Una toma de fuerza o toma de fuerza ( PTO ) es uno de varios métodos para tomar energía de una fuente de energía, como un motor en marcha , y transmitirla a una aplicación como un implemento adjunto o una máquina separada.
Por lo general, se trata de un eje de transmisión estriado instalado en un tractor o camión que permite que los implementos con accesorios acoplados sean impulsados directamente por el motor.
También se pueden encontrar tomas de fuerza montadas de forma semipermanente en motores industriales y marinos. Estas aplicaciones suelen utilizar un eje de transmisión y una junta atornillada para transmitir potencia a un implemento o accesorio secundario. En el caso de una aplicación marina, se pueden utilizar ejes para alimentar bombas contra incendios.
En aplicaciones aeronáuticas , dicho accionamiento accesorio se puede utilizar junto con un accionamiento de velocidad constante . Los aviones a reacción tienen cuatro tipos de unidades de PTO: caja de cambios interna, caja de cambios externa, eje de transmisión radial y aire de purga, que se utilizan para impulsar los accesorios del motor. En algunos casos, los sistemas de despegue de fuerza de las aeronaves también proporcionan energía al motor durante el arranque del motor. [1] Véase también Arrancador Coffman .
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Varios métodos de transmisión de energía estaban disponibles antes de que las tomas de fuerza se volvieran comunes, pero había aplicaciones que se beneficiarían más de algunos de los atributos que proporcionarían las PTO. Las correas planas generalmente solo eran útiles para aplicaciones en las que el motor estaba estacionario, como máquinas de vapor de fábrica , motores estacionarios portátiles o motores de tracción estacionados frente a la obra. Para vehículos en movimiento, como un motor de tracción o un antiguo tractor que remolcaba un implemento agrícola , el implemento podía recibir potencia giratoria tomándola de una de sus propias ruedas (cuyo giro era impartido por el remolque) y distribuyéndola mediante cadenas de rodillos (a una hoz) . manivela de la barra , por ejemplo), pero dicha transmisión cesa si el vehículo deja de moverse, y la resistencia de la carga de trabajo tiende a hacer que la rueda patine en lugar de girar, incluso si está sujeta con tacos . El concepto de transmisión por eje con acoplamientos fáciles de conectar y desconectar y flexibilidad para conducir en ángulos cambiantes (como cuando gira una combinación articulada de tractor y remolque) era un objetivo a perseguir.
Ya en 1878 se probaron tomas de fuerza experimentales, y durante las décadas siguientes se construyeron varias versiones caseras. [2] International Harvester Company (IHC) fue la primera en comercializar una toma de fuerza en un tractor de producción, con su modelo 8-16, introducido en 1918. [3] Edward A. Johnston, un ingeniero de IHC, quedó impresionado por un tractor hecho en casa. PTO que vio en Francia aproximadamente una década antes, improvisada por un granjero y mecánico francés de apellido Gougis. [3] Él y sus colegas de IHC incorporaron la idea al 8-16 y diseñaron una familia de implementos para aprovechar esta característica. IHC no estuvo solo en el mercado por mucho tiempo, ya que al cabo de un año aparecieron tomas de fuerza en otros tractores de producción, como algunos modelos Case . En 1920, IHC ofreció la opción de PTO en su tractor 15-30 y fue el primer tractor equipado con PTO que se presentó para una prueba de tractor en Nebraska . La PTO fue una ventaja competitiva para IHC en la década de 1920, y otras empresas finalmente se pusieron al día con la implementación de la PTO.
Dentro de la transmisión , el punto exacto a lo largo del tren de engranajes donde se quita la energía determina si la PTO puede funcionar independientemente del desplazamiento del vehículo ( velocidad de avance ). Las primeras PTO a menudo se quitaban del eje de salida principal, lo que significaba que el vehículo tenía que estar "en marcha" para poder hacer funcionar la PTO. Posteriormente, esto se mejoró con los llamados diseños de PTO activa (LPTO), que permiten controlar la rotación de la PTO independientemente del movimiento del tractor. Esto es una ventaja cuando la carga impulsada por la PTO requiere que el movimiento del tractor disminuya o deje de funcionar para permitir que el equipo impulsado por la PTO lo alcance. También permite operaciones en las que el tractor permanece estacionado, como llenar un silo o descargar un esparcidor de estiércol en un montón o laguna en lugar de hacerlo a través de un campo. En 1945, Cockshutt Farm Equipment Ltd de Brantford , Ontario, Canadá, presentó el tractor Cockshutt Modelo 30 con LPTO. Las tomas de fuerza vivas eventualmente se convirtieron en una norma generalizada para equipos nuevos; En los tractores modernos, la LPTO suele controlarse mediante un botón o un interruptor selector. Esto aumenta la seguridad de los operadores que necesitan acercarse al eje de la TDF.
