42

ENSAYO

5.1.- INTRODUCCIÓN

Sin las máquinas agrícolas no se habría

alcanzado el alto nivel de desarrollo de la agricultura de nuestros días.

Sus diseños y características facilitan la

ejecución de todo tipo de labores y tareas agrícolas, desde la más simples hasta las más complicadas.

Es de destacar que, para realizar eficazmente

su función, las máquinas agrícolas se tienen que adaptar a la gran diversidad de condiciones de trabajo que se presentan en la agricultura (suelo, clima, dimensión de explotación, plantas, variedades...), es por lo que existe en el mercado una gran variedad de tipos y modelos diferentes de tractores y máquinas agrícolas, lo que hace que para el agricultor sea una tarea muy difícil elegir la máquina que mejor se adapte a sus necesidades.

Los Centros Oficiales de Ensayos de Máquinas

Agrícolas (COEMA) fueron creados en los países desarrollados para verificar que las máquinas agrícolas se ajustan a los reglamentos técnicos de funcionamiento y de seguridad en el trabajo. De esta manera, cuando un agricultor compra una máquina, gracias a los ensayos realizados por los COEMA, tiene la seguridad de que responde a las características que ofertan.

Para hacer su trabajo los COEMA aplican

reglamentos técnicos que según su procedencia y ámbito de aplicación pueden clasificarse en:

• Nacionales: - Normas: publicadas por los Institutos

Nacionales de Normalización (AENOR en España, AFNOR en Francia, BS en Gran Bretaña, DIN en Alemania, etc.), de ámbito usualmente restringido al país de origen y de aplicación voluntaria, a no ser que la legislación las haga obligatorias.

- Preceptos legales: son de obligado

cumplimiento en cada país y pueden coincidir o no con normas.

• Internacionales: - Normas: publicadas por organismos

internacionales y cuyo ámbito incluye varios países, dependiendo en cada caso de los acuerdos establecidos.

- Códigos OCDE: publicados por la OCDE y de aplicación voluntaria por una serie de países, entre los que se encuentra España. El acuerdo entraña un compromiso de aceptación mutua de los ensayos realizados por los centros reconocidos.

- Directivas comunitarias: son preceptos

legales de obligado cumplimiento en los países de la CE, aunque deben ser homologados por la legislación nacional. Pueden coincidir o no con normas o códigos de ensayo.

Según su contenido, estos reglamentos

técnicos se aplicar a las características de funcionamiento a seguridad del trabajador y a la vial.

Los resultados de los ensayos que realizan los

COEMA se publican en boletines de ensayo de amplia difusión y dan lugar a homologaciones cuando, de acuerdo con la legislación, son aprobados por la autoridad competente.

Los ensayos más típicos de los tractores

agrícolas son ensayo de potencia mediante frenos, ensayo de estabilidad, ensayos del elevador hidráulico de los tractores, comprobación de la toma de fuerza y su protección, ensayo de frenado, ruidos y avisador acústico, cálculo del momento de inercia de los tractores, ensayo de las estructuras de protección, ensayo de asientos de tractores y ensayo de potencia a la barra.

• El ensayo de potencia surgió por la

obligatoriedad impuesta en el año 1964 por la falta de una información veraz sobre las potencias de los tractores existentes en el mercado.

• El ensayo de frenado, ruidos y avisador

acústico de los tractores se ha consolidado durante el año 1987 debido a que el tractor constituye una herramienta fundamental de trabajo para el agricultor.

• El ensayo de estabilidad es uno de los temas

que más preocupan a las autoridades responsables del mundo laboral, tanto de España como en la C.E., pues hay que destacar un hecho poco conocido, y es que la actividad agrícola está considerada como peligrosa tanto por la gravedad de los accidentes que se pueden producir como por la dificultad de tomar medidas adecuadas de prevención en el medio rural.

43

El tractor, el vehículo agrícola por excelencia, está diseñado para trabajar en condiciones difíciles de suelo y con pendientes considerables, pero por la gravedad de los accidentes y por su frecuencia, se puede considerar como una herramienta de trabajo especialmente peligrosa.

5.2.- ENSAYO DE LA POTENCIA. CURVAS CARACTERÍSTICAS DEL MOTOR

Su objetivo principal es determinar la potencia

del motor del tractor a través de su toma de fuerza.

Para la realización del ensayo se especifica

que la temperatura ambiente debe estar comprendida entre 15 y 27º y que la presión atmosférica no debe ser inferior a 966 mbar. Cuando esta presión no puede ser respetada en función de la altitud y no se dispone de una cámara a presión para realizar el ensayo, se puede modificar el reglaje de la bomba de inyección, indicándolo así como la presión en que se ha realizado el ensayo.

La conexión entre la toma de fuerza y el freno

normalmente a través de un cardan doble no deberá presentar un ángulo apreciable en sus articulaciones.

Existen diversos tipos de frenos que varían

según su capacidad de frenado o con el modo de realizarlo. Con respecto a la capacidad de frenado hay que tener en cuenta que existen motores desde 1 a 350 Kw., e incluso más.

Las velocidades de los motores oscilan entre

800 y 6000 r/min. y las de las tdf entre 300 y 1500 r/min.

Los frenos dinamométricos se componen, en

general, de dos elementos esenciales:

- Un rotor unido al árbol motor, que es el que transmite el par motor mM .

