimiento. Para vehículos militares, sin embargo, se emplea la máxima velocidad de funcionamiento factible entre dos puntos en un área determinada como criterio para la evaluación de su movilidad.

    A pesar de que, como hemos visto, se emplean muchos criterios para determinar las prestaciones de los diferentes tipos de vehículos extraviarios, existe una necesidad básica común a todos que es la movilidad sobre terreno no preparado para ello. Movilidad, en un amplio sentido, se refiere a la prestación de los vehículos en relación a terrenos blandos, terrenos accidentados, superación de obstáculos y travesía por agua. La prestación en terrenos blandos constituye un problema fundamental para la movilidad de estos vehículos, y un análisis detallado de la relación entre prestación del vehículo, parámetros de diseño del mismo, y el terreno es, por tanto, de importancia capital.

    Este trabajo va a consistir en tratar los distintos métodos de evaluación y predicción de las prestaciones de tracción de los vehículos extraviarios, así como los criterios para elección de prestaciones.

    PRESTACIONES DE LA BARRA DE TRACCIÓN

    1. FUERZA DE TRACCIÓN Y POTENCIA DE LA BARRA DE TRACCIÓN

    En vehículos extraviarios diseñados para tracción (por ejemplo, tractores), la prestación de la barra de tracción o barra de tiro es de primera importancia, por representar la habilidad del vehículo para arrastrar o empujar diferentes tipos de maquinaria de trabajo, incluyendo herramientas agrícolas y de construcción, y equipos de movimientos de tierras.

    La fuerza de tracción (o fuerza de arrastre) Fd es la fuerza disponible en la barra de tiro o tracción, y es igual a la diferencia del esfuerzo de tracción (arrastre) F desarrollado por los órganos de rodadura y la resultante de la fuerza resistente que actúa sobre el vehículo:

    (1)

    Se debe señalar que en operaciones en el campo, el esfuerzo máximo de tracción está limitado, en ocasiones, por las características de la interacción vehículo-terreno. Además, el desarrollo del empuje a veces da como resultado un deslizamiento sobre terreno no preparado. Así, la fuerza de tracción y la velocidad del vehículo son funciones del deslizamiento.

    Las fuerzas resistentes que actúan sobre los vehículos extraviarios incluyen la resistencia interna de los órganos de rodadura, resistencia debida a la interacción vehículo-terreno, a los obstáculos, grado de resistencia, así como la resistencia aerodinámica.

    1.1 Resistencia interna de los órganos de rodadura

    En vehículos de ruedas, la resistencia interna de los órganos de rodadura se debe principalmente a la pérdida de histéresis en el neumático. En vehículos de cadenas, la resistencia interna entre la cadena y el sistema de suspensión asociada es importante. Resultados experimentales muestran que de la potencia total consumida en el sistema de suspensión de la cadena, el 63-75% es debido a las pérdidas en la propia cadena. Entre otros parámetros de funcionamiento, la tensión de la cadena y la velocidad del vehículo tienen notables efectos sobre la resistencia interna (Figuras 1 y 2).

    'Prestaciones características de vehículos extraviados'

    Debido a la complejidad natural de la resistencia interna en el sistema de suspensión de la cadena, es difícil, aunque no imposible, establecer un procedimiento analítico para predecir dicha resistencia con suficiente precisión. Como primera aproximación, la fórmula propuesta por Bekker se puede emplear para calcular el valor medio de la resistencia interna, Rin, de un vehículo oruga o de cadenas convencional:

    (2)

    donde Rin está en Newtons, W es el peso del vehículo en toneladas, y V es la velocidad del vehículo en km/h.

    En los nuevos vehículos de cadenas ligeros la resistencia interna puede ser menor, y la fórmula empírica queda:

    (3)

    Para vehículos de cadenas militares que operan en superficies duras, lisas el coeficiente de la resistencia al movimiento fr (relación entre resistencia al movimiento y peso del vehículo) se puede estimar por la siguiente ecuación empírica:

    (4)

    donde f0 y fs son coeficientes empíricos, función del tipo de cadena y órganos de rodadura, y V está en km/h.

    1.2 Resistencia debida a la interacción vehículo-terreno

    Este tipo de resistencia es la más significativa para vehículos extraviarios, y determina, en gran medida, la movilidad del vehículo sobre terreno no preparado. Esto incluye la resistencia debida a la compactación del terreno y al efecto de la excavación.