La toma de fuerza, así como sus ejes y juntas universales asociados , son una causa común de incidentes y lesiones en la agricultura y la industria. Según el Consejo Nacional de Seguridad , el seis por ciento de las muertes relacionadas con tractores en 1997 en los Estados Unidos involucraron al PTO. Pueden ocurrir incidentes cuando se introduce ropa holgada en el eje, lo que a menudo resulta en fracturas óseas , pérdida de extremidades , otras discapacidades permanentes o la muerte de su portador. El 13 de abril de 2009, la ex estrella de las Grandes Ligas de Béisbol, Mark Fidrych, murió como resultado de un accidente relacionado con el PTO ; "Parecía haber estado trabajando en su camión cuando su ropa se enredó en el eje de la toma de fuerza del camión", dijo el fiscal de distrito Joseph Early Jr. en un comunicado. [4] A pesar de mucho trabajo para reducir la frecuencia y gravedad de las lesiones agrícolas, estos eventos todavía ocurren. [5]
Algunos implementos emplean protectores de plástico ligeros que giran libremente para cubrir el eje de la TDF; [6] [7] estos son obligatorios en algunos países. [ cita necesaria ] En el Reino Unido, la orientación del Ejecutivo de Salud y Seguridad está contenida en un folleto. [8]
Las tomas de fuerza agrícolas están estandarizadas en dimensiones y velocidad. La norma ISO para PTO es ISO 500 , [9] que a partir de la edición de 2004 se dividía en tres partes:
El tipo original (designado como Tipo 1) requiere operación a 540 revoluciones por minuto (rpm). Un eje que gira a 540 rpm tiene seis estrías y un diámetro de 1+3 ⁄ 8 pulgadas (35 mm). [10]
Dos tipos más nuevos, que admiten aplicaciones de mayor potencia, funcionan a 1000 rpm y difieren en el tamaño del eje. [10] Los agricultores suelen diferenciar estos dos tipos llamándolos "1000 grandes" o "1000 pequeños" en comparación con el Tipo 1, que comúnmente se conoce como "540". Todos los tipos nuevos (2, 3 y 4) utilizan splines involutas , mientras que el tipo 1 utiliza splines rectas. [9]
Los ejes denominados en pulgadas son redondos, rectangulares, cuadrados o estriados; Los ejes métricos tienen forma de estrella, campana o balón de fútbol . [11]
[10] [9]
Debido a los requisitos cada vez mayores de caballos de fuerza de los implementos agrícolas y a la instalación de motores de mayor potencia en los tractores agrícolas, se ha agregado a ISO 500 un tipo aún más grande (designado como Tipo 4). Opera a una velocidad de rotación más alta de 1300 rpm para para permitir la transferencia de potencia a niveles reducidos de par. El eje tiene 22 estrías con un diámetro mayor de 57,5 milímetros (mm). Está diseñado para manejar potencias de PTO de hasta 450 kilovatios (kW), o aproximadamente 600 caballos de fuerza (hp).
Los cuatro tipos giran en sentido antihorario cuando se miran hacia atrás desde el interior de la cabina del tractor; cuando está detrás del tractor y mira directamente al eje, gira en el sentido de las agujas del reloj. [10]
Se utilizó un tipo de 10 estrías con algunos de los primeros equipos, como el Land Rover de 1948 . Normalmente se suministraba un adaptador de seis estrías. Es habitual que los fabricantes de máquinas agrícolas proporcionen la especificación de potencia nominal de la TDF, una indicación de la potencia instantánea disponible en el eje. Los tractores más nuevos pueden venir equipados con opciones 540/540E y/o 1000/1000E que permiten al tractor impulsar ciertos implementos de baja demanda de energía, como rastrillos para heno o henificadores, usando velocidades más bajas del motor para mantener las revoluciones por minuto necesarias, usando menos combustible y ejerciendo menos presión sobre el motor, mejorando así la eficiencia y reduciendo costes.