- Un estátor rodeando normalmente al rotor y que genera un par resistente

rM , opuesto a mM . El modo de realizar el frenado, es decir, la

absorción y la disipación de la energía desarrollada por el par motor, varía según la forma de estar unidos el rotor y el estátor. Las formas más usuales de absorción de energía son las siguientes:

- Por rozamiento mecánico: Freno de Prony,

consistente en unas mordazas de madera que rodean una polea unida al árbol motor, las cuales

son inmovilizadas mediante un brazo con unos pesos en el extremo.

- Por movimiento dentro de un fluido: Freno

Froude, consistente en el movimiento ya sea en aire o en agua, de una turbina. Ha sido y sigue siendo uno de los procedimientos más empleados. El fluido circula dentro de la carcasa y, debido al rozamiento, sale a una temperatura superior a la de entrada. Dicha carcasa tiene libertad de rotación alrededor del eje, siendo retenida por el par resistente ejercido mediante unos pesos o un dinamómetro de muelle situados en el extremo de un brazo. Tanto el rotor como la carcasa exterior van provistos de unos álabes de forma semitórica, intentando los del rotor arrastrar a los del estátor en su movimiento. Para poder variar la resistencia se intercala entre ambos una pantalla móvil, con la que se afecta una mayor o menor superficie de la zona de álabes enfrentados. La capacidad de absorción de potencia de un freno hidráulico es, análogamente a la que puede transmitir un embrague hidráulico, proporcional al cubo de la velocidad de rotación y a la quinta potencia del diámetro.

- Por reacción electromagnética entre inductor

e inducido: Freno de Foucault, consistente en generar corriente eléctrica.

En los ensayos de potencia el acelerador se

pone a plena carga, es decir, en condiciones de alimentación máxima del motor y se obtiene para cada velocidad de giro el par motor correspondiente y el consumo horario de combustible. Se mide la relación de transmisión entre la velocidad de giro del motor y la del freno con lo que se calcula en el motor el valor del par producido.

Como se conoce el régimen de giro se calcula

la potencia por la fórmula:

n•MN = Para determinar el consumo específico y el

consumo total de combustible se mide el tiempo que tarda el tractor en consumir una cierta cantidad de combustible para diferentes cargas y revoluciones del motor.

Con estos datos se calcula el consumo horario

y a continuación el consumo específico. Los resultados que se obtienen, característicos

de cada tractor, se representan en unos ejes cartesianos, en los que en abscisas se lleva el régimen de giro del motor en r.p.m. y en ordenadas, con escala variable, los valores de

44

potencia, par motor, consumo específico y consumo horario.

Las gráficas que se obtienen son semejantes a

las representadas a continuación:

1

2

3

4

1.- Curva de par. 3.- Curva de consumo horario.2.- Curva de potencia. 4.- Curva de consumo específico.

Figura 1.- Curvas características de un tractor.

5.3.- ESTÁTICA DE LOS TRACTORES La seguridad en la utilización de los tractores

agrícolas, exige determinar las coordenadas de su centro de gravedad, pues gracias a ellas se pueden determinar los denominados ángulos límites de vuelco.

Las cotas del c. de g. de un tractor se refieren

siempre al apoyo del eje trasero en suelo. Para el cálculo del c. de g. de un tractor se

considera un tractor simétrico, cuyo esquema se presenta en la figura siguiente:

y

x

l

y

P

0

B A

xG

G

P = peso del tractor.l = batalla o distancia entre ejes.A y B = reparto de peso en ejes.x = abscisa del c. de g.y = ordenada del c. de g.G

G

Figura 2.- Esquema de tractor para el cálculo del c. de g. Para el cálculo de la abscisa, se aplican las

ecuaciones fundamentales de la estática, midiendo previamente las reacciones en los apoyos de las ruedas delanteras y traseras.

Pl•Ax

l•Ax•P 0MB+A=P 0F

GG

=⇒=⇒=

⇒=

∑∑

Para el cálculo de la ordenada el método

consiste en elevar desde la horizontal el eje delantero del tractor a una determinada altura H midiendo la acción A que gravita sobre dicho eje a la mencionada altura.

l

yGH

O'

OR

BQ

N

PxG

r

R-r

A

α

α

αα

Figura 3.- Determinación de la ordenada del c. de g.

Aplicando momentos respecto a O se tiene:

( )( )rR•sen•Al•cos•A

Ry•sen•Pcos•x•P GG

−+++−=

αααα

( ) ( ) ( )[ ] αα sen•rR•ARy•Pcos•l•Ax•P GG −+−=− Despejando se llega a:

( ) ( )[ ] RrR•Atgc•l•Ax•P•P1y GG +−−−= α

Como Gy es función de α, para calcular α

se tiene:

NQN'OH +=

αsen•l=NO' ; ( ) αcos•rRRNQ −−= ( ) αα cos•rRRsen•lH −−+=

( ) ( ) 0RHsen•lcos•rR =−+−− αα Ecuación de la que se puede obtener α, para

ello:

( ) ( )HRsen•lcos•rR −+=− αα

( )( ) ( ) α

αα

sen•l•HR•2HR

sen•lcos•rR2

2222

−+−+

+=−

( ) ( )( ) ( ) α

αα

sen•l•HR•2HR

sen•lsen1•rR2

2222

−+−+

+=−−

( ) ( )( ) ( ) α

αα

sen•l•HR•2HR

sen•lsen•rRrR2

22222

−+−+

+=−−−

( )[ ] ( )( ) ( ) 0rRHRsen•l·

•HR•2sen•rRl22

222

=−−−+

−+−+

α

α

Llamando:

45

( ) TrRl 22 =−+

( ) Ul•HR•2 =−

( ) ( ) VrRHR 22 =−−− La ecuación anterior queda expresada por:

0Vsen•Usen•T 2 =++ αα De donde se obtiene:

T•2V•T•4UUsen

2 −±−=α

Llamando

T•2V•T•4UUW

2 −±−=

Se tiene:

Warcsen=α Una vez determinadas la coordenadas

( )GG y,x del centro de gravedad del tractor, se calculan los ángulos límites de vuelco.

El ángulo límite longitudinal se calcula

suponiendo el tractor parado en una pendiente como se muestra en la siguiente figura:

l

O

R

B

PxG

r

A

α

α

α

BB

A A

T

N

N

T

y

G

Figura 4.- Cálculo del ángulo límite longitudinal.

Aplicando momentos respecto a O se tiene:

GG ysenPxPlA •••cos••cos• ααα =+

lysenPxPA GG •••cos• αα +−

=

En el límite de vuelco:

GG ysenPxA •••cos•0 αα =⇒= P

G

G

yxtg =α

El ángulo límite transversal se calcula

considerando el tractor parado en una pendiente como se muestra en la figura siguiente:

B

b

P

A

yGβ

ββ

β

O

Figura 5.- Cálculo del ángulo límite transversal.

Aplicando momentos respecto a O se tiene:

b•2•cos•Ay•sen•Pb•cos•P G βββ += ( )

βββ

cos•b•2y•senb•cos•PA G−

=

En el límite de vuelco:

⇒⇒= sen•y=cos•b 0A G ββ

GG y•2vía de Ancho

ybtg ==β

Las pruebas de estabilidad lateral de los

tractores se hacen elevando el tractor como se indica en la siguiente figura:

β

Figura 6.- Prueba de estabilidad lateral.

El valor mínimo permisible de β en el instante

de comienzo del vuelco debe ser de 38º. El método expuesto es, evidentemente,

inexacto. Para conseguir una mayor precisión se puede utilizar un método que permite medir momentos de inercia de tractores y con el cual la obtención de la ordenada del centro de gravedad es teóricamente exacta.

Para calcular el momento de inercia en los

tractores se usa un método consistente en

46

balancear el tractor en un péndulo como se presenta a continuación.

En dicho esquema puede verse el conjunto del

mecanismo utilizado.

1

2

43

5

6

7

1.- Soporte.2.- Célula fotoeléctrica

3.- Soporte lateral.4.- Eje de oscilación.5.- Eje de oscilación.6.- Plano inferior del balance.7.- Pistón.

para control oscilaciones.

Figura 7.- Esquema del banco para la medida del momento de

inercia y de la ordenada del c. de g. de tractores. El cálculo del momento de inercia se puede

efectuar como sigue: Se hace balancear al tractor en tres posiciones

del péndulo y en ellas se calcula en cada una el período de oscilación. Como se trata de un péndulo físico, el período viene dado por la fórmula:

oo

oo a•g•M

J••2T π=

Siendo:

oT = Período.

oJ = Momento de inercia respecto al eje de oscilación.

oM = Masa del sistema.

oa = Distancia entre G (c.d.g.) y el punto de oscilación.

Despejando se tiene que:

2oo

2o

o •4a•g•M•TJ

π=

Como, por el teorema de Steiner:

o2ooo M•aIJ +=

Siendo:

oI = Momento de inercia respecto al c.d.g. del conjunto.

o2o2

oo2o

o M•a•4

a•g•M•TI −=π

Ecuación de la que se obtiene oI en función de

datos todos conocidos. Es importante destacar que oI es el momento de inercia del conjunto (Tractor + calzos + péndulo)

∆10

20

30

MG

a''0xG

a0

a'0

Figura 8.- Modelo matemático usado.

Tomando como centro de giro el punto 2 e

igualando con la expresión anterior, se tiene que:

o2'o2

'oo

'o

o2o2

oo2o

o M•a•4

a•g•M•TM•a•4

a•g•M•TI −=−=ππ

Llamando '

oo aa −=∆ y despejando oa en la ecuación anterior, se tiene:

( )2o

2'o

2

222'o

o TT•g•8••4g•T•a

−+

∆+∆=

ππ

Es conveniente hacer tres ensayos para poder

verificar el resultado obtenido, con el cálculo anterior.

Para el cálculo de la ordenada del c.d.g. del

tractor respecto al plano superior del balance se procede como sigue:

A

a

h

hh

dd

d

M G tractor

M G conjunto

M G calzos

M G péndulo1

23

t tc c

p p

o o2

1

G1

0

Fulcro

Figura 9.- Péndulo usado y cotas medibles.

Se sabe que:

pc1o MMMM ++= Siendo:

47

oM = Masa del sistema. 1M = Masa del tractor. cM = Masa de calzos. pM = Masa del péndulo. Como:

( ) 1p2cooG1 h•Mh•MM•aAh•M1

−−−=

Despejando, se tiene:

( )1

1p2cooG M

h•Mh•MM•aAh

1

−−−=

Ecuación en la cual todo es conocido y de la

que obtenemos la ordenada del c.d.g. del tractor con respecto al plano superior del balance.

