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Transmissões e acoplamentos

 

Máquinas de construção são equipamentos produzidos para trabalhar em condições severas e para isto precisam de força. A força necessária para a execução de uma tarefa é originada a partir da potência do motor. Uma parte desta potência é utilizada pelos sistemas hidráulicos que acionam os implementos. O restante é utilizada para a movimentação e tração. Para que esta potência chegue até as rodas ou esteiras é necessário converter a potência do motor. Vamos abordar as formas de conversão da potência do motor para cada linha de equipamentos e como esta potência chega nas rodas ou esteiras. Estamos nos referindo às TRANSMISSÕES e seus respectivos ACOPLAMENTOS com o motor.

 

Trem-de-força

Antes de entrarmos no tema propriamente dito, TRANSMISSÕES e ACOPLAMENTOS, precisamos entender o conceito de trem-de-força. Chamamos de trem-de-força o conjunto de componentes que são responsáveis pela geração e transmissão de força até o solo para que o equipamento seja tracionado. Na figura abaixo temos um exemplo de trem-de-força composto pelo motor, conversor de torque, transmissão, diferencial e cubos redutores das rodas. A potência gerada no motor é conduzida e convertida em movimento das rodas após a passagem por todos os componentes citados. No entanto, os componentes que compõe o trem-de-força podem variar de equipamento para equipamento, porém o resultado obtivo tem a mesma função: o deslocamento e tração da máquina.

 

Acoplamentos

Conversor de Torque

Um conversor de torque é um tipo de acoplamento hidráulico que permite que o motor gire independentemente do esforço requerido pela transmissão. Se o motor gira mais lento, em situações de marcha lenta por exemplo, a quan- tidade de torque que passa pelo conversor de torque é menor, de modo que para manter a máquina parada é preciso apenas uma pequena pressão no pedal do freio.

No interior de um conversor de torque existem quatro componentes: bomba, turbina, estator e fluido hidráulico.

O vídeo neste link mostra como funciona um conversor de torque.

 


 

A caixa do conversor de torque é aparafusada ao volante do motor, de forma que funcione na mesma velocidade que ele. As aletas que geram a compressão do conversor de torque são anexadas à caixa, de forma que também funcionem na mesma rotação que o motor. O corte ao lado mostra como tudo está conectado dentro do conversor de torque.

A bomba dentro do conversor de torque é um tipo de bomba centrífuga. À medida que ela gira, o fluido é arremessado para fora, num sistema muito parecido com a forma que o ciclo de secagem de uma máquina de lavar roupas que arremessa água e roupas para a parede da bacia de lavagem. Quando o fluido é expelido, um vácuo é criado e mais fluido é puxado para o centro.

O fluido entra nas lâminas da turbina, que está conectada ao câmbio. A turbina faz com que o câmbio gire, movendo assim o equipamento. As lâminas curvas asseguram que o fluido externo que entra na turbina seja direcionado antes de sair do centro da turbina. É essa mudança direcional que leva a turbina a girar.

O fluido deixa o centro da turbina, movendo-se em uma direção diferente daquela que entrou. O fluido sai da turbina movendo-se em direção oposta àquela que a bomba (e o motor) está girando. Se o fluido pudesse atingir a bomba, diminuiria a rotação do motor, desperdiçando energia. É por isso que um conversor de torque possui um estator.

O estator está posicionado bem no centro do conversor de torque. Sua função é redirecionar o fluido que retorna da turbina antes que ele atinja a bomba novamente. Isso aumenta em muito a eficiência do conversor de torque.

O conversor de torque, como o próprio nome indica, possui a característica de transferir o torque do motor para a transmissão multiplicando o torque de entrada para um torque maior na saída. Para cada conversor de torque há uma relação específica de conversão indicada pelo fator de conversão como por exemplo 1:2,83. Ou seja, o motor recebe 1 de torque e entregua para a transmissão 2,83. Esta caracteristica, para máquinas de construção, é de extrema importância, pois o resultado da tração será maior e ajudará a máquina a vencer obstáculos com mais facilidade.

