Determinación de la fuerza de tracción y potencia a la barra de tiro del tractor New Holland 6610s

Determining the traction power and potential of the power drive of the New Holland 6610s tractor

M.I. Prof.Pedro R. Mayans-Céspedes¹ , E-mail: mayans@correo.chapingo.mx ,M.C., Prof. José R. Soca-Cabrera² y Dr.C. Prof.Gilberto López Canteñs³ y Dr.C. Prof.Eugenio Romantchik-Kriuchkova³

1 Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola, Universidad Autónoma Chapingo, km 38,5. Carretera México-Texcoco, Chapingo, Texcoco, Edo. de México, CP. 56230.

RESUMEN

Las pruebas energéticas de los tractores están estandarizadas y se rigen por normas que permiten determinar los principales índices del tractor. En el presente trabajo se reflejan los resultados de la prueba de tracción y potencia a la barra de tiro del tractor New Holland 6610S⁴ para la tercera, cuarta, quinta y sexta posición en la caja de cambio de velocidades en una pista de asfalto, utilizándose la norma MNX -Tractor agrícola–Determinación de potencia y fuerza de tracción a la barra de tiro –Método de prueba- y la NC -Máquinas agropecuarias y forestales. Evaluación energética. Metodología para su realización-. Los resultados de las mediciones realizadas fueron procesados en los paquetes CurveExpert versión 1.3 y Microsoft Excel XP 2002 con los cuales se construyeron las características y dinamogramas de la fuerza de tracción del tractor. La potencia máxima registrada en la barra de tiro en pista de asfalto fue de 18,03; 22,02; 24,89 y 34,14 kW para la tercera, cuarta, quinta y sexta velocidad respectivamente.

ABSTRACT

The energy tests for tractors are standardized and guided by norms which permit the principal indexes of the tractor to be determined. This paper reflects the results of tests of the traction and the potential of the power drive of the New Holland 6610S tractor on an asphalt road while in third, fourth, fifth and sixth gear speeds, respectively. The method known as the MNX Norm “Agricultural tractor - Determining the potential and traction power of the power drive - Test method” and the NC “Agricultural and Forest Machinery. Energy evaluation. Methodology for this purpose”. The results of these measurements were processed using the CurveExpert version 1.3 and Microsoft Excel XP 2002 software programs with which the tractor traction power characteristics were determined. The maximum power recorded for the power drive on an asphalt road was 18,03; 22,02; 24,89 and 34,14 kW for third, fourth, fifth and sixth gear speed, respectively.

Keywords: traction power, power drive, load cell, amplifier, fuel gauge, multimeter.

INTRODUCCIÓN

La mecanización de la agricultura ha permitido aumentar, principalmente, la capacidad de trabajo y la producción, ejecutar las operaciones con mayor oportunidad y calidad, reduciendo y dignificando el esfuerzo físico del hombre; sin embargo, los tractores y máquinas agrícolas tienen un alto costo de adquisición y operación en términos monetarios y energéticos (Hetz y Barrios, citados por De Erbiti y Paneque,1999).

Para lograr optimizar la explotación de la maquinaria agrícola y establecer métodos de organización que aseguren el correcto aprovechamiento de los medios de mecanización, eleven la eficiencia productiva y que las máquinas funcionen cumpliendo su trabajo con alta calidad y eficiencia energética es necesario el estudio detallado de las propiedades de explotación de los conjuntos y en especial el relacionado con la fuente energética, ya que de ello depende en gran medida los indicadores técnicos-económicos (Paneque et al.,1994). El presente trabajo tiene como objetivo determinar los principales índices de tracción del tractor New Holland 6610S para la tercera, cuarta, quinta y sexta posición de la caja de cambio de velocidad en una pista de asfalto.

MATERIALES Y MÉTODOS

Condiciones ambientales

Los valores medios de temperatura ambiente, presión atmosférica y humedad relativa fueron de 14,7°C, 0,0786 MPa y 75%, respectivamente en el periodo analizado.

Instrumentos y medio de medición

Todos los instrumentos de medición utilizados en la fase experimental fueron calibrados y verificados, cumpliendo cada parámetro medido con las tolerancias permitidas (MNX-O-169-SCFI, 2002). En el Cuadro 1 se muestran los instrumentos de medición con su precisión correspondiente. Además se utilizó como medio de medición el datalogger modelo NR-200 400 kHz.

