I. LA CAJA DE CAMBIOS

Misión de la caja de cambios

La potencia (N) es igual a la fuerza del tractor (F) por la velocidad de avance (V), por tanto,

si la potencia suministrada por el motor fuera una constante (por ejemplo, la potencia

nominal) y quisiéramos ir a una velocidad elevada, la fuerza (F) que debería hacer el tractor

tendría que ser baja. Por el contrario, si quisiéramos que el tractor tuviera mucha fuerza,

obligatoriamente debería ir a baja velocidad.

Las labores agrícolas y forestales requieren el empleo de gran cantidad de máquinas siendo

la velocidad de avance y la fuerza de tracción diferentes en cada una de ellas. Esto nos

obliga a que el tractor disponga de un elemento en la transmisión que adapte la velocidad

del tractor y su capacidad de tracción a las requeridas por cada máquina.

La caja de cambios del tractor (CDC) es el elemento de la transmisión que permite obtener

un elevado número de relaciones de desmultiplicación (número de marchas) entre el eje de

entrada y el de salida de dicha caja, con lo cual, para un mismo régimen de funcionamiento

del motor se pueden obtener tantas velocidades de avance como marchas tenga la caja de

cambios. La caja de cambios es un elemento de la máxima importancia para el trabajo

eficiente del tractor y está sufriendo continuos avances.

Componentes y funcionamiento de la caja de cambios y del grupo reductor

Tal y como hemos comentado en el punto anterior, con el fin de aumentar el número de

velocidades los tractores disponen, generalmente de un grupo reductor colocado antes de la

caja de cambios propiamente dicha.

Existen diferentes tipos de cajas de cambios, aunque todas consiguen el mismo fin.

– EL GRUPO REDUCTOR

El grupo reductor consta de una palanca, llamada palanca reductora, que tiene tres

posiciones: velocidades cortas, punto muerto y velocidades largas.

La palanca reductora mueve un desplazable, el cual va visto de dos piñones L y C de

diferente tamaño, uno a cada lado. El desplazable se desliza sobre un eje estriado que recibe

el movimiento del disco del embrague.

Caja de cambios y grupo reductor

Debajo de este conjunto hay un eje con tres piñones de distinto tamaño fijos a él: dos (L’ y

C’) que sirven para engranar con los del desplazable, y el tercero que, en toma constante,

transmite el movimiento a la caja de cambios.

Cuando la palanca reductora engrana el piñón grande (L) del eje primario, con el piñón

pequeño (L’) del intermediario se consigue un aumento de revoluciones en el eje

intermediario y secundario. En este caso, se diría que se ha elegido en la palanca reductora

la opción de marchas Largas.

Cuando la palanca reductora engrana el piñón pequeño (C) del eje primario, con el piñón

grande (C’) del intermediario se consigue una disminución de revoluciones en el eje

intermediario y secundario. En este caso, se diría que se ha elegido en la palanca reductora

la opción de marchas Cortas.

Si la palanca reductora no engrana ningún piñón, el eje intermediario y secundario del

grupo reductor no se moverán, y habremos elegido punto muerto.

De esta forma se consigue a la entrada de la caja de cambios dos velocidades diferentes de

giro, lo cual duplica el número de velocidades de la caja de cambios.

Fundamentalmente tiene tres ejes denominados: primario (eje de entrada), intermediario y

secundario (eje de salida).

El eje primario recibe el movimiento del grupo reductor, luego, un par de piñones en toma

constante lo transfieren al eje intermediario.

El eje intermediario, en este caso, lleva cuatro piñones de diferentes tamaños solidarios a él,

uno en toma constante con un piñón del eje primario, otro (MA’) engranado con un

pequeño piñón para conseguir la macha atrás, y dos (1 y 2’) que engranan alternativamente,

según se desee, con los del eje secundario para conseguir las velocidades 1ª o 2ª.

Sobre el eje secundario van colocados dos desplazables, uno el de 1ª y marcha atrás y otro

el de 2ª y 3ª, independientes uno del otro, que pueden deslizarse sobre el estriado de este

eje. Cada desplazable se compone de un piñón unido a un collarín, en la garganta del cual

se aloja una horquilla que se acciona por medio de la palanca del cambio mediante unas

barras.

Hay que indicar que al ser los desplazables estriados interiormente y el eje secundario

también, si giran engranados con un piñón que les da movimiento y fuerza, transmiten su

movimiento al eje secundario que girará a su misma velocidad, y transmitirá su fuerza.