Para el cálculo de la ordenada del c.d.g. del

tractor, se procede como sigue:

calzo

Fulcro

punto dereferencia

punto dereferencia

calzo

a

x R R

M

G

M

h y R R

0

2 1

l d

1

G1 3 4

Figura 10.- Cálculo de la ordenada del tractor.

Si 3412 RRRR −=− ⇒ 12 RRxy −+= Si ⇒−=/− RRRR 3412

d1

123412 MM

RRRRRRxy+

+−−+−+=

Un ejemplo aclarará los conceptos expuestos: • Definición del tractor:

- Marca: Renault. - Modelo: 60. - Tipo: Viñedo - Masa total: 1560 Kg. - Eje delantero: 550 Kg - Eje trasero: 1010 Kg.

• Referencias del tractor:

Definición de los puntos de referencia

Altura Con respecto al

suelo Con respecto al plano superior del balance

- Delante 514 mm. 248 mm. - Detrás 407 mm. 164 mm.

• Pesos y posición de los calzos:

- Masas: - Delante: 20 Kg. - Detrás: 18'8 Kg

- Posición del centro de gravedad de los calzos con respecto al plano superior del balance:

- Delante: 75 mm. - Detrás: 70 mm.

- Posición del c.d.g. de los calzos con respecto al plano vertical medio del balance:

- Delante: 0 mm. - Detrás: 0 mm.

- Descripción de los calzos: - - Delante: + calzos de madera. - - Detrás: I

• Medidas de períodos de oscilación:

- En posición alta:

Numero de oscilaciones

Tiempos en s.

530 550 510

669'8 695'5 644'6

Distancia al plano superior del balance:

- Delante: 1760'5 mm. - Detrás: 1760'5 mm. - En posición baja:

Numero de oscilaciones Tiempos en s.

72 144 144

77'6 155 155

Distancia al plano superior del balance:

- Delante: 552 mm. - Detrás: 552 mm. - En posición intermedia:

Numero de oscilaciones Tiempos en s.

400 450 400

419 471'2 419'2

Distancia al plano superior del balance:

- Delante: 1156 mm. - Detrás: 1156 mm.

Como:

( )2o

2'o

2

222'0

o TT•g••8••4g•T•a−+∆

∆+∆=

ππ

48

- Posición alta:

.mm5'1760d s; 5275'2T 1o == - Posición baja:

.mm552d s; 1537'2T 2'o ==

m. 1'2085=mm 5'1208dd 21 =−=∆ 22 m 4605'1=∆ 22

o s 3883'6T = 22'

o s 6384'4T = 22

o2'

o s 7499'1TT −=−

7499'1•81'92085'1•8690'9•84605'1•8690'9•481'9•6384'4•2085'1ao −

+=

⇒= m 2470'7786447'112ao m. 4396'1ao =

Para el cálculo de la ordenada del centro de

gravedad del tractor respecto al plano superior del balance, se aplica la expresión:

( )

1

1p2cooG M

h•Mh•MM•aAh

1

−−−=

Como: oa = 1'4396 m. A = 1d = 760'5 mm. cM = 20 Kg (delante) + 18'8 (atrás). pM = (obtenida previamente) = 0'028 m. 1M = 1560 Kg. oM = cp1 MMM ++ = 2280'8 Kg. 1h = (obtenida previamente) =0'028 m.

==

(detrás) .mm 70h(delante) mm. 75h

'2

2

⇒+= h•Mh•Mh•M '2

'a

'2

'd2c ad

m•Kg 2'816=m 0'07•Kg 18'8+m 0'075•Kg 20 m•Kg 096'19h•M 1p =

( )1560

096'19816'28'2280•4396'17605'1h1G

−−−=

m 4527'0h1G =

Para el cálculo de la ordenada del centro de

gravedad del tractor: Como:

Delante m. 2660'0RR m. 248'0Rm. 514'0R

343

4 =−⇒

==

Atrás m. 243'0RR m. 164'0Rm. 407'0R

121

2 =−⇒

==

Como 1234 RRRR −>− , se emplea la

expresión:

( )i

1

123412G M

MRRRRRRxy

o+

−−−+−+=

⇒= hxiG m 4527'0x =

1010•1560

023'0243'04527'0yoG ++=

m 7106'0yoG =

Para el cálculo del momento de inercia del

sistema: Como:

ooc2o

2o

o a•a•M•4

g•M•TI

−=

π

2oT = 6'3883 s2.

oM = 2280'8 Kg. g = 9'81 m/s2. π = 3'1415.

2a = 1'4396 m.

( ) m 4396'1•m•Kg 3283'4397-m•Kg 8320'3620Io = 2

o m•Kg 71'485I = Para el cálculo del momento de inercia del

tractor: Como:

23pp

2cc

211o1 d•MId•Md•MII −−−−=

oI = 485'71 Kg·m2.

1M = 1560 Kg.

( )oG1 aAhd1

−−= = 0'1318 m.

m. 0'2464=atrásm.2459'0delante

21G2 hdhd1

==<−−=

11G3 hdhd1

−−= = 0'2929 m.

pI = (calculado previamente con el ensayo en vacío del péndulo) = 171 Kg·m2.