CUADRO 1. Instrumentos de medición y su precisión

Metodología utilizada en la determinación de los indicadores energéticos del tractor

Para calcular los principales índices de tracción del tractor, se consultó la norma mexicana MNX-O-169-SCFI (2002):Tractor agrícola–Determinación de potencia a la toma de fuerza–Método de prueb a, otra norma mexicana, la NMX-O -203-SCFI (2004): “Tractor agrícola–Determinación de potencia y fuerza de tracción a la barra de tiro–Método de prueba” y la norma cubana NC 34–48 “Máquinas Agropecuarias y Forestales - Evaluación Energética–Metodología para su realización”.

Calibración de la celda de carga

La calibración se realizó antes y después de la prueba de tracción. La celda de carga se suspendió por uno de los extremos a la grúa, se conectó el amplificador y por el otro extremo se colocó un cable de acero para incrementar la carga a partir de pesos conocidos (Figura 1). Las señales originadas por la deformación de los extensómetros fueron registradas por el multímetro, que se conectó a los terminales del amplificador, obteniéndose las lecturas de carga. Las lecturas de descarga se obtuvieron eliminando pesos (cada 20 kg ), calculándose el valor promedio de las lecturas. En la Figura 2 se muestran los resultados de la calibración de la celda de carga.

FIGURA 1. Calibración de la celda de carga.

FIGURA 2. Variación de la deformación de los extensómetros en dependencia de la carga aplicada.

Dispositivo de carga y procedimiento utilizado en la prueba de tracción del tractor

Se empleó en calidad de dispositivo de carga a los tractores FORD 6600 y TW-20. La variación de la carga se logró cerrando el suministro de combustible a los cilindros y cambiando el número de marcha.

Para realizar la prueba de tracción del tractor se siguió el siguiente procedimiento:

1. Se instaló el medidor de combustible, datalogger y amplificador en el tractor New Holland 6610S (Figura 3).

FIGURA 3. Instalación de los instrumentos de medición. (1) Datalogger; (2) amplificador; (3) medidor de combustible.

2. Se enganchó la celda de carga por uno de sus extremos a la barra de tiro del tractor New Holland 6610S y por el otro a una cadena para remolcar al tractor que actuaba como freno (Figura 4). Se realizaron las conexiones correspondientes de la celda de carga al amplificador y de éste al datalogger que almacenó los resultados de la prueba.

FIGURA 4. Colocación de la celda de carga.

3. Durante la prueba de tracción se fue aumentando progresivamente la carga al tractor en las posiciones de la caja de cambio de velocidad seleccionada, realizándose para cada una de ellas dos repeticiones en una pista de asfalto con longitud aproximada de 200 m .

4. En el transcurso de la prueba se midió el perímetro de la rueda motriz, la distancia recorrida bajo carga para 20 vueltas de las ruedas motrices, el tiempo de duración del recorrido y el consumo de combustible.

Parámetros de tracción del tractor calculados a partir de los resultados de la prueba (Chudakov,1977 e Iglesias et al.,1999):

1. Fuerza de tracción en la barra de tiro: Se utilizó la ecuación obtenida a partir de la calibración de la celda de carga:

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Los modelos matemáticos que reflejan el comportamiento de los indicadores de tracción obtenidos a partir del incremento de la carga en la barra de tiro del tractor están contenidos en el Cuadro 2. En el mismo se observa que el modelo de mejor ajuste obtenido para la velocidad de trabajo y la potencia en la barra de tiro fue la racional, mientras que para el patinaje, el gasto horario y específico de combustible fueron la función exponencial, el modelo MFF y Weibull respectivamente.

En función de la frecuencia de rotación del motor, los modelos matemáticos de mejor ajuste para la potencia en la barra de tiro, fuerza de tracción y consumo de combustible es el modelo racional, mientras que para el consumo especifico es el growth rate (Cuadro 3).

En el Cuadro 4 se muestran los valores promedios de los indicadores de tracción para diferentes niveles de carga, así como el patinaje y frecuencia de rotación del motor para la cuarta posición de la caja de cambio de velocidad del tractor (i=75,86). A partir de estos resultados se construyó la característica de tracción y de velocidad del motor (Figuras 5 al 7).

En la característica de tracción se observa que al aumentar la carga aumenta la potencia de tracción, el gasto horario de combustible y el patinaje de las ruedas motrices, disminuyendo la velocidad de trabajo y el consumo específico de combustible. Este comportamiento se mantiene para cada posición en la caja de cambio de velocidad.

En la característica de velocidad del motor se observa que existe una disminución de la frecuencia de rotación cuando aumenta la fuerza de tracción, la potencia a la barra de tiro y el consumo horario de combustible, mientras que el consumo específico de combustible disminuye.