La palanca de cambio de esta caja de cambios tiene cinco posiciones: punto muerto,

primera velocidad, segunda velocidad, tercera velocidad o directa y marcha atrás.

En la posición de punto muerto no se encuentra engranado ningún piñón del eje secundario

con ninguno del eje intermediario, por lo que no hay transmisión de movimiento.

Al colocar la palanca en la primera velocidad el desplazable de 1ª-MA se desliza hacia la

izquierda engranando su piñón conducido con el piñón motriz correspondiente del

intermediario (1). Al ser, en este caso, el motriz pequeño y el conducido grande, la

velocidad de giro del eje secundario será pequeña.

Para pasar a segunda velocidad habrá que pasar la palanca de cambio de la posición 1ª a

PM con lo cual el desplazable de 1ª-MA queda desconectado del intermediario. A

continuación la palanca pasa a la barra correspondiente al desplazable de 2ª-3ª, y engrana al

piñón de este desplazable (conducido) con el correspondiente del eje intermediario (motriz)

En este caso el piñón motriz 2’ y el conducido 2 son prácticamente, de las mismas

dimensiones, de lo que se deriva una velocidad de giro en el eje secundario mayor que la

alcanzada por él en la primera velocidad.

Para pasar de 2ª a tercera velocidad la palanca pasará primero por el punto muerto

desengranando los piñones de la segunda velocidad, y después pasará a la posición de

tercera velocidad, con lo que las almenas del desplazable de 2ª-3ª, encajarán con las

almenas del piñón del eje primario, pasando el movimiento directamente del eje primario al

secundario sin sufrir la reducción de toma constante primario-intermediario,

consiguiéndose de esta manera la velocidad mayor de giro de esta caja de cambios

Caja de cambios - tercera

Para poner la marcha atrás, partiendo de punto muerto, se desplaza la palanca hacia la

posición MA con lo cual el desplazable 1ª-MA engrana con un piñón de marcha atrás, el

cual a su vez está engranado siempre con un piñón del intermediario (MA’). El piñón

situado entre el piñón del eje secundario y el piñón del eje intermediario invierte el sentido

de giro, y por tanto, el tractor se desplazará hacia detrás.

Caja de cambios- marcha atrás

CAMBIO EN TOMA CONSTANTE

En esta caja de cambios los piñones del secundario y del intermediario permanecen

engranados constantemente. Los piñones del secundario poseen un piñón lateral y no van

unidos al eje mediante estrías, con lo cual pueden girar libremente sobre dicho eje.

Entre cada dos piñones del eje secundario va colocado un desplazable que es interiormente

estriado. Este desplazable podrá desplazarse lateralmente sobre el eje secundario y al girar

lo hará solidariamente con éste. En ambos lados del desplazable van impresos interiormente

los negativos de los piñones laterales.

En la posición de punto muerto el desplazable se encuentra situado en el centro de los

piñones, sin engranar con ningún piñón lateral. En esta posición, el eje intermediario puede

estar girando y los piñones del secundario también, mientras el eje secundario no gira.

Para conectar una velocidad se desliza el desplazable a uno de los lados, con lo que el

desplazable engrana con el piñón lateral del piñón en toma constante elegido, pasando el

movimiento al eje secundario a través del propio desplazable. Para elegir la otra velocidad

se desliza el desplazable en el otro sentido hasta engranar con el otro piñón lateral.

Cambio en toma constante

CAMBIO SINCRONIZADO

Cuando se intentar engranar un piñón que no gira con otro que está girando, hay una gran

dificultad en hacer coincidir los dientes del primero con los huecos del segundo, con lo cual

se produce un fuerte rozamiento y golpeteo de uno contra otro, provocándose desgastes y

roturas en ambos piñones.

Estos inconvenientes desaparecen cuando los dos piñones están quietos o moviéndose a la

misma velocidad.

En las cajas de cambio, al ser los piñones de distinto diámetro, sus dientes giran a distintas

velocidades, existiendo mucha dificultad para poder realizar el cambio de velocidades si

estos mismos piñones son los que deben engranarse directamente, tal y como ocurre en las

cajas de cambio convencionales donde un piñón situado en el secundario es el que debe

engranarse con otro del intermediario.

