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Al moverse, los vehículos se ven afectados por diferentes fuerzas de resistencia, como la fuerza de fricción debida a la interacción con la superficie de la carretera. Por lo tanto, los vehículos tienen que acumular la potencia necesaria para superar las fuerzas de resistencia para arrancar desde parado y acelerar. La resistencia de la carretera se llama resistencia de tracción y la tracción que supera esta resistencia crea el efecto de tracción. Además de la resistencia a la carretera, los vehículos deben resistir la resistencia del aire. Para los camiones es especialmente importante, ya que la resistencia del aire es proporcional al área de proyección frontal del vehículo y su velocidad elevada a la tercera potencia (s^3). Por lo tanto, los fabricantes de camiones deben prestar mucha atención no sólo a la caja de cambios y al parámetro de relación de transmisión (mín. y máx.), sino también a correlacionar estos parámetros con la potencia, el peso propio del vehículo, el peso bruto del vehículo, etc. vehículo, los especialistas tienen en cuenta la relación potencia-peso, es decir, la relación entre la potencia máxima del motor y su peso bruto.
Las características de la caja de cambios tienen un efecto significativo en la eficiencia del combustible. Empresas de renombre como Eaton, Allison y ZF desarrollan continuamente nuevas soluciones de cajas de cambios que ofrecen importantes ventajas a los propietarios de camiones comerciales. Cabe señalar que el rendimiento de la transmisión depende de las condiciones de la carretera, el ciclo de funcionamiento del motor (largos períodos de conducción a velocidad constante o paradas y arranques frecuentes), la velocidad media del vehículo, etc.
Los camiones varían mucho en tamaño, potencia y configuración; Las variedades más pequeñas pueden ser mecánicamente similares a algunos automóviles de pasajeros. Estos vehículos pueden ser muy grandes y potentes, y pueden configurarse para ajustar equipos especializados, como en el caso de los camiones de bomberos, las hormigoneras y las excavadoras de succión. Los camiones modernos funcionan en gran medida con motores diésel, aunque en Estados Unidos, Canadá y México existen camiones de tamaño pequeño y mediano con motores de gasolina. Los camiones modernos están diseñados para recorrer largas distancias. Por tanto, estos vehículos deberían estar equipados con cajas de cambios muy fiables y duraderas.
La transmisión del camión. Es una combinación de unidades interrelacionadas que ayudan a transmitir el par motor a las ruedas motrices. Además, el valor del par y su dirección pueden cambiar dependiendo de otros factores. Las transmisiones de diferentes marcas y modelos de camiones tienen sus propias peculiaridades, que están determinadas por factores tales como el número de ejes motrices, las características individuales de diseño del vehículo, etc. Las transmisiones manuales estándar de camiones incluyen necesariamente componentes tales como embrague, caja de cambios, árbol de transmisión, caja de transferencia. caso.
En cuanto al par, que se transmite mediante la transmisión a las ruedas motrices del camión, es directamente proporcional a las relaciones de transmisión. Las relaciones de transmisión las determinan los ingenieros para cada vehículo en particular durante el proceso de su desarrollo. El valor del par está determinado por las características técnicas y dinámicas que deben implementarse en el modelo que se está desarrollando.
Arrastrarse por zonas urbanas estrechas en medio del tráfico con frecuentes paradas y arranques, moverse por las huellas de neumáticos de una obra embarrada o circular por zonas residenciales de recogida de basuras: la aplicación específica de camiones o vehículos comerciales de las clases 6 - 8 puede establecer requisitos específicos para las cajas de cambios en comparación con sus homólogos de carretera. Sin embargo, no ha detenido una tendencia general de automatización en camiones y vehículos comerciales, que afectó especialmente a las cajas de cambios.