    1.3 Resistencia de obstáculos en el terreno

    En operaciones de campo, pueden aparecer obstáculos como troncos de árbol o piedras. La resistencia de un obstáculo puede considerarse como una fuerza resistente, generalmente de magnitud variable, actuando paralela al suelo a una cierta altura. Cuando la línea de acción de esta fuerza se encuentra por encima del nivel del terreno, produce un momento que causaría una significante transferencia de carga, y debe ser tenido en cuenta en la formulación de las ecuaciones de movimiento del vehículo. En general, el valor de la resistencia de obstáculos se obtiene experimentalmente.

    1.4 Resistencia aerodinámica

    La resistencia aerodinámica no supone un factor importante en vehículos extraviarios que trabajan a velocidades por debajo de 48 km/h (30 mph). En vehículos diseñados para velocidades superiores, como vehículos militares, la resistencia aerodinámica sí que deber ser tenida en cuenta para los cálculos de las prestaciones.

    La resistencia aerodinámica depende principalmente del grado de resistencia cuando el vehículo sube una cuesta, y de la propia forma del vehículo. Un vehículo de cadenas ligero de 10 toneladas y con un área frontal de 3,7 m2 (40 ft2) requiere 10,5 kW de potencia para superar la resistencia aerodinámica a una velocidad de 56 km/h (35 mph).

    Para caracterizar las prestaciones de la barra de tracción, se construye un gráfico en el que se representa el deslizamiento de los órganos de rodadura y la velocidad del vehículo frente al esfuerzo de tracción, F, y la fuerza de tracción en la barra, Fd, como se muestra en la figura 3. El producto de esta fuerza de tracción y la velocidad del vehículo normalmente está referido a la potencia de la barra de tracción, que representa la productividad potencial del vehículo, es decir, la velocidad a la cual se debe trabajar. La potencia de la barra de tracción, Pd, viene dada por:

    (5)

    donde V y Vt son la velocidad instantánea y la velocidad teórica del vehículo respectivamente. La velocidad teórica es la velocidad del vehículo si no hay deslizamiento, y está determinada por la velocidad del motor, la relación de reducción de la transmisión, y el radio de la rueda (o cadena). Normalmente, la variación de la potencia de la barra de tracción con la fuerza de tracción de dicha barra en cada engranaje se muestra en el diagrama de prestaciones de la barra de tracción. Este diagrama proporciona las bases para comparar y evaluar las prestaciones de tracción de los tractores.

    2. RENDIMIENTO DE TRACCIÓN

    Para caracterizar el rendimiento de un vehículo extraviario para transformar la potencia del motor en la potencia disponible en la barra de tracción se emplean el rendimiento de tracción. Se define como el cociente entre la potencia de la barra de tiro, Pd, y la correspondiente potencia desarrollada por el motor, P:

    (6)

    La potencia desarrollada por el motor se puede expresar en términos de potencia disponible en la rueda motriz (o cadena) y del rendimiento de transmisión, t :

    Y operando se obtiene la expresión para el rendimiento de tracción:

    (8)

    donde m es el rendimiento de movimiento (Fd/F), s es el rendimiento de deslizamiento (1-i), y t el rendimiento de transmisión.

    m representa las pérdidas que se producen en la transformación del esfuerzo de tracción desarrollado por los órganos de rodadura (F) en la fuerza de tracción en la barra (Fd). Para un valor de resistencia al movimiento constante, m varía de forma lineal con respecto a Fd (Figura 4).

    s representa las pérdidas de potencia, y también las reducción de velocidad en el vehículo debida al deslizamiento de los órganos de rodadura (Figura 4). Normalmente, el deslizamiento es una fuente muy importante de pérdidas de potencia en las operaciones de vehículos extraviarios sobre terreno no preparado.

    Como puede verse en la ecuación 8, el rendimiento de tracción es el producto del rendimiento de transmisión, rendimiento de movimiento y el rendimiento de deslizamiento. En general, presenta un pico para un valor intermedio de la fuerza de tracción en la barra (Figura 4). Para incrementar este rendimiento de tracción es importante optimizar la forma y tamaño de los órganos de rodadura del vehículo.