222

11 m•Kg 0991'27s 13'0•1560d•M == 222

2c 2464'0•8'182459'0•20d•M += 22

2c m•Kg 3507'2d•M =

49

2232p m•Kg 5090'582929'0•682d•M ==

2p m•Kg 171I =

2o m•Kg 71'485I =

21 m•Kg 7512'226I =

5.4.- ENSAYO DE ESTABILIDAD. DINÁMICA DEL TRACTOR

El estudio de la dinámica de los tractores debe

ir precedido de algunos conceptos básicos. La resistencia al esfuerzo de tracción del

terreno se mide mediante una plancha de hierro rectangular con resaltes, que se asemeja a la cadena de un tractor oruga o al perfil de un neumático. Se va tirando de ella una vez clavados los resaltes en el suelo hasta que va cediendo el terreno e incluso llega a romperse, resulta una curva de deformación tal como se indica en la figura siguiente:

xDesplazamiento

T

T

máx

Q

T

Figura 11.- Ensayo de esfuerzo de tracción del terreno. En un suelo dado, si se expresan en un

diagrama los esfuerzos máximos Tmáx en función de la carga que gravita sobre la placa Q, se observa experimentalmente que están relacionados linealmente según la ecuación de Coulomb:

αtg•Qc•STmáx +=

Siendo S la superficie de apoyo (cm2), c el

coeficiente de cohesión (Kg/cm2) y α el ángulo de rozamiento interno del suelo.

La resistencia a la rodadura de una rueda R, es

semejante al rozamiento de un sólido, por lo que, en general, se considera que es proporcional a la carga normal B que soporta dicha rueda.

B•R ρ=

Como ρ puede expresarse por βtg , se tiene

que la fuerza necesaria para la rodadura puede expresarse:

B•R ρ= o βtg•BR = Siendo: ρ = Coeficiente de rodadura. β = Ángulo de rozamiento rueda - suelo. Esta fórmula es válida para el tractor en su

conjunto, aunque es más exacto determinar independientemente los coeficientes de rodadura de las ruedas delanteras 1ρ y traseras 2ρ :

2

22

1

11 B

R;BR

== ρρ

Siendo el coeficiente de rodadura total:

BB•B•

BRR 221121 ρρρ +

=+

=

El coeficiente de tracción τ de una rueda motriz

en un suelo determinado, se define como la relación entre la fuerza de tracción T y la reacción normal B del suelo y la rueda:

ετ tgBT

==

Para que la rueda no resbale habrá de ser ε <

β, siendo β el ángulo de rozamiento entre el neumático y el suelo:

βετ tgtg <=

El valor del coeficiente de tracción varía con el

tipo de terreno, el estado de humedad en el que se encuentra y con el tipo (perfil y dimensiones) del neumático.

La relación entre el par motor de la rueda M y

el radio bajo carga or se denomina fuerza periférica U, y viene dada por:

orMU =

La fuerza de tracción disponible en un

neumático es igual a la fuerza periférica U menos la resistencia a la rodadura R:

RUT −=

El coeficiente de adherencia µ es algo superior

al coeficiente de tracción y se define como la relación entre la fuerza periférica U y la reacción normal B del suelo con la rueda motriz:

50

ρτµ +=+

==B

RTBU

Estos coeficientes ρ, τ y µ han sido estudiados

para diversos tipos de rodadura y suelos en diferentes condiciones ofreciendo los siguientes valores:

Neumáticos Cadenas Tipo de suelo τ ρ µ τ ρ µ

Pista de hormigón seca Camino de tierra: suelo seco apelmazado Suelo agrícola seco Suelo agrícola húmedo Suelo limoso húmedo Arena suelta seca

0'84-1'1

0'8 0'7

0'5-0'65 0'45-0'6

0'15 0

0'02-0'03

0'05

0'06-0'08 0'1 0'2

0'35

0'87-1'12

0'85 0'75

0'58-0'71 0'7

0'35 0'2

_

1'251

0'85

0'650'55

_

0'06

0'07

0'10'2

_

1'311'060'92

0'75

Tabla 1.- Valores de los coeficientes de tracción, rodadura y adherencia.

Para el estudio de la dinámica del motor se le

puede considerar trabajando en pendiente longitudinal, realizando un esfuerzo de tracción T, según se presenta en la figura siguiente:

yO'

RB xG

Aρ

α

b

B

aAN

N

T

G

O

Figura 12.- Dinámica del tractor.

Aplicando momentos respecto a O se tiene:

b•sen•Ta•cos•Ty•sen•Px•cos•Pl•B GGN

ρραα

−−−−=

Despejando:

( ) ( )l

sen•bcos•a•Tsen•ycos•x•PB GGN

ρ+ρ−α−α= (I)

Igualmente aplicando momentos respecto a O'

se obtiene:

( )( )lb•sen•Ta•cos•T

y•sen•Pxl•cos•Pl•A0 GGN

+−−−−−−=

ρραα

Despejando:

( )[ ] ( )[ ]l

sen•lbcos•a•TGy•senGxl•cos•PNA

ρραα ++++−=

(II)

La expresión ( )[ ]l

sen•lbcos•a•T ρρ ++ se

denomina transferencia de carga.