La caja de cambios manual ha sido probada durante décadas por millones de conductores de camiones comerciales, que consideran que esta solución es la más adecuada para los camiones: las cajas de cambios manuales son sencillas, relativamente económicas tanto en producción como en mantenimiento y garantizan un consumo reducido de combustible. Sin embargo, las cajas de cambios manuales tienen una desventaja importante, que puede eclipsar todas las ventajas mencionadas anteriormente y provocar disgusto entre los conductores: el cambio de marchas manual y la manipulación simultánea de los pedales pueden resultar bastante problemáticos, especialmente en el tráfico urbano. No es de extrañar que hoy en día los fabricantes de camiones, con las últimas tecnologías a su disposición, intenten satisfacer las necesidades de los conductores y hacer que el proceso de cambio de marcha sea más cómodo y seguro. Según numerosos trabajos de investigación, América del Norte está siguiendo a Europa en la tendencia de “no hacer cambios”, a medida que las cajas de cambios automáticas y manuales automatizadas continúan ganando popularidad en el segmento de camiones comerciales. Las razones incluyen una mayor eficiencia del combustible y una mayor productividad y contratación de conductores que con los manuales, además de una mayor seguridad.
En los camiones pequeños es posible encontrar cajas de cambios manuales que se asemejan a las soluciones de cambio aplicadas en los turismos. Suelen tener aproximadamente seis marchas y suelen tener un sincronizador. Para estos camiones, el sencillo patrón en H es fácil de operar. Sin embargo, la cosa se vuelve un poco más complicada cuando se trata de camiones más grandes y vehículos comerciales con más marchas. En estos camiones más grandes suele haber controles adicionales para ayudar a gestionar el control de las diferentes marchas. En los camiones más antiguos, el control suele ser una palanca separada montada en el piso o, más recientemente, un interruptor neumático montado en la palanca "H"; En los camiones más nuevos, el control suele ser un interruptor eléctrico montado en la palanca "H". Las cajas de cambios multicontrol se construyen con potencias mucho más altas, pero rara vez utilizan sincronización. Hay varias alternativas comunes para el patrón de cambio: Range, Splitter, Range-Splitter. Las cajas de cambios manuales de camiones actuales suelen ser "divisoras de rango".
Las transmisiones automáticas modernas tienen diferencias significativas con respecto a sus predecesoras, que se utilizaban en camiones comerciales. La principal diferencia radica en la cantidad de gamas de marchas y en el principio mismo de control de la transmisión del camión. El número de marchas en las antiguas cajas de cambios automáticas estaba limitado a 5 y el control se realizaba mediante sistema hidráulico. Hoy en día, los fabricantes de transmisiones ofrecen cajas de cambios automáticas de más de 5 marchas, que se controlan mediante electrónica. Además, las cajas de cambios automáticas modernas están equipadas con bloqueo del convertidor de par.
La lista de ventajas de las modernas cajas de cambios automáticas para camiones comerciales incluye un proceso de cambio de marcha suave. El consumo de combustible en caminos rurales es comparable al nivel de consumo cuando se utiliza la caja de cambios manual. La transmisión automática permite a los conductores conducir el camión de forma más fácil y segura, prestando más atención a la carretera y sin distraerse con el cambio de marcha manual. Los principales inconvenientes competitivos de las cajas de cambios automáticas para camiones comerciales son el mayor consumo de combustible, el mantenimiento y los problemas de transmisión automática que resultan en costosos servicios de reparación.
La transmisión manual automatizada (AMT) se considera otra solución de transmisión prometedora para camiones y vehículos comerciales. Las AMT son similares a las transmisiones manuales en términos de capacidades funcionales y principios operativos. Se puede decir que AMT es casi lo mismo que la caja de cambios manual, pero incluye servomotores e hidráulicos, que controlan el funcionamiento del embrague y el proceso de cambio de marcha. Los AMT destacan por su eficiencia. Además, las transmisiones automáticas no son tan costosas en mantenimiento y reparación como las transmisiones automáticas, y el consumo de combustible de las transmisiones automatizadas es comparable al nivel de las cajas de cambios manuales (a veces, las AMT pueden ahorrar incluso más combustible). Si los camiones con caja de cambios automática son fáciles de usar, pero requieren gastos considerables en combustible y servicios, entonces los camiones con AMT resultan no sólo convenientes sino también económicamente viables.
