Introducción

Uno de los problemas que enfrentan las empresas del autotransporte en México es la selección de vehículos adecuados para la prestación de sus servicios, es decir, vehículos con un desempeño apropiado para las condiciones geográficas del país. En este sentido, el tren motriz es un elemento que incide de manera determinante en dicho desempeño, además de tener una gran influencia en el consumo de combustible.

El tren motriz es el conjunto de elementos mecánicos que proporcionan y transmiten la energía que permite el desplazamiento de un vehículo. Está constituido por el motor, el embrague, la transmisión, el diferencial y las llantas. Cada uno de estos elementos deberá seleccionarse cuidadosamente para lograr el desempeño óptimo del vehículo. En este artículo se presentan algunos de los parámetros a ser considerados para el caso de la selección de transmisiones para vehículos pesados de transporte.

Definición

Una transmisión o caja de velocidades es el conjunto de mecanismos cuya función es la administración de la relación fuerza-velocidad de un vehículo, de ahí la importancia que la transmisión sea la adecuada para cada aplicación de vehículo, ya que los elementos que la conforman se diseñan teniendo como base la potencia que serán capaces de transmitir.

En la Tabla 1 se muestran algunas clasificaciones de transmisiones de acuerdo a su principio de funcionamiento y otras caracter&icaute;sticas.

Las transmisiones de engranes son las más comúnmente usadas, quedando en segundo lugar las transmisiones hidráulicas (automáticas) en el servicio de carga y pasaje.

Las transmisiones continuamente variadas se encuentran en fase experimental en lo que respecta al ramo automotriz, especialmente las de bandas que están siendo probadas en vehículos fórmula uno (F1), vehículos que cuentan con motores de gran potencia y par, por lo que no se descarta su posible aplicación en vehículos del servicio pesado, ya que mejoran la economía de combustible.

Mecánicas (engranes)

Hidráulicas

Continuamente variadas (engranes de fricción, cadenas, bandas)

Por tipo de operación

Manuales

Semiautomáticas

Automáticas

Por sincronización de elementos mecánicos

Sincronizadas

No sincronizadas

Por velocidad a desarrollar

Con sobremarcha

Sin sobremarcha

Tabla 1. Clasificación de las transmisiones automotrices de acuerdo a su principio de funcionamiento y otras características.

 

Características del vehículo

Las características importantes de un vehículo que están asociadas directamente con la transmisión son:

1. La capacidad de arranque (startability) es la máxima pendiente sobre la que el vehículo puede arrancar y se expresa por la siguiente ecuación:

A_rr= (T*P_d*P_t)/(r*PBV) (1)

donde:

2. La capacidad de ascenso (gradeability), define la capacidad de un vehículo para subir por una pendiente y se calcula con la ecuación siguiente:

A_s = (P_a+P_rr+P_ir)/(v * PBV) (2)

donde:

 

As :	Capacidad de ascenso.
Pa :	Pérdida de potencia debido a la resistencia aerodinámica.
Prr :	Pérdida de potencia debido a la resistencia al rodamiento.
Pir :	Pérdida de potencia debido a la inercia de las partes en rotación.
v :	Velocidad del vehículo.
PBV :	Peso bruto Vehicular.

 

3. La economía de combustible

Como se observa en las ecuaciones (1) y (2) otro elemento del tren motriz a considerar es el diferencial. Las diversas combinaciones de transmisiones y diferenciales permitirán que el vehículo tenga un buen desempeño sobre pendientes, sobre terreno plano o ambos.

La selección inadecuada de una transmisión dará como resultado un desempeño ineficiente del vehículo, es decir, el vehículo presentará deficiencias en su capacidad de arranque, en su capacidad de ascenso o nula economía de combustible.

Criterios de selección

Una transmisión se selecciona de acuerdo a los siguientes criterios:

• Par nominal de entrada. La capacidad torsional de la transmisión deberá ser igual o mayor que el torque entregado por el motor al que se acoplará.