    Ejemplo: Un vehículo extraviario de ruedas está equipado con un motor cuyas características par-velocidad se muestran en la Tabla 1. El vehículo trabajará sobre un terreno con características empuje-deslizamiento dadas en la Tabla 2. La resistencia total al movimiento es 2,23 kN (500 lb). El rendimiento de transmisión es 0,85, y el radio del neumático es 0,70 m (2,5 ft). Determinar la potencia de la barra de tracción y el rendimiento de tracción del vehículo en 4ª velocidad con una razón de reducción de 0 = 0,25.

    Velocidad del motor

    rpm

    Par motor

    N·m lb·ft

    800

    393

    290

    1200

    650

    479

    1600

    732

    540

    2000

    746

    550

    2400

    705

    520

    2800

    610

    450

    Deslizamiento

    %

    Empuje F

    kN lb

    5

    10,24

    2303

    10

    16,0

    3597

    15

    20,46

    4600

    20

    24,0

    5396

    25

    26,68

    5998

    30

    28,46

    6398

    40

    32,02

    7199

    Calculamos primero el empuje:

    De la Tabla 2 podemos obtener el deslizamiento para un empuje determinado.

    La velocidad del vehículo se calcula, usando los datos de la Tabla 1, con la ecuación:

    Los resultados de los cálculos de F y V están tabulados en la Tabla 3. La fuerza disponible en la barra de tracción viene dada por:

    Como nos dan la resistencia total al movimiento, Fd puede ser calculada, y los resultados se muestran en la Tabla 3. La potencia de la barra de tracción se puede calcular empleando la ecuación 5:

    Pd = FdV

    Y el rendimiento de tracción también se puede calcular usan cualquiera de las ecuaciones 6 u 8:

    Los resultados finales de Pd y d se muestran en la Tabla 3. Puede verse que el máximo rendimiento de la barra de tiro es aproximadamente 66% para las condiciones de trabajo especificadas, lo cual indica que el 34% de la potencia del motor se pierde en la transmisión, en superar la resistencia al movimiento, y en el deslizamiento del vehículo.