Sin embargo, debe tenerse en cuenta que cuando cambia una caja de cambios manual o AMT y activa el embrague, el par del motor se interrumpe y esa potencia no se transfiere por la transmisión a las ruedas. En una transmisión totalmente automática, el convertidor de par le permite cambiar de marcha sin interrumpir el par que pasa del motor a las ruedas.
Dado que las cajas de cambios automáticas y las soluciones AMT están impulsando gradualmente las opciones de cambio manual del mercado de transmisiones para camiones y vehículos comerciales, revisaremos estos tipos de cajas de cambios con más detalle.
La transmisión automática común incluye el convertidor de par, la parte mecánica, el sistema de control y los mecanismos auxiliares. El convertidor de par sirve como mecanismo de transmisión hidráulica, en el que la potencia se transfiere mediante el flujo de ATF. El convertidor de par consta del impulsor de la bomba, el rodete de la turbina y el arrancador. El mecanismo de bloqueo garantiza una mejor economía de combustible. El convertidor de par proporciona la conexión entre el motor y la transmisión, reduce las cargas dinámicas, evita que el motor se detenga durante sobrecargas y aumenta el par del motor cuando arranca desde parado y en condiciones difíciles de la carretera.
Las transmisiones automáticas tienen 3 engranajes planetarios y embragues de fricción, que aseguran el proceso de cambio de marcha de la transmisión. El valor de la relación de transmisión cambia gradualmente sin interrumpir el flujo de potencia. El cambio de marchas lo realiza el sistema de control en modo automático. Muchos modelos de transmisiones automáticas están equipados con un retardador hidrodinámico, que sirve para frenar el vehículo y reducir el desgaste de las pastillas de freno. El retardador suele instalarse en transmisiones automáticas de autobuses y maquinaria y vehículos que circulan por zonas montañosas. Las unidades de control electrónico (ECU) avanzadas de las transmisiones automáticas garantizan una alta adaptabilidad a las condiciones de la carretera y al estilo de conducción, y permiten implementar funciones adicionales. A petición del cliente, la transmisión automática puede equiparse con palancas de cambio automáticas de tipo botón o palanca.
Allison Transmission, uno de los mayores fabricantes del mundo de transmisiones automáticas para camiones y vehículos comerciales, equipa sus soluciones de transmisión con el sistema de diagnóstico de transmisiones de camiones llamado Prognostics, que permite al conductor monitorear el estado de los principales componentes del vehículo. La función Oil Life Filter controla el consumo de combustible, ahorrando combustible durante la conducción y durante el ralentí del motor. La función Filter Life Monitor informa al conductor sobre la necesidad de cambiar el filtro de la transmisión. La función Monitor de salud de la transmisión monitorea el estado de los circuitos de transmisión y advierte al conductor sobre la necesidad de un mantenimiento y reajuste oportunos.
Hoy en día, Allison Transmission ofrece una amplia gama de soluciones de transmisión para camiones y vehículos comerciales (modelos de transmisión de las Series 1000, 2000, 3000 y 4000). Allison diseñó otra solución de transmisión automática, el TC10, para vehículos de tracción. Las transmisiones Allison de la serie Torqmatic se utilizan para autobuses. Los camiones pesados, que se utilizan en la minería y la industria de la construcción, suelen estar equipados con transmisiones Allison de las series 5000, 6000, 8000 y 9000.
Volvo, un conocido fabricante de camiones, también ofrece soluciones eficientes de transmisión automática, como Powertronic. El Powertrónico Es una transmisión automática de 6 velocidades con control electrónico, que está diseñada para movimientos con operaciones frecuentes de parada y arranque. La transmisión Powertronic del camión está equipada con un convertidor de par para garantizar una alta fuerza de propulsión al arrancar desde parado sin interrupciones del par transmitido a las ruedas motrices. Por lo tanto, esta transmisión es una opción ideal para los camiones Volvo que operan en obras y en el tráfico urbano.