De (I) se puede deducir el valor de máxT ,

que viene determinado por 0B = (No debe ser menor de 10% B )

( )

( )⇒+==− sen•bcos•a•T

sen•ycos•x•P

máx

GG

ρραα

( )ρρ

ααsen•bcos•a

sen•ycos•x•PT GGmáx +

−=

Evidentemente los valores de a y b, es decir, la

posición de colocación del apero, influye en los valores de esfuerzo de tracción máximo que puede realizar el tractor.

5.5.- ENSAYO DE LA POTENCIA A LA BARRA Los ensayos de potencia a la barra deben

realizarse en una pista de hormigón seca para los tractores de ruedas y en una superficie de pradera o de macádam para los tractores de cadenas. En los tractores de ruedas deben indicarse los neumáticos empleados.

Igual que en el caso del ensayo de la potencia

al freno, la palanca del acelerador debe estar situada al máximo de alimentación.

La dirección de la fuerza de tracción debe ser

horizontal y la colocación del enganche debe ser tal que se mantenga en el eje delantero un apoyo de al menos un 20% de la carga.

Los resultados obtenidos, y consecuentemente

las curvas que deben ser dibujadas son: potencia a la barra bN para las distintas marchas del tractor y resbalamiento σ (%) en función de la fuerza de tracción T. En los tractores de ruedas, el resbalamiento debe limitarse al valor σ = 15% como máximo.

Al comenzar los ensayos de tracción, la altura

de los nervios de los neumáticos no debe ser inferior al 65% de la altura original, efectuándose la medida en el plano medio de los neumáticos.

Se deben ensayar todas las marchas, desde la

más baja hasta la siguiente en la que es máxima la potencia a la barra.

Una primera serie de ensayos debe ser

realizada con el tractor lastrado, siguiendo las especificaciones del constructor trabajando 10 horas seguidas: cinco horas al 75% del esfuerzo de tracción máximo y cinco horas para el esfuerzo de tracción máximo (σ = 15%). Al finalizar estas 10 horas de funcionamiento se debe determinar el

51

consumo de aceite del motor expresado en unidad de masa por hora (g/h).

Una segunda serie de ensayos debe ser

realizada con el tractor sin lastre, representándose en ambos casos las curvas correspondientes en función de la fuerza a la barra T.

La potencia a la barra viene dada por la

expresión:

rb V•TN = Para Vr (velocidad real) expresada en m/s. El rendimiento a la barra o de tracción viene

dado por la fórmula:

(%) 100•NN

m

bb =η

El valor de bη depende fundamentalmente del

terreno. Llega a ser un 85% para pistas de hormigón y un 50% o menos para un terreno agrícola.

0

10

20

30

40

50

60

70

102030

% deresbalamiento

Potencia a la barra(Kw)

10000 20000 30000 40000 50000

2ª L

4ª L

2ª C 1ª C4ª M3ª M

2ª M

3ª L

1ª L

1ª M

Figura 13.- Curvas de potencia a la barra y deslizamiento.

5.6.- ENSAYO DEL EQUIPO HIDRÁULICO El ensayo del sistema hidráulico se realiza para

una temperatura del aceite de 65º C + 5º C y se determina la fuerza máxima de elevación de los brazos inferiores del enganche en tres puntos y el caudal y la presión de la bomba. El dispositivo para medir la fuerza de elevación de los brazos inferiores del sistema hidráulico en sus diversas posiciones está indicado en el esquema de la figura 3.37, donde se aprecia el dinamómetro de bandas extensiométricas. El cilindro hidráulico sirve para variar la posición de los brazos inferiores, lo cual se consigue mediante una bomba manual. Se dibuja directamente la variación de la fuerza de elevación en función de la posición de los brazos gracias a un registrador en XY.

El dispositivo de ensayo de las características

de la bomba del sistema hidráulico sirve para medir el caudal y la presión del aceite, con él se

obtiene la potencia hidráulica mandada por la bomba del tractor para las diferentes presiones.

Los puntos a determinar son:

a) Presión de apertura de la válvula limitadora.

b) Caudal de la bomba para el número de revoluciones nominal del motor y la presión más baja.

c) Caudal y presión de la bomba para la potencia hidráulica máxima.

Figura 14.- Equipo hidráulico de un tractor.

5.7.- ENSAYOS DE SEGURIDAD La mejora de las condiciones de trabajo

constituye actualmente uno de los objetivos prioritarios del mundo laboral, siendo éste uno de los aspectos que más se ha desarrollado en España en los últimos años, aunque también es cierto que este crecimiento no ha sido uniforme en todas las ramas de la actividad económica, siendo probablemente la Agricultura uno de los sectores donde ha tenido más dificultades, dadas sus condiciones de trabajo tan distintas y diferenciadas del resto de los sectores productivos.

En el sector primario, que abarca las

actividades agrícolas, forestales y ganaderas más las pesqueras, se vienen registrando cada año unos cincuenta mil accidentes de trabajo, que representan, aproximadamente, el 10% de la accidentabilidad laboral española.

Si se relaciona el total de accidentes ocurridos

con el censo de la población total agraria ocupada, se obtiene un índice de siniestralidad de 28'2 accidentes por 1000 trabajadores, que queda muy inferior al índice medio nacional que es de 46'8.