    Tabla 3 Prestaciones de la barra de tracción

    Velocidad motor

    rpm

    Empuje F

    Deslizamiento

    %

    Velocidad vehículo

    Fuerza tracción

    Potencia barra tracción

    t

    %

    s

    %

    d

    %

    kN lb

    km/h mph

    kN lb

    kW hp

    800

    9,01

    2025

    4,4

    10,7

    6,7

    6,78

    1525

    20,1

    27

    85

    95,6

    61,1

    1200

    14,90

    3350

    9,0

    15,3

    9,5

    12,67

    2850

    53,8

    72,2

    85

    91,0

    65,7

    1600

    16,78

    3772

    10,9

    19,9

    12,4

    18,55

    3272

    80,4

    107,8

    85

    89,1

    65,6

    2000

    17,10

    3844

    11,23

    24,9

    15,5

    14,87

    3344

    102,8

    137,9

    85

    88,7

    65,6

    2400

    16,16

    3633

    10,2

    30,2

    18,8

    13,93

    3133

    116,8

    156,7

    85

    89,8

    65,8

    2800

    13,98

    3143

    8,3

    36,0

    22,4

    11,75

    2643

    117,5

    157,5

    85

    91,7

    65,5

    Actualmente, hay una demanda creciente de aumento de la productividad del transporte agrícola, de movimiento de tierras y campo a través. Consecuentemente, ha habido un firme incremento de la potencia instalada en nuevos vehículos. En tractores de ruedas, para emplear completamente la potencia disponible del motor y mantener un elevado rendimiento de tracción, ha alcanzado una gran aceptación la transmisión a las cuatro ruedas desde que el peso total de este tipo de vehículos se emplea para el desarrollo del empuje, mientras que en vehículos de transmisión en dos ruedas sólo el 60-70% del peso total se aplica sobre las ruedas motrices. Consecuentemente, sobre terreno liso, un vehículo con transmisión a las cuatro ruedas tiene la capacidad de desarrollar un empuje mayor que el equivalente en vehículos de transmisión en dos ruedas para el mismo deslizamiento. Además, un vehículo con transmisión a las cuatro ruedas con el mismo tamaño de neumático para los ejes trasero y delantero tiene un coeficiente de rodadura menor que el equivalente en un vehículo de transmisión en dos ruedas. Esto se debe a que sus neumáticos traseros discurren por los surcos formados por los neumáticos delanteros, reduciendo así su resistencia al movimiento. Las figuras 5(a) y 5(b) muestran la comparación de las prestaciones de la barra de tracción para los dos tipos de vehículos mencionados sobre dos tipos de terrenos. Se comprueba que sobre terreno seco, la fuerza de la barra de tracción en un vehículo con transmisión a las cuatro ruedas para un deslizamiento del 20% es el 27% mayor y para 50% de deslizamiento es el 20% mayor que los correspondientes valores de un vehículo con tracción sobre dos ruedas. El máximo del rendimiento de tracción de ambos vehículos es 77 y 70%, respectivamente. En el terreno húmedo arcilloso, el empuje de la barra de tracción en un vehículo con transmisión a las cuatro ruedas para un deslizamiento del 30% es el 57% mayor y para 50% de deslizamiento es el 44% mayor que los correspondientes valores de un vehículo con tracción sobre dos ruedas. Los valores máximos de rendimiento de tracción son 51 y 40%, respectivamente.

    Para alcanzar el rendimiento de tracción óptimo en un tractor de transmisión a las cuatro ruedas se deben reunir una serie de requisitos. Para definir estos requisitos cuantitativamente, es necesario inspeccionar el rendimiento a tracción, en particular el rendimiento de deslizamiento de un vehículo extraviario todo terreno. Las pérdidas de potencia debidas al deslizamiento se dan tanto en las ruedas delanteras como traseras. Suponiendo que las prestaciones de las dos ruedas delanteras son idénticas, y lo mismo para las dos ruedas traseras, el rendimiento de deslizamiento s4 de un vehículo de transmisión a las cuatro ruedas está determinada por:

    donde Mf y Mr son el par motor en las ruedas delanteras y traseras, f y r son las velocidades angulares de las rueda delanteras y traseras, Vtf y Vtr son las velocidades teóricas de las ruedas delanteras y traseras, Ff y Fr son los esfuerzos de tracción en las ruedas delanteras y traseras, e if e ir son los deslizamientos en las ruedas delanteras y traseras, respectivamente.

    Existe una relación entre la velocidad de traslación de las ruedas delanteras y traseras de un vehículo de transmisión a las cuatro ruedas en movimiento rectilíneo, que se puede expresar como:

    o,

    donde Kv es el cociente entre la velocidad teórica de las ruedas delanteras y traseras, y se denomina razón de velocidad teórica; rf y rr son los radios de las ruedas delanteras y traseras, respectivamente.

    Esto se debe al hecho de que las ruedas delanteras y traseras están conectadas con el mismo bastidor, y que la velocidad real de traslación de éstas debe ser la misma en un movimiento rectilíneo.

    Por tanto,

    donde Kd es el coeficiente de distribución del empuje y es igual a Fr/(Ff+Fr) .

    La ecuación 11 muestra que, en general, el rendimiento de deslizamiento de un vehículo de transmisión a las cuatro ruedas no sólo depende del deslizamiento de las ruedas delanteras y traseras, sino también de la distribución del empuje entre ellas. El óptimo de la distribución del empuje del rendimiento de deslizamiento se calcula con la derivada parcial de s4 respecto de Kd igualada a 0:

    Esta condición sólo puede satisfacerse si el deslizamiento de las ruedas delanteras o el de las traseras es del 100%, o el deslizamiento de las ruedas delanteras es igual al de las traseras. Cuando el deslizamiento de ambas es del 100%, el vehículo no puede avanzar de ningún modo, y el rendimiento de tracción es 0. Por tanto, bajo condiciones normales, sólo cuando el deslizamiento de las ruedas delanteras iguale al de las traseras, la derivada parcial anterior valdrá 0. Ésta es la condición necesaria para alcanzar el rendimiento máximo de deslizamiento.