La empresa Voith ofrece la familia de transmisiones automáticas DIWA, destinadas a autobuses urbanos y suburbanos. La característica principal de estas transmisiones automáticas es que el par motor se transmite tanto mecánica como hidráulicamente. El arranque desde parado se realiza hidráulicamente y a medida que aumenta la velocidad de movimiento la participación hidráulica se va sustituyendo paulatinamente por la parte mecánica. Cabe señalar que la potencia del motor se divide antes de activar el convertidor de par y se combina después. Así, el convertidor de par y dos engranajes planetarios forman el primer engranaje hidromecánico. Por lo tanto, la transmisión DIWA funciona con alta eficiencia en una amplia gama de velocidades, asegurando un arranque suave desde parado y una aceleración constante. Entonces, el sistema de transmisión activa una transferencia de par puramente mecánica, que funciona con menos pérdidas. El convertidor de par funciona simultáneamente como retardador hidráulico, lo que garantiza la activación inmediata del freno hidráulico independientemente de la marcha engranada.
La alta eficiencia de esta transmisión se logra gracias a la combinación "convertidor de par diferencial". Mientras que las transmisiones automáticas comunes cambian de marcha 2 o 3 veces al inicio, Voith DIWA continúa usando la primera marcha, acoplando simultáneamente el convertidor de par y las piezas de transmisión mecánica del camión. Por tanto, un menor número de cambios hace que el movimiento del autobús sea más suave y reduce el desgaste de los discos de fricción. El convertidor de par en DIWA está ubicado en el medio de la caja de cambios, dicha ubicación ayudó a eliminar el exceso de tubos y mangueras de conexión.
La empresa alemana ZF también ofrece excelentes soluciones de transmisión para camiones y vehículos comerciales. Por ejemplo, la transmisión automática de 6 velocidades ZF EcoLife está destinada a camiones y autobuses. Esta transmisión cuenta con un eficiente sistema de enfriamiento, que permite operar en condiciones de temperatura más severas cuando la temperatura del aceite de la transmisión en el intercambiador de calor alcanza hasta 120°C. Además, los ingenieros de ZF utilizaron aquí el convertidor de par con tasas de aceleración más altas cuando el parámetro de RPM del motor es bajo. El amortiguador de vibraciones de par incorporado reduce el consumo de combustible al arrancar desde parado mediante la rápida desactivación del bloqueo del convertidor de par.
Otra transmisión automática de 6 velocidades ZF-PowerLine, destinada a vehículos comerciales ligeros, destaca por su economía de combustible gracias a un avanzado convertidor de par. Cabe señalar que el convertidor de par de la transmisión automática en las cajas de cambios ZF se utiliza al inicio del movimiento y deja de funcionar cuando el coche acelera a una velocidad de 10-15 km/h. en este caso no es necesario utilizar la 1ª marcha “prolongada”. La familia de transmisiones ZF Ecomat fue diseñada específicamente para autobuses urbanos y vehículos especiales.
Hoy en día, la electrónica juega un papel importante en el control de diferentes sistemas implementados en camiones. Actualmente, el microprocesador regula el funcionamiento no solo del encendido del motor, sino también del embrague y la caja de cambios. La principal ventaja del control electrónico sobre las opciones mecánicas, hidráulicas o neumáticas es una mejor capacidad de respuesta y la posibilidad de combinar una gran cantidad de parámetros. Se pueden cambiar diferentes modos de operación reconfigurando el software, en lugar de realizar cambios en el diseño de la transmisión. De este modo, la electrónica garantiza un funcionamiento más rentable del vehículo y una experiencia de conducción más segura. Por lo tanto, cada vez más camiones (especialmente los camiones pesados) están equipados con transmisiones manuales automatizadas. Mucha gente confunde este tipo de transmisión con la solución de cambio automático de marchas, pero las transmisiones automáticas, a diferencia de la AMT, tienen convertidores de par.