Esto podría hacer pensar que la Agricultura es

una actividad de poco riesgo laboral. De lo anterior se puede deducir que en la

actividad agraria se registran menos accidentes que en otras actividades productivas, pero en cambio, la gravedad de los mismos es similar o incluso superior.

52

La siguiente tabla recoge la distribución de los accidentes por tipo de máquinas agrícolas entre 1986 y 1987.

Totales Graves Mortales Máquinas

1986 1987 198

6 198

7 198

6 198

7 Tractores Remolques Equipos de recolección Otras máquinas

2515 1402

338 1838

2232 1359

340 1311

248

11 64 11

195

49 58 58

54

_ 4 _

41_3_

Total máquinas 6093 5242 334 360 58 44Tabla 2.- Distribución de los accidentes laborales por tipos de

máquinas agrícolas (1986 - 1987). Como se observa es el tractor la máquina

agrícola que más accidentes provoca. Aunque una máquina parezca segura, no se

reduce el riesgo de accidente si su utilizador no la mantiene en las condiciones iniciales, o no hace un uso racional de la misma. Por desgracia, el agricultor español, salvo excepciones, no está preocupado por estos temas. Las mejoras introducidas en los últimos años en el aspecto preventivo de la maquinaria han sido debidas principalmente a las corrientes imperantes en otros países más desarrollados, en los que se fabrica una gran parte de los equipos mecánicos utilizados en España, y a las exigencias de la normativas legales.

Varios son los requisitos que deben tenerse en

cuenta para reducir el nivel de riesgo en la utilización de la maquinaria agrícola. En primer lugar, el conocimiento de la misma: es imprescindible que todo agricultor, antes de iniciar el trabajo con una máquina nueva, sepa claramente cuáles son sus posibilidades y limitaciones. Generalmente al comprar una máquina, el agricultor recibe un manual de funcionamiento, en el que se destacan aquellos puntos del equipo y operaciones que presentan un mayor riesgo de accidente, pero habría que preguntarse qué porcentaje de usuarios de estas máquinas lee con detenimiento estos manuales. Es triste comprobar como muchos agricultores sólo conocen las partes peligrosas de una máquina después de sufrir accidentes.

El segundo requisito indispensable es el

mantenimiento de las condiciones de seguridad, pues es muy frecuente ver máquinas que recién adquiridas estaban perfectamente protegidas y al poco tiempo presentan un aspecto verdaderamente lamentable en cuanto a seguridad. Esta falta de

seguridad en muchas máquinas usadas se puede achacar principalmente a tres razones:

1º.- A la deficiente calidad de los

materiales utilizados en las protecciones.

2º.- A la no reposición de los sistemas de protección cuando se deterioran.

3º.- A no volver a colocar los elementos de protección, cuando ha sido preciso desmontarlos.

Mientras que el primer punto es

responsabilidad del fabricante, si bien la administración debería someter las protecciones a ensayos de envejecimiento y resistencia, los dos puntos siguientes son de competencia del usuario, volviendo una vez más a la necesidad de crear una mayor concienciación sobre el riesgo.

El tercer requisito para reducir el nivel de riesgo

a la hora de utilizar la maquinaria es verificar las condiciones físicas y psíquicas de las personas encargadas de manejarlas. En España, con el simple carnet de conducir un automóvil, cualquier persona puede manipular todo tipo de máquinas, lo que da lugar a que equipos potencialmente peligrosos vayan a para a manos inexpertas o incapaces. Tal vez en estos momentos sea pedir demasiado, pero convendría ir pensando en la elaboración de profesionales en los que se recojan las aptitudes que debe reunir una persona para poder ocupar un determinado puesto de trabajo y especialmente para los de mayor riesgo.

Otro aspecto que también habría que

contemplar es la necesidad de potenciar la medicina laboral preventiva en el medio rural. Aparte de los riesgos higiénicos a que están sometidos muchos agricultores, como son los debidos al empleo de pesticidas y al manejo del ganado, los conductores de las máquinas agrícolas soportan ruidos y vibraciones que, según estudios realizados en otros países, están dando lugar a lesiones irreversibles en el aparato auditivo y en la columna vertebral.

Se hace pues necesario el seguimiento de la

salud de los agricultores mediante reconocimientos médicos de carácter periódico, en los que pueda evaluarse la agresividad de los agentes externos y su repercusión en la salud de los trabajadores. Sus conclusiones serían, sin duda, para definir las exigencias en el diseño y homologación de la maquinaria agrícola.

Por último hay que referirse a la formación y

concienciación de los jóvenes agricultores en seguridad e higiene en el trabajo. La inclusión de estas materias de estudio en los programas de

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formación profesional y en las escuelas de capacitación, en los cursillos de extensión agraria y del INEM, la organización de campañas de sensibilización, etc, son objetivos que no deberían posponerse.

Como resumen de todo lo hasta aquí expuesto,

se podría concluir que la maquinaria, a pesar de que en los últimos años haya mejorado sensiblemente en los aspectos preventivos, sigue siendo un factor de riesgo importante de una actividad agraria cada vez más tecnificada.

Para reducir los actuales niveles de riesgo

debe actuarse en un doble frente:

- Mejorando las condiciones de seguridad de las máquinas.

- Asegurando una mejor utilización de las mismas.