    Sustituyendo la razón de velocidad teórica, Kv, por (1-ir)/(1-if) en la ecuación 11, el rendimiento de deslizamiento s4 se puede expresar como:

    Haciendo la derivada parcial de s4 respecto de Kd e igualando a 0:

    Esto conduce a una conclusión similar de que cuando el valor de Kv es igual a 1,0 (que es equivalente a que el deslizamiento de las ruedas delanteras y traseras sean iguales), la derivada parcial será igual a 0 y se establece la condición necesaria para alcanzar el rendimiento máximo de deslizamiento.

    El análisis anterior lleva a una conclusión interesante que indica que para el mayor rendimiento en funcionamiento de un vehículo de transmisión a las cuatro ruedas el deslizamiento de las ruedas delanteras debe ser igual al deslizamiento de las ruedas traseras. En otras palabras, el óptimo de la distribución del empuje es aquel que hace que el deslizamiento de las ruedas delanteras y traseras sea igual. Es interesante apuntar que cuando el deslizamiento de las ruedas delanteras y traseras es igual, if=ir, el rendimiento de deslizamiento s4 es simplemente igual a 1-if ó 1-ir, y el coeficiente de distribución del empuje no tiene ningún efecto en el rendimiento de deslizamiento (ver ec. 11 y 13). Como ejemplo, la figura 6 muestra la variación de s4 con Kd en un vehículo de transmisión a las cuatro ruedas.

    Debido a que la distribución del empuje afecta considerablemente al rendimiento de tracción de los vehículos con transmisión a las cuatro ruedas, es importante analizar los factores que influyen en esa distribución. Básicamente son dos:

    • El tipo de acoplamiento entre el eje delantero y trasero, que debe ser rígido, viscoso, embrague de rueda libre, etc.

    • La diferencia en velocidad teórica (sin deslizamiento ni patinazos) entre las ruedas delanteras y traseras.

    Este último factor se debe, normalmente, a la diferencia de los radios de los neumático trasero y delanteros, debido a diferencias en la presión de inflado, desgaste desigual o transferencia de carga. En vehículos extraviarios esta diferencia de velocidades teóricas puede alcanzar el 10%. Cuando el tamaño de las ruedas delanteras y traseras no es el mismo, a veces es difícil proporcionar la relación de transmisión adecuada que marca el tamaño de la rueda, y esto es también otra causa de la diferencia de velocidad teórica.

    La configuración más corriente de tractores con transmisión a las cuatro ruedas tiene un acoplamiento rígido entre el eje delantero y el trasero. Para este tipo de vehículos, la relación de velocidad angular delantera y trasera está fijada. La relación entre el deslizamiento de la rueda delantera y el de la trasera en un movimiento rectilíneo es, por tanto, función de la razón de velocidad teórica, Kv:

    (15)

    La variación de ir con if y Kv se muestra en la figura 7. Cuando Kv es igual a 0,85 e ir es menor del 15%, la rueda delantera patina y desarrolla un empuje negativo (fuerza de frenado). Por otro lado, cuando Kv es igual a 1,15 e if es menor del 13%, es la rueda trasera la que patina y desarrolla un empuje negativo. En ambos casos, se reduce el empuje máximo del vehículo.

    En una maniobra de giro, las ruedas de los ejes delantero y trasero siguen trayectorias diferentes con distinto radio de giro, lo que requiere que las ruedas tengan diferentes velocidades de traslación. Si el acoplamiento de los ejes es rígido, la rueda delantera patinará y desarrollará una fuerza de frenado. La figura 8 muestra el par en los ejes delantero y trasero en un vehículo con transmisión a las cuatro ruedas durante una maniobra de giro sobre pavimento seco. Puede verse que cuando el vehículo avanza, después de un período inicial, el par en el eje delantero es negativo, mientras que en el eje trasero es positivo. Esto indica que la rueda delantera patina, mientras que la rueda trasera desliza y desarrolla un empuje positivo.

    Hemos visto cómo la distribución de empuje depende de la razón de velocidad teórica, Kv. La figura 9 muestra la relación entre el coeficiente de distribución de empuje, Kd, y la razón de velocidad teórica, Kv, en un vehículo extraviario de transmisión a las cuatro ruedas con una distribución de peso por igual entre los ejes para diferentes valores del cociente empuje/peso en un movimiento rectilíneo. Es interesante hacer notar que cuando el cociente empuje/peso vale 0,2 y Kv es igual a 0,9, Kd es igual a 1, es decir, el vehículo es esencialmente un vehículo con tracción trasera.

