SEPTIEMBRE 2010 agrouçcnica

LUIS MARQUEZ

F

ue Renault el fabricanteque introdujo comercial-mente la suspensión decabina en sus tractores de

la serie TZ. Incluía apoyo en cua-tro puntos con resortes y amorti-guadores. Años antes el NIAE ha-bía experimentado con cabinassuspendidas, pero los desarrollosrealizados no pasaron a la fase co-mercial. Hay que tomar en consi-deración que el sistema de sus-pensión utilizado tendría que re-sistir el ensayo de la estructura deprotección frente al vuelco, lo quecreaba problemas adicionalescuando se realizaban únicamentelos ensayos dinámicos; esto sesimplifica cuando se generalizanlos ensayos estáticos de las es-tructuras.

En la actualidad, las diferen-cias entre las suspensiones de ca-bina que ofrecen las distintas mar-

26

cas están en el número de puntosde apoyo que disponen o no deamortiguación, y en la posibilidadde que la amortiguación sea fija,variable o activa.

Como soluciones que introdu-cen nuevos conceptos están laque ofrece Massey Ferguson conla posibilidad de ajustar la rigidezde la suspensión. Dispone de sus-pensión neumática, y está articu-lada en la parte delantera sobre si-

lent-blocks y suspendida en la tra-sera mediante cojines de aire in-fiables y amortiguadores, quepermiten desplazamientos verti-cales de +1- 50 mm; un compre-sor alimenta el aire para los coji-nes y la amortiguación se contro-la electrónicamente de maneraque puede trabajar en posición'blanda' o 'dura'. El control de lasuspensión se puede realizar des-de el puesto de conducción me-diante un interruptor de dos posi-ciones

FIGURA 1 - TRACTOREXPERIMENTAL NIAE CON

SUSPENSIÓN EN LA CABINA(AÑOS '70)

FIGURA 2.-

TRACTOR RENAULT TX CONCABINA SUSPENDIDA

9JSPF1.11S10- 1 LOSTRÁCTOP.Ir-4--;

FIGURA 3- SUSPENSIÓN DE CABINA REGULABLE DE TIPONEUMÁTICO (MASSEY FERGUSON)

FIGURA 5.- SUSPENSIÓN SEMIACTIVAVALTRA AUTOCONFORT

en carretera como campo, redu-ciendo el nivel de vibraciones quellega al conductor, utilizando unsistema robusto y fiable con uncoste razonable. Admite, asimis-mo, un ajuste manual de la sus-pensión por parte del conductor.

Otra alternativa para ajustar elgrado de amortiguación es la queofrece la suspensión de la cabinade los tractores Deutz-Fahr Agro-tron TTV 630. Utiliza las propieda-des de los fluidos magneto-reoló-

En el modo 'blando se utilizadurante los trabajos de campo re-duciendo las sacudidas y los cho-ques originados al atravesar los sur-cos en más de un 30%; en el mo-do 'duro' se utiliza para desplaza-mientos por carretera con aumentodel confort a elevada velocidad, con-secuencia de la absorción de las pe-queñas sacudidas.

Fendt, en su modelo 936 Va-rio, un tractor estándar concebidopara poder desplazarse a elevadavelocidad, además de la suspen-sión del eje delantero incluye lasuspensión neumática integral dela cabina (x5), con tres apoyos, unodelantero y dos traseros. Losamortiguadores de los apoyos sonautonivelantes, ayudando a la es-tabilidad lateral y durante la frena-da a alta velocidad. Como comple-mento, se ofrece como opción unasiento amortiguado con suspen-sión activa

Valtra pone el mercado su ca-bina AutoConfort, desarrollada jun-to con Grammer, en la que todoel conjunto que forma la cabinadispone de un sistema de amor-

FIGURA 4.- APOYOS DE LACABINA X5 EN TRACTORES

FENDT 900 VARIO

'ffl EL CONTROL DE LA

SUSPENSIÓN SE PUEDE

REALIZAR DESDE EL

PUESTO DE

CONDUCCIÓN

MEDIANTE UN

INTERRUPTOR DE DOS

POSICIONES

tiguación y de nivelación que seajusta automáticamente, con unarespuesta rápida, a las vibracionesque recibe del tractor. Mientras lasuspensión del asiento afecta a laposición relativa de del conductorcon respecto a los pedales y el vo-lante, la suspensión de la cabinaaísla de las vibraciones el puestode conducción en su conjunto, ycomplementa lo que ofrece el ejedelantero suspendido.