El primer estándar industrial para el diseño de PTO fue adoptado por ASAE ( Sociedad Estadounidense de Ingenieros Agrícolas ) en abril de 1927. La velocidad de rotación de la PTO se especificó en 536 ± 10 rpm; la dirección era en el sentido de las agujas del reloj. Posteriormente, la velocidad se cambió a 540 rpm. [12]
Las transmisiones de camiones tienen una o más ubicaciones que permiten montar una PTO. La PTO se debe comprar por separado y se debe tener cuidado para hacer coincidir la interfaz física de la transmisión con una PTO compatible. Los proveedores de PTO normalmente requerirán detalles de la marca, modelo e incluso número de serie de la transmisión. También es necesario tener cuidado para garantizar que el espacio físico alrededor de la transmisión permita la instalación de la PTO. La PTO se activa y desactiva mediante el embrague de la transmisión principal y un mecanismo de control remoto que opera en la propia PTO. Por lo general, se utiliza una válvula de aire para acoplar la PTO, pero también son opciones un mecanismo de varillaje mecánico, eléctrico o hidráulico.
La mayoría de los Unimog vienen con toma de fuerza delantera y/o trasera y sistema hidráulico, así como con sistemas de enganche de tres puntos.
Las unidades se clasificarán de acuerdo con el par continuo e intermitente que se puede aplicar a través de ellas y los diferentes modelos ofrecerán diferentes relaciones de "rotación del eje de la TDF a RPM del motor".
En la mayoría de los casos, la PTO se conectará directamente a una bomba hidráulica . Esto permite la transmisión de fuerza mecánica a través del sistema de fluido hidráulico a cualquier lugar alrededor del vehículo donde un motor hidráulico la convertirá nuevamente en fuerza mecánica rotativa o lineal. Las aplicaciones típicas incluyen:
Se monta una PTO de eje dividido en el eje de transmisión del camión para proporcionar energía a la PTO. Dicha unidad es una caja de cambios adicional que separa el eje de transmisión del vehículo en dos partes:
La unidad en sí está diseñada para desviar de forma independiente la potencia del motor hacia el eje orientado hacia el eje o hacia el eje de salida de la TDF adicional. Esto se consigue mediante dos embragues independientes, como los de dientes o de garras, que sólo pueden funcionar con la línea motriz parada por completo. Debido a que la caja de cambios principal cambia la velocidad de rotación mediante la selección de una marcha, la PTO no se puede operar mientras el vehículo está en movimiento.
En los vehículos 4x4, la caja de cambios de la TDF con eje dividido solo utiliza el eje de transmisión trasero, lo que requiere que el esquema de transmisión 4x4 del vehículo sea del tipo 4WD seleccionable para mantener el eje de transmisión del eje delantero completamente desacoplado durante la operación de la TDF.
También es posible conectar algo más que una bomba hidráulica directamente a la toma de fuerza: por ejemplo, bombas para camiones de bomberos.
Se monta una unidad de eje dividido tipo "sándwich" entre el motor y la transmisión y se utiliza en vehículos de mantenimiento de carreteras, vehículos contra incendios y vehículos todoterreno. Esta unidad recibe la transmisión directamente desde el eje del motor y puede ser capaz de entregar hasta toda la potencia del motor a la PTO. Normalmente estas unidades vienen con su propio sistema de lubricación. Debido al estilo de montaje sándwich, la caja de cambios se alejará del motor, lo que requerirá que la línea motriz se adapte a la instalación.
[De la pág. 36] La medalla por la primera toma de fuerza registrada en una máquina móvil, por el contrario, debería ser para una segadora del tipo Aveling y Porter Bell. Este equipo propulsado por vapor se exhibió en la Exposición Universal de 1878 en París.
Se desarrollaron escudos y protectores para evitar lesiones causadas por estos ejes giratorios.
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