    A partir de que Kv afecta a la relación entre el deslizamiento de las ruedas delanteras y traseras, y, por tanto, a la distribución de empuje entre los ejes de transmisión, el rendimiento de deslizamiento, s4, es función de Kv. La figura 10 muestra la variación de s4 con el cociente empuje/peso para distintos valores de Kv en un movimiento rectilíneo. Se puede ver que cuando Kv es igual a 1, el deslizamiento de las ruedas delanteras iguala al de las traseras, y el rendimiento de deslizamiento es el óptimo.

    Para comprobar este último resultados analítico (Kv=1) para alcanzar el máximo rendimiento en un vehículo extraviario se han realizado una serie de tests con un tractor de transmisión en las cuatro ruedas. Cuando la transmisión delantera engrana, los dos ejes de transmisión estaban rígidamente acoplados con una relación de transmisión de 0,752. Fueron anotadas las prestaciones de la barra de tracción del vehículo de test, con siete combinaciones diferentes de tamaño de neumático y bajo diferentes presiones de inflado. Esto produce un rango de la razón de velocidad teórica, Kv, entre 0,908 y 1,054.

    Los resultados del test muestran que las relaciones empuje-deslizamiento para todas las distintas disposiciones de los neumáticos delanteros son similares, y lo mismo sucede en los neumáticos traseros. Así, todos los datos obtenidos se combinan en la evaluación de los efectos de la razón de velocidad teórica, Kv, en el rendimiento de deslizamiento, rendimiento de tracción y rendimiento de consumo de combustible del tractor.

    La figura 11 muestra la relación del rendimiento de deslizamiento medido (definido como la ecuación 11 ó 13), el empuje total, y la razón de velocidad teórica. Cortando la superficie para un valor de empuje constante, se obtienen distintas relaciones entre s4 y Kv en función del valor del empuje (figura 12). Se puede comprobar que cuando Kv es cercano o igual a 1, el rendimiento de deslizamiento se encuentra en el máximo. De este modo, los resultados experimentales coinciden con los analíticos.

    La figura 13 muestra la relación del rendimiento de tracción medido, el empuje total, y la razón de velocidad teórica. De nuevo, cortando la superficie para un valor constante del empuje se obtienen las relaciones entre rendimiento de tracción y Kv, como se muestra en la figura 14. Se puede ver que cuando Kv es cercano o igual a 1, el rendimiento de tracción se encuentra también en el máximo. Esto se debe principalmente al hecho de que el rendimiento de deslizamiento es el componente principal del rendimiento de tracción.

    La figura 15 muestra la relación del rendimiento de consumo de combustible, el empuje total, y la razón de velocidad teórica. Otra vez, cortando la superficie para un valor constante del empuje se obtienen las relaciones entre el rendimiento de consumo de combustible y Kv, como se muestra en la figura 16. Se comprueba que cuando Kv es cercano o igual a 1, el rendimiento del combustible de un tractor con transmisión en las cuatro ruedas se encuentra también en un máximo.

    Todos los resultados analíticos y experimentales estudiados hasta ahora indican el cuidado que se debe poner en el diseño y manejo de un vehículo extraviario para alcanzar un rendimiento óptimo. Un vehículo extraviario con acoplamiento rígido entre ejes, alcanza el mayor rendimiento de funcionamiento cuando la velocidad teórica de las ruedas delanteras y la de las traseras deben ser iguales en movimiento rectilíneo, de manera que el deslizamiento de las mismas es el mismo en condiciones de trabajo. Esto requiere que los radios de giro de los neumáticos sean iguales.

    3. COEFICIENTE DE TRACCIÓN

    En la evaluación de las prestaciones de la barra de tracción o barra de tiro de un vehículo extraviario, la relación de la fuerza de tracción con la carga normal a las ruedas conducidas Wd, que generalmente se denota como coeficiente de tracción tr, es un parámetro ampliamente utilizado. Se expresa como:

    (16)

    Debe anotarse que así como la fuerza de tracción es función del deslizamiento, el coeficiente de tracción de distintos vehículos debe ser comparado bajo el mismo deslizamiento. La figura 17 muestra una comparación de los coeficientes de tracción de un vehículo con transmisión a dos ruedas y otro con transmisión a las cuatro, en un mismo terreno.