La fuerza de amortiguación semodifica teniendo en cuenta la po-sición relativa de la cabina y la ve-locidad de oscilación de la misma,que es consecuencia del cabeceoque se produce en el tractor du-rante la aceleración y el frenado,así como en el traslado de los ape-ros suspendidos. Se consigue unbuen confort de marcha en todaslas situaciones de trabajo, tanto

gicos para modificar la dureza dela suspensión de la cabina. Estosfluidos incorporan pequeñas partí-culas metálicas en suspensión, quese orientan al estar sometidas a uncampo magnético que genera unabobina electromagnética que for-ma parte del amortiguador.

La cabina del tractor esta apo-yada en la parte delantera sobresilent-blocks y en la trasera sobredos cilindros/amortiguadores, conun sensor de longitud de carrera,que contienen el fluido y una bo-bina electromagnética. Al aumen-tar la intensidad del campo mag-nético en la bobina las partículasdel interior del fluido se ordenansobre cadenas paralelas restrin-giendo el movimiento del fluido ycon ellos su viscosidad.

La respuesta de la fuerza deamortiguación es notablementerápida y hace posible mejorar lacomodidad del conductor con uncoste relativamente bajo. La rigi-dez de la suspensión se puede re-gular desde la cabina, o de formaautomática con el sistema CAN-

SEPTIEMBRE 2010agroic;cnica

nCn

El flujo de aceit através del pistón selimita al aplicar un

campo electromagnético

Fluido magneto-reológicoen estado de reposo

Japater...

minettgeee-,Fluido magneto-reológico

dentro de un campo magnético

FIGURA 6- AMORTIGUADOR DE RIGIDEZVARIABLE POR INDUCCIÓN

Bus del tractor, conforme a otrosparámetros de funcionamiento deltractor. El operador recibe la infor-mación sobre su estado en el mo-nitor del tractor.

I

Reducción de lasvibraciones que lleganal conductor

Desde los comienzos de lamecanización agrícola, se obser-va que los conductores de trac-tor tienen una propensión a da-ños en la columna vertebral co-mo consecuencia de su trabajo.Esto se puso de manifiesto al ob-servar los daños en el 70% de lossujetos en edades entre 20 y 29

años en los comienzos de la mo-torización de la agricultura. Estosdaños en la columna no han sidoúnicos, sino que también apare-cen otros en el abdomen, en es-pecial en el estómago del con-ductor. Comparando estos valo-

FIGURA 7.- PUNTOS DE APOYO DE LACABINA SUSPENDIDA

(DEUTZ AGROTRON TTV 630)

FIGURA 8 - VALORES DE LA ACELERACIÓNRECIBIDA POR EL CONDUCTOR DE UN TRACTOR

EN DISTINTAS OPERACIONES AGRÍCOLAS, YTIEMPO LÍMITE DE EXPOSICIÓN RECOMENDADO

VERTICAL _ATERAL LONGITUDINAL

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28

res con otras actividades profe-sionales, solo se alcanzaban fre-cuencias similares en la minería,consideradas de las actividadesmás duras, en sujetos entre 50 y59 años de edad.

La explicación a esto hay quebuscarla en las vibraciones queafectan al puesto de conducción,y que, al coincidir en frecuenciacon las de resonancia del cuerpohumano, aumentan su nocividad.En ausencia de una suspensiónprimaria, eran las ruedas el únicoelemento que actúa como amor-tiguador, por lo que progresiva-mente se estable como obligato-ria la utilización de asientos parael conductor con sistema de sus-pensión.

Efecto de las vibraciones debaja frecuencia en el cuerpohumano

Para valorar el efecto de lasvibraciones en el cuerpo huma-no hay notables dificultades. Elefecto depende de las caracte-rísticas de la vibración expresa-da en términos de frecuencia,amplitud y dirección, de