En estas tareas deben implicarse todos, en

primer lugar los diseñadores y constructores de las máquinas, en segundo lugar, la administración y, por último, el verdadero protagonista, el agricultor, que es a la postre quien puede sufrir el accidente. Las organizaciones profesionales agrarias deberían tener una mayor participación en estas áreas, que hasta ahora han tenido muy abandonadas entre sus objetivos y reivindicaciones.

5.8.- ENSAYO DE CABINAS DE SEGURIDAD El ensayo de cabinas de seguridad consiste en

someter a dichas estructuras a una serie de acciones normalizadas, con las que se trata de demostrar que en caso de accidente en el interior de la cabina queda un habitáculo denominado zona de seguridad, que se considera el espacio mínimo necesario para que el tractorista no muera aplastado y pueda salir ileso en caso de vuelco.

El esquema de las sucesivas acciones es el

siguiente:

a) Golpe delantero b) Aplastamiento

c) Golpe lateral d) Empuje

Figura 15.- Sucesión de cargas en la homologación de cabinas de seguridad.

Dichas acciones variables según cada marca y

modelo de tractor son realizadas con una masa de 2000 Kg. para las acciones de impacto, una barra movida por pistones para las acciones de aplastamiento y un pistón hidráulico para las acciones de empuje.

La. cuantificación de las acciones se determina

según las siguientes fórmulas: • Ensayo dinámico de tractores:

- Impacto posterior:

28 l•m•10•165'2H −= en mm. Siendo: m = masa del tractor en Kg. l = batalla del tractor en mm. • Aplastamiento posterior:

m•20F = Newton • Impacto frontal:

Para 800 < m < 2000 Kg. ⇒ m•07'025H += mm. Para 2000 < m < 6000 Kg ⇒ m•02'0125H += mm.

• Impacto lateral:

Para800 < m < 2000 Kg. ⇒ m•2'025H += mm. Para2000 < 6000 Kg. ⇒ m•15'0125H += mm.

• Aplastamiento frontal:

m•20F = Newton • Ensayo estático de tractores:

- Carga longitudinal:

m•4'1E = Julios

- Primer aplastamiento:

54

m•20F = Newton

- Carga lateral:

m•75'1E = Julios

- Segundo aplastamiento:

m•20F = Newton

- Carga longitudinal:

m•35'0E = Julios Después de realizar cada ensayo han de

hacerse las siguientes comprobaciones:

- Que ningún elemento de la estructura penetre en la zona de seguridad.

- Que no aparezcan fisuras ni roturas en la estructura.

- Que durante el impacto lateral la diferencia entre la deformación instantánea y la permanente no supere los 250 mm.

5.9.- OTROS ENSAYOS • Ensayos de frenado se realizan estando los

frenos fríos (temperatura inferior a 100º C) y calientes después de marchar un cierto recorrido frenado tirado por otro tractor. Los ensayos se efectúan a la velocidad más alta del tractor, siempre que no supere los 25 Km/h., y se registra:

- La deceleración máxima obtenida. - La distancia recorrida. - La fuerza ejercida sobre el pedal del

freno.

Figura 16.- Ensayo de frenado.

• Medidas de ruido se realizan para el tractor

sin lastre y sin carga mediante sonómetro de alta calidad, uno de ellos se coloca a la altura del oído del tractorista y otro a una distancia de 7'50 metros del eje de marcha del vehículo. El tractor avanza a un 85% de su potencia máxima a la barra y a la velocidad más próxima a 7'25 Km/h.

Figura 17.- Tractor agrícola con cabina insonorizada.

• Ensayo de los gases de escape se suele

realizar mediante aparatos de rayos infrarrojos, con objeto de determinar su poder contaminante (contenido de CO y NO) y el porcentaje de hidrocarburos sin quemar.

• Determinación de los radios de viraje

mínimos que se efectúa para dos casos: utilizando y sin utilizar los frenos de dirección. Se define como radio de viraje de un tractor, al radio mínimo de la curva que describe la parte más externa del tractor, ya sea la rueda exterior u otro elemento, al obligar al tractor a que gire lo más estrechamente posible.

• Determinación de vibraciones en el asiento

del conductor.

Figura 18.- Moderno asiento de tractor

con sistema de amortiguación.

5.10.- BALANCE DE POTENCIAS EN EL TRACTOR

En general, la potencia del motor de un tractor

se descompone de la siguiente forma:

ασρ NNNNNNN htdfbm +++++=

Siendo: • bN = Potencia de la barra.

rb V•TN =

55

Siendo: T = fuerza de tracción rV = velocidad real del tractor • tdfN = Potencia consumida por la toma de

fuerza.

tdeftdeftdf n•MN = Siendo: tdefM = par en la toma de fuerza tdefn = régimen de la toma de fuerza • hN = Potencia consumida por el hidráulico.

mvh •

Q•PNηη

=

Siendo: P = presión del aceite Q = caudal de aceite vη y mη = rendimientos mecánico y

volumétrico de la bomba. • ρN = Potencia en la rodadura.

rV•RN =ρ

Siendo: R = fuerza de rodadura rV = velocidad real del tractor • σN = Potencia perdida en el resbalamiento.

( ) ( )σσ

σ −=−=

1•V•UVV•UN r

rt

Siendo: U = fuerza periférica • αN = Potencia empleada en pendientes.

rV•sen•PN αα = Siendo: P = peso del tractor α = pendiente del terreno