Outra característica importante dos conversores é o conceito de stall. Por não ser um acoplamento rígido, quando a transmissão impõe uma resistência à turbina, a bomba continua enviando fluído até atingir o limite do conversor. Depois deste ponto, o conversor de torque não atuará mais sobre a transmissão, pois chegou ao seu limite de conversão. Este ponto é chamado de stall. Neste momento, o operador deverá parar de acelerar pois a temperatura interna do conversor irá subir mais que o permitido pelo fabricante.

Em equipamentos como motoniveladoras que utilizam conversor de torque, existe um dispo- sitivo que transforma o acoplamento elástico em acoplamento rígido, ou seja, faz com que todo o torque gerado no motor seja repassado integralmente para a transmissão, como se fosse uma embreagem. Este sistema é chamado de Lock-up, que nada mais é que uma trava de acionamento manual que une a bomba à turbina, fazendo com que o conjunto passe a funcionar como apenas um elemento. Nesta condição a velocidade obtida pelo equipamento é constante, o que facilita o trabalho de acabamento em superfícies planas.

 

Embreagem

A embreagem nos permite unir suavemente um motor em rotação a uma transmissão que não está girando, através do controle da patinagem entre eles. Para entender como uma embreagem funciona, precisamos conhecer um pouco sobre atrito, que é a medida do quanto é difícil fazer um objeto deslizar sobre outro. O atrito é causado por picos e vales que existem em toda superfície - mesmo as mais lisas apresentam picos e vales microscópicos. Quanto maiores forem, mais difícil será fazer o objeto deslizar.

A embreagem é um acoplamento rígido, portanto todo torque que sai do motor é transmitido diretamente para a transmissão, ou seja, a relação entre o torque de entrada e o torque de saída é de 1 para 1 (1:1).

Em máquina de construção o acoplamento motor / transmissão através de embreagem pode ser en- contrado em equipamentos como motoniveladoras que, para sua operação, necessitam de velocida- des contantes. Como a embreagem é um acoplamento rígido, a obtenção de velocidades constantes é mais fácil quando comparado com conversores de torque sem o sistema lock-up.

 

DeClutch

Este sistema tem por finalidade desacoplar a transmissão do motor quando se necessita de maior potência do sistema hidráulico, ou seja, em algumas operações como carregamento de materiais quando este sistema é acionado o motor desacopla da transmissão e disponibiliza toda a potência do motor para a bomba hidráulica.

O DeClutch somente pode ser equipado em máquinas que possuem conversor de torque e normalmente necessita que o operador habilite esta função e todas as vezes que o operador pisar no freio ele é acionado. Com ele acionado a máquina terá ciclos de operação mais rápidos e consumirá menos combustível.

O DeClutch deve ser acionado somente durante a operação da máquina durante os deslocamento ele não pode ser acionado, pois se o operador pisar no freio a transmissão irá desacoplar e não auxiliará na frenagem da máquina, além da segurança o desgaste dos discos de freio será excessivo.

 

 

Transmissões

 

Power Shift

Existem dois tipos de transmissão Power Shift. A transmissão contra-eixos e a transmissão planetária. Nos dois tipos o princípio de funcionamento é o mesmo. O que difere as duas é a disposição das engrenagens dentro da caixa de câmbio.

A maioria dos equipamentos utiliza em seus equipamentos a transmissão Power Shift contra-eixos. A transmissão tem a função de levar para o(s) diferencial(is), torques e velocidades adequados para cada tipo de movimento do equipamento. O princípio de funcionamento é parecido com uma caixa de marchas mecânica: um eixo conectado ao acoplamento (embreagem ou conversor de torque) que fica solidário ao eixo de saída da transmissão através de engrenagens. A relação entre estas engrenagens determina a velocidade e o torque de saída. A diferença entre o câmbio convencional e a transmissão Power Shift está na forma de conexão das engrenagens ao eixo.