    4. RELACIÓN PESO-POTENCIA EN VEHÍCULOS EXTRAVIARIOS

    En vehículos extraviarios diseñados para tracción la relación Peso-Potencia deseada viene determinada por la necesidad de la utilización óptima de la potencia del motor para producir la fuerza de tracción requerida. Es, por tanto, función de la velocidad de funcionamiento. De la ecuación 7 la relación entre el cociente peso-potencia del motor y la velocidad de funcionamiento se puede expresar como:

    y

    (18)

    donde W es el peso total del vehículo, fr es el coeficiente de resistencia al movimiento, y Kwe es el factor de peso empleado y es el cociente Wd/W. El factor Kwe es menor que la unidad para vehículos con transmisión a dos ruedas, y es igual a uno en vehículos con transmisión a las cuatro ruedas o vehículos de cadenas. Si hay una transferencia de carga de la maquinaria de trabajo al vehículo, Kwe puede ser mayor que la unidad.

    La ecuación 18 indica que para un vehículo diseñado para operar en un rango de velocidad dado, el cociente peso-potencia del motor debería estar dentro de un límite determinado, de tal forma que se pueda mantener un nivel de rendimiento de tracción específico. La figura 18 muestra las variaciones de la relación deseada peso-potencia con la velocidad de funcionamiento para las dos clases de vehículos antes comentadas.

    Fig. 1 Efecto de la tensión de la cadena en el consumo de potencia

    Fig. 2 Efecto de la velocidad en el coeficiente de resistencia interna de varios tipos de vehículos de cadenas

    Fig. 3 Diagrama de prestaciones de tracción para tractores

    Fig.4 Variación del rendimiento de tracción con la fuerza de la barra de tracción

    Fig. 5 Comparación de las prestaciones de la barra de tracción entre un vehículo con transmisión a las cuatro ruedas y un vehículo con transmisión trasera sobre (a) terreno seco (b) terreno húmedo arcilloso

    Fig.6 Efecto de la distribución del empuje entre ejes en el rendimiento de deslizamiento de un vehículo con transmisión a las cuatro ruedas

    Fig. 7 Efecto de la razón de velocidad teórica en el deslizamiento de los neumáticos delanteros y traseros de un vehículo con transmisión a las cuatro ruedas con acoplamiento rígido entre ejes.

    Fig. 8 Par de distribución entre los ejes delantero y trasero en un vehículo con transmisión a las cuatro ruedas con acoplamiento rígido entre ejes durante maniobra de giro

    Fig. 9 Variación del coeficiente de distribución de empuje con la razón de velocidad teórica en un vehículo con transmisión a las cuatro ruedas con acoplamiento rígido entre ejes

    Fig. 10 Variación del rendimiento de deslizamiento con el cociente empuje/peso para distintos valores de Kv en un vehículo con transmisión a las cuatro ruedas con acoplamiento rígido entre ejes

    Fig. 11 Relación del rendimiento de deslizamiento medido, el empuje total, y la razón de velocidad teórica en un vehículo con transmisión a las cuatro ruedas sobre terreno arcilloso

    Fig. 15 Relación del rendimiento de consumo de combustible, el empuje total, y la razón de velocidad teórica en un vehículo con transmisión a las cuatro ruedas sobre terreno arcilloso

    Fig.14 Relaciones entre el rendimiento de tracción y la razón de velocidad teórica para diferentes valores del empuje total

    Fig.16 Relaciones entre el rendimiento de consumo de combustible y la razón de velocidad teórica para diferentes valores del empuje total

    Fig.12 Relaciones entre el rendimiento de tracción y la razón de velocidad teórica para diferentes valores del empuje total

    Fig. 13 Relación del rendimiento de tracción, el empuje total, y la razón de velocidad teórica en un vehículo con transmisión a las cuatro ruedas sobre terreno arcilloso

    Fig. 17 Variación del coeficiente de tracción con deslizamiento en un vehículo con transmisión a dos ruedas y con transmisión a las cuatro

    Fig. 18 Variación de la relación óptima peso-potencia en un vehículo con transmisión a dos ruedas y con transmisión a las cuatro

    Tabla 1 Características del motor

    Tabla 2 Características Empuje-Deslizamiento

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