El diseño de una transmisión automatizada puede incluir un accionamiento electromecánico, electroneumático o electrohidráulico, que convierte las señales recibidas de la unidad de control electrónico (ECU) en un desplazamiento angular de la horquilla del embrague. El propio AMT dispone de un motor eléctrico con servoaccionamiento que mueve la horquilla del embrague. Esta solución técnica aparentemente sencilla está controlada por un complejo software que procesa las señales procedentes de la palanca tipo joystick situada en la cabina del camión cuando el conductor cambia de marcha. Por lo tanto, en la cabina del camión equipado con AMT sólo hay dos pedales: acelerador y freno. Esta transmisión de camiones apareció a finales de los años 90 y al principio los conductores percibían esta tecnología con desconfianza. Además, en aquella época las transmisiones automáticas eran mucho más caras que las transmisiones manuales. Pero hoy en día, con el desarrollo de tecnologías más avanzadas y rentables, cada vez más camiones están equipados con transmisiones automatizadas. Eaton fue la primera empresa en el mercado de transmisiones automáticas con su transmisión AutoShift lanzada en los años 90. Desde entonces, la cartera de productos de Eaton se ha complementado con un UltraShift de rango medio de 6 velocidades y UltraShift Plus pesados de 10, 11, 13 y 18 velocidades.
La transmisión mecánica automatizada (AMT) está ganando popularidad en la industria automotriz debido a su combinación de las ventajas de las transmisiones mecánicas y las transmisiones automáticas en términos de consumo de combustible, bajo costo, mayor comodidad de conducción y calidad de los cambios. Hoy en día, las transmisiones manuales automatizadas para camiones son producidas por una amplia gama de empresas: ZF, Volvo, Daimler AG, Eaton, Mack, Detroit Diesel, Mercedes, Man, etc. Ahora echemos un vistazo más de cerca a las notables soluciones AMT que ofrecen estas empresas.
Volvo Trucks ofrece la transmisión manual automatizada I-Sync de 6 velocidades, diseñada para camiones Volvo FL. Esta transmisión de camión está especialmente diseñada para el motor D7 y para circular por calles urbanas y zonas suburbanas. La propulsión electrohidráulica garantiza un cambio de marcha suave cuando se conduce en condiciones de tráfico urbano denso y con paradas frecuentes . La transmisión I-Sync está disponible en dos versiones: para motor D5K y para motor D8K. La palanca, situada detrás del volante, permite al conductor seleccionar el modo de cambio de marchas manual o automático. En los camiones con transmisión I-Sync no hay pedal de embrague; el cambio de marchas manual se realiza con la ayuda de la palanca antes mencionada. En el modo automático, la transmisión I-Sync cambia de marcha de forma independiente en un momento bien elegido. La capacidad de par de esta transmisión puede alcanzar hasta 1050 Nm, lo que convierte a la transmisión I-Sync en una opción ideal para camiones que operan en áreas urbanas.
Otra solución AMT muy conocida desarrollada por Volvo Trucks es la transmisión I-Shift. Esta transmisión se basa en una caja de cambios manual de engrane constante. El componente principal de esta transmisión "inteligente" es la unidad de control electrónico (ECU), que controla el funcionamiento del embrague de la transmisión y el proceso de cambio de marcha. La ECU cambia de marcha con mucha precisión gracias al análisis de datos sobre la velocidad del camión, el peso, el par requerido, la pendiente de la carretera y otros parámetros. El sistema también intercambia datos con el motor, que, a su vez, regula las RPM y el frenado del motor para lograr la máxima eficiencia. Esta solución de transmisión está diseñada para ahorrar hasta un 5% de combustible. Esta transmisión automatizada puede disponer de una o dos marchas reductoras, así como la opción de marchas atrás adicionales. Los engranajes reductores mejoran significativamente la capacidad de arranque desde parado, reducen la carga sobre el embrague al 75% y ayudan a evitar servicios de reparación adicionales.
Mack Trucks ofrece transmisiones automatizadas mDrive (12 velocidades) y mDrive HD (variantes de 13 y 14 velocidades) destinadas a diferentes modelos de camiones Mack.
Las transmisiones de camiones Mack están desarrolladas para funcionar sin problemas con los motores y ejes Mack MP, por lo que no hay problemas de compatibilidad o rendimiento. Con materiales duraderos, operación simple y fabricación estadounidense, estas soluciones de transmisión garantizan no solo cambios de marcha eficientes, sino también economía de combustible, desgaste reducido y una experiencia de conducción conveniente.