  CUADRO 2. Modelos matemáticos que reflejan el comportamiento de los indicadores de tracción del tractor para tercera, cuarta, quinta y sexta posición en la caja de cambio de velocidades

CUADRO 3. Modelos matemáticos que reflejan el comportamiento de los principales índices de tracción en función de la frecuencia de rotación del motor para la cuarta posición en la caja de cambio de velocidad

CUADRO 4. Valores promedios de los principales índices del tractor obtenidos durante la prueba de tracción a diferentes niveles de carga en las velocidades tercera, cuarta, quinta y sexta

FIGURA 5. Característica de tracción del tractor en pista de asfalto para las velocidades de trabajo seleccionadas.

FIGURA 6. Dependencia de la potencia en la barra de tiro y la fuerza de tracción del tractor con la velocidad del motor en pista de asfalto.

En el Cuadro5 se reflejan los índices de tracción del tractor obtenidos a carga máxima que ofrece el tractor freno en las posiciones de marcha seleccionadas, en el mismo se observa que aumenta la eficiencia en la transmisión con el incremento de la potencia de tracción, lo que indica un mejor aprovechamiento de las capacidades energéticas del tractor. En cuanto al factor de peso, fue aumentando con el crecimiento de la fuerza de tracción.

CUADRO 5. Valores medios de los principales índices del tractor obtenidos a carga máxima que ofrece el tractor freno en las velocidades seleccionadas en pista de asfalto

CONCLUSIONES

•  La potencia máxima obtenida en la barra de tiro del tractor durante la prueba de tracción en pista de asfalto fueron de 18,03; 22,02; 24,89 y 34,14 kW correspondientes a las posiciones de tercera, cuarta, quinta y sexta posición en la caja de cambio de velocidad, respectivamente.

•  El gasto horario de combustible alcanza su valor más alto cuando la potencia de tracción es máxima, siendo de de 9,72; 9,70; 10,14 y 13,81 kg/h para las posiciones de tercera, cuarta, quinta y sexta en la caja de cambio de velocidad, respectivamente.

•  El consumo específico de combustible alcanza valores mínimos de 539,10; 440,51; 407,39 y 429,68 g/kW·h para las posiciones de tercera, cuarta, quinta y sexta en la caja de cambio de velocidad, respectivamente. Estos valores corresponden a la potencia máxima de tracción.

•  En la característica de velocidad del motor se observó que existe una disminución de la frecuencia de rotación del motor de 2 183 a 2 057 min -1 cuando aumenta la carga de 0 a 11,26 kN, la potencia en la barra de tiro de 0 a 22,02 kW y el consumo de combustible de 3,8 a 9,7 kg/h. Mientras que el consumo especifico de combustible disminuye hasta 440,51 g/kW·h.

•  La eficiencia en la transmisión de la caja de cambio fue de 27, 34, 38 y 49% para la tercera cuarta, quinta y sexta posición en la caja de cambio de velocidad, respectivamente.

•  El factor de peso para cada transmisión seleccionada fue de 0,41; 0,42; 0,45 y 0,5 para valores de carga de 10,20; 10,86; 11,23 y 12,35 kN, respectivamente.

1. CHUDAKOV, D.A.: Fundamentos de la teoría y cálculo de tractores y automóviles, 435pp., Editorial MIR, Moscú, URSS, 1977.

2. DE ERBITI, M.E.; P. PANEQUE: Indicadores energéticos de dos conjuntos agrícolas utilizados en la siembra y cosecha de la papa en Cuba, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 8(3):1-7,1999.

3. JROBOSTOV, S.N.: Explotación del parque de tractores y máquinas, 552pp., Editorial MIR, Moscú, URSS, 1977.

4. MNX-O-169-SCFI: Tractor agrícola–Determinación de potencia a la toma de fuerza–Método de prueba, 37pp., D.F., México, Vig. 2002 .

5. MNX-O-203-SCFI. Tractor agrícola–Determinación de potencia y fuerza de tracción a la barra de tiro – Método de prueba, 35pp., D.F., México, Vig. 2004.

6. NC-34-48-1987: Máquinas agropecuarias y forestales. Evaluación energética. Metodología para su realización, 20pp., La Habana, Cuba, Vig. Julio 1987.

7. IGLESIAS, C. C.; P. PANEQUE;. L. SHKILIOVA: Evaluación y pruebas de tractores y maquinas agrícolas, 485pp., Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola, Universidad Autónoma Chapingo, Texcoco, México, 1999.

8. PANEQUE, P.; H. DE LAS CUEVAS; M. VILA; R. MEDERO: Parámetros de explotación de los tractores para la mecanización de los cítricos en Cuba, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 4(1):18-25, 1994.