En las cajas de cambio que disponen de cambios en toma constante, el cambio de

velocidades es más fácil, ya que los desplazables y piñones laterales tiene el mismo tamaño,

con lo cual, sus dientes y huecos pueden girar a la misma velocidad. Aún así, al presionar el

embrague, el eje intermediario se frena y el secundario sigue girando arrastrado por las

ruedas, con lo cual, es muy difícil conseguir que los piñones que se quieren engranar giren

a la misma velocidad.

Para solucionar este problema, se viene empleando en las cajas de cambio los cambios

sincronizados en el que los piñones laterales llevan adosada una pieza en forma de tronco

de cono llamada cono de sincronización. El núcleo dentado es estriado interiormente con lo

que puede desplazarse sobre el eje secundario y girar solidariamente con él. Unidos al

núcleo lateralmente, van dos piñones de sincronismo cuyo interior tiene una cavidad de

forma cónica. Sobre el núcleo se sitúa un desplazable cilíndrico dentado interiormente,

coincidente en negativo con el dentado exterior del núcleo.

Cambio sincronizado

INVERSOR

En muchos trabajos que realiza el tractor es necesario invertir el sentido de avance muchas

veces, para ello, normalmente, se recurre al empleo de la marcha atrás de la caja de

cambios del tractor. Sin embargo, cuando es necesario efectuar muchos cambios, el trabajo

se hace lento, cansado y con muchas posibilidades de equivocarse. Por ello, muchos

tractores vienen provistos de un inversor del sentido de avance.

El inversor, normalmente, va montado delante de la caja de cambios y se compone de:

_Un eje de entrada con un piñón solidario con él.

_Un eje intermediario con dos piñones solidarios.

_Un piñón (I) para invertir el sentido de giro.

_Un eje de salida estriado sobre el que gira loco un piñón (4) engranado con el anterior.

_Un mecanismo de mando accionado desde el puesto de conducción (mecánico o

hidráulico).

Figura.

Cambio sincronizado

El inversor funciona de la siguiente forma:

_Avance: el mecanismo de mando conecta el piñón (1) con el eje de salida, con lo que el

movimiento para directamente desde el eje de entrada hasta el de salida, por lo tanto el

sentido de giro de los dos ejes es el mismo.

_Retroceso: El mecanismo de mando conecta el piñón (4) con el eje de salida. El

movimiento pasa del eje de entrada al eje intermediario a través de los piñones (1) y (2).

Desde el piñón (3) de éste último eje el movimiento pasa al piñón (4), pero con una

inversión en el sentido de giro proporcionada por el piñón (1), por lo que el piñón (4) girará

en sentido inverso al piñón (1). Como el eje de salida está conectado ahora al piñón (4),

girará en sentido contrario al eje de entrada.

Dado que este mecanismo va instalado delante de la caja de cambios, el tractor dispondrá

del mismo número de marchas hacia delante que hacia detrás, y además con las mismas

relaciones de transmisión, ya que los piñones (1) y (2) por un lado y (3) y (4) por otro,

tienen el mismo número de dientes, con lo que la velocidad de giro del eje de salida es la

misma que la del de entrada.

CAJAS DE CAMBIO AUTOMÁTICAS

El funcionamiento de un tractor con caja de cambios convencional exige desembragar el

motor cada vez que se debe cambiar de velocidad (marcha). Esto provoca una interrupción

momentánea de la potencia transmitida a las ruedas que, durante el trabajo, plantea

bastantes inconvenientes ya que el tractor se frena, e incluso se para, y para volver a

moverse es necesario muchas veces elevar el apero con lo que la labor es irregular. En

cualquier caso, es necesario que el embrague soporte una fuerte sobrecarga en el momento

de iniciar el movimiento, produciendo un desgaste prematuro del mismo. Además, hay un

aumento de los tiempos muertos con lo que disminuye la eficacia en el trabajo realizado.

Para evitar estos problemas, muchos tractores montan hoy en su transmisión cajas de

cambio automáticas, también llamadas “Power Shift” o semiautomáticas, “Semi-Power-

Shift”. Se trata de cambios en los que no es necesario pisar el pedal del embrague para

cambiar de marcha.

Fundamentalmente, existen dos grandes tipos de cambios automáticos: el primero de ellos

se basa en los trenes de engranajes planetarios (o solares) comandados hidráulicamente,

mientras que en el segundo la conexión entre piñones y ejes se efectúa mediante engranajes

multidisco de accionamiento hidráulico (figura 5. 36) .

Cambio automático con tres velocidades adelante y marcha atrás.