   

• Peso Bruto Vehicular. Cada transmisión tiene un rango de aplicación en cuanto a peso total de la unidad, incluyendo la carga. También en función del peso, el fabricante determina el número de velocidades o marchas que permitirán un desempeño óptimo de la transmisión y, en consecuencia, del vehículo.

   

• Máxima velocidad a desarrollar por el vehículo de acuerdo a la norma federal vigente: 80 km/h para servicio de carga y 95 km/h para servicio de pasajeros, más 15 km/h para permitir maniobras de rebase.

   

• El rango de mínimo consumo específico de combustible del motor con el que se acople. Es decir, la transmisión deberá permitir su operación dentro del rango de máxima economía de combustible del motor con el que se acople.

Una vez establecidos los criterios de selección de la transmisión, es necesario determinar sus características de acuerdo al uso que tendrá el vehículo (ver Tabla 1).

El par nominal de entrada, el peso bruto vehicular y la máxima velocidad a desarrollar por el vehículo, determinan la capacidad de la transmisión en función de las condiciones de operación, el número de velocidades y si existe la necesidad del empleo de la sobremarcha (overdrive).

Las transmisiones con sobremarcha permiten que el vehículo desarrolle una velocidad mayor, pero se deberá tener cuidado de no exceder el límite superior de peso bruto vehicular fijado por el fabricante, ya que se corre el riesgo de que la transmisión se dañe.

Cuando las especificaciones de peso bruto vehicular de la transmisión que proporciona el fabricante no son excedidas, se tiene la seguridad de que la transmisión propocionará una capacidad de ascenso razonable, que no se verá afectada cuando se opere la sobremarcha de la transmisión en las condiciones adecuadas.

Una referencia para la selección de transmisiones con sobremarcha la propone Fitch [1]: "En resumen use la sobremarcha cuando pueda mantener velocidades del motor y del vehículo altas(...) Use pasos de diferencial rápidos para eliminar la sobremarcha cuando esto sea práctico" (es decir, cuando no se afecte la capacidad de ascenso).

Por otro lado se deberá tener siempre en cuenta que los cambios de marcha en la transmisión permitan operar el vehículo en la zona de mínimo consumo específico de combustible del motor y que la velocidad reglamentada (80 o 95 km/h) se alcance dentro de esta zona. Ver figuras 1 y 2.

Verificación de criterios

La manera de conocer si la selección es adecuada se hace al verificar los criterios de capacidad de ascenso, capacidad de arranque y la economía de combustible, por medio de la aplicación de las ecuaciones (1) y (2), además de la elaboración del diagrama de velocidades.

En la Figura 1 se muestra un ejemplo de un diagrama de velocidades con una configuración de tren motriz que no permite operar todo el tiempo dentro de la zona de mínimo consumo específico de combustible (área sombreada), debido a que los cambios de la transmisión (líneas horizontales) salen de ella. Esto origina notorios problemas en una pendiente al realizar los cambios de velocidad de 2a. a 3a .y de 3a. a 4a. y mayor consumo de combustible que una transmisión correctamente seleccionada.

 

La Figura 2 muestra una configuración de tren motriz que permite operar el vehículo todo el tiempo dentro de la zona de consumo mínimo de combustible, además que en el límite superior de la zona sombreada se alcanza la velocidad reglamentaria de 95 km/hr para el servicio de pasajeros.

Referencias

2. Fitch, J.W. Motor Truck Engineering Handbook. James William Fitch Publisher, 1984.

    

3. Bosch. Automotive Handbook. 2a. edición, Society of Automotive Engineers, 1986.

    

4. Riley, Thomas N.; Samuelson, Erick A.; Schmidt, Elizabeth M. New Ten Speed Transmissions Add Unique Features. Serie de Artículos Técnicos de la SAE 902277, Society of Automotive Engineers, 1986.

    

5. Sánchez, Manuel F.; Rafael, Mercedes; Guzmán, Carlos. "Método Simplificado para la Selección de Trenes Motrices para Vehículos del Servicio Público Federal". Memorias del Simposio Ciencia y Tecnología en el Estado de Querétaro, Septiembre, 1995.