Detroit Diesel Corporation, una subsidiaria de Daimler Trucks North America (propiedad total de la alemana Daimler AG), ofrece transmisión manual automatizada DT12 destinada a camiones pesados. Esta transmisión para camión garantiza un rendimiento de cambio de marcha suave, durabilidad y facilidad de operación.
La transmisión DT12 vincula el motor a los ejes y se comunica con el DD13 y el DD15 en una red electrónica integrada para compartir datos que reducen daños, como la sobrecarga del embrague de la transmisión y la protección de la línea motriz. El DT12 utiliza información de un mapa topográfico para manipular las funciones del motor y de la caja de cambios, aprovechando el entorno del camión.
La familia de transmisiones automatizadas Mercedes-Benz PowerShift incluye varios modelos de transmisiones. El proceso de cambio de marcha en camiones equipados con PowerShift de 12 velocidades se implementa de forma rápida y fluida. Esta transmisión tiene un modo de “maniobras” y marchas para el tráfico de línea principal a altas velocidades y un nivel bajo de RPM. Los camiones de transporte Mercedes-Benz Actros están equipados con una versión mejorada de PowerShift 2. Gracias al uso del sistema de sensores avanzado, las marchas se cambian de forma más rápida y suave. Los camiones de construcción Mercedes-Benz Actros están equipados con el cambio AMT PowerShift Off-road de 12 velocidades, con varios modos de funcionamiento y 4 marchas atrás. El diseño de esta caja de cambios también incluye un sensor de inclinación y un avanzado sistema de arranque suave desde parado. El AMT PowerShift GO 240-8 de 8 velocidades se instala en los autocares turísticos Mercedes-Benz Travego y Tourismo.
MAN Nutzfahrzeuge Gruppe produce transmisiones automatizadas TipMatic, que crean una síntesis perfecta de confort y eficiencia. La transmisión TipMatic de 12 velocidades con modo “todoterreno” y 2 marchas atrás fue diseñada para los camiones pesados TGX y TGS.
Esta transmisión automatizada puede tener una marcha directa o una marcha de sobremarcha. Los modos de funcionamiento se seleccionan con la ayuda del conmutador situado en la consola central, mientras que las marchas se cambian mediante la palanca de cambios bajo el volante. La transmisión TipMatic puede equiparse con el retardador MAN PriTarder o con el intarder ZF. Bajo pedido, TipMatic puede equiparse con programas de control especiales: Profi (modo de cambio manual kick-down), Fleet (para conductores inexpertos).
A pesar de que cada vez más fabricantes de camiones prefieren instalar transmisiones automáticas o automatizadas en sus productos, las transmisiones manuales siguen teniendo una participación importante en el segmento de los camiones comerciales. Todavía hay muchos admiradores de las soluciones de transmisión manual fiables y de precio razonable, a quienes les gusta estar a cargo del proceso de cambio de marchas con la ayuda de la palanca de cambios de transmisión manual del camión. Las transmisiones de diez velocidades siguen siendo el tipo manual más común para los camiones pesados de carretera, aunque las cajas de 13 y 18 velocidades son populares entre los conductores de camiones de larga distancia y se aplican comúnmente con motores de alta potencia. Los camiones utilizados en la construcción y otras vocaciones tienden a tener cajas de cambios “baja-baja” de 11 velocidades con tres rangos de relación en lugar de las dos de las transmisiones de carretera. Empresas tan conocidas como Eaton, ZF y Volvo no renuncian a las opciones de transmisión manual para camiones y vehículos comerciales. La adopción de transmisiones totalmente automáticas y AMT en camiones ha sido impulsada en gran medida por las demandas de comodidad y conveniencia de los conductores, así como por cuestiones de seguridad. Por lo tanto, es difícil hacer predicciones precisas para una industria de alta tecnología, donde las empresas ponen mucho esfuerzo y importantes recursos financieros para desarrollar soluciones técnicas extremadamente complicadas que hace 10 o 15 años parecían increíbles. Quién sabe, tal vez en un futuro no muy lejano todas las operaciones comerciales se realicen mediante camiones autónomos.