A transmissão Power Shift possui pacotes de mini-embreagens imersas em fluido que estão dispostos ao longo do eixos de entrada e saída. Quando uma marcha é selecionada, uma pressão hidráulica é aplicadade dentro dos pacotes fazendo com que os discos ligados ao eixo fiquem unidos aos discos ligados à carcaça do pacote. Neste momento, o eixo de entrada da transmissão fica conectado ao eixo de saída através de um par de engrenagens que confere um torque e velocidade ao equipamento. Na transmissão Power Shift a mudança de marcha é suave e pode ser aplicada com o equipamento em movimento. Esta característica faz com que este tipo de transmissão tenha muitas aplicações em máquinas de construção, pois além de robustez, oferece muito conforto durante as operações. O acionamento dos pacotes hidráulicos é feito através de gerenciamento eletrônico tornando o sincronismo de acoplamento das engrenagens preciso e suave.

Esta transmissão é utilizada principalmente em pás carregadeiras (com conversor de torque) e em motoniveladoras (com conversor de torque ou embreagens).

 

 

Power Shuttle

Power Shuttle é uma tipo de transmissão que possui um sistema de reversão através de pacotes com discos de embreagem (powershift) que permite manter a mesma marcha selecionada durante a mudança de sentido. A inversão de sentidos possui comando eletrohidráulico e não necessita parar a máquina para realizar esta operação nem acionar algum pedal de embreagem.

A troca de marchas deste tipo de transmissão também é suave e realizada através de um sistema eletrohidráulico e não necessita parar a máquina.

Este modelo de transmissão é muito utilizado na linha de tratores agrícola acopladas através de embreagem e na retroescavadeira o acoplamento se dá através de um conversor de torque devido a aplicação do equipamento.

Para a troca de marchas é necessário pressionar um interruptor localizado na alavanca seletora de marchas, diferente da transmissão Power Shift que não necessita desta operação.
A transmissão Power Shuttle é um equipamento de manutenção mais simples e proporciona conforto de operação, porém devido ao seu modo operacional não permite operações no modo automático.

Transmissão Hidrostática

Existem muitas formas de levar o torque e a potência do motor até os comandos finais e consequentemente até as rodas motoras da máquina. Uma das formas é utilizando a energua do fluido hidráulico. Para este tipo de transferência é chamada de Transmissão Hidrostática.

A bomba hidráulica que é acionada diretamente pelo motor térmico, converte a energia mecânica fornecida pelo motor em energia hidráulica na forma de vazão. Esta vazão é responsável por acionar os motores hidráulicos que convertem esta vazão em energia mecânica. Os motores hidráulicos são acoplados diretamente às rodas motoras da máquina e promovem assim o deslocamento do equipamento. A velocidade final resulta da vazão hidráulica disponibilizada pela bomba, normalmente máquinas equipadas com este tipo de transmissão possuem alguns ajustes pré definidos de velocidade, visando mais força, vazão e velocidade de deslocamento mais baixos, ou maior velocidade de deslocamento.

Este tipo de transmissão equipa principalmente as escavadeiras hidráulicas, minicarregadeiras, mini escavadeiras e alguns modelos de carregadeiras compactas e tratores de esteiras.

As transmissões hidrostáticas possuem algumas vantagens sobre as transmissões convencionais:

  • Melhor utilização da potência do motor, tornando o equipamento mais eficiente e econômico.
  • Menos peças de desgaste quando comparada com sistemas mecânicos.
  • Maior precisão dos movimentos do equipamento.
  • Gama infinita de velocidades dentro dos limites da vazão fornecida.
  • Permitem o movimento de contra rotação, pois não há diferencial.
  • Permitem movimentos independentes das rodas ou esteiras, proporcionando excelente tração em qualquer tipo de solo e até mesmo em curvas.
  • Baixo nível de ruído
  • Excelente conforto para o operador, pois os comandos de acionamento são hidráulicos.
  • Possibilidade de agrupamento das funções hidráulicas de translado e implementos em um só joystick.

Porém o custo de aquisição da transmissão hidrostática é superior ao das transmissões convencionais.

 


 

 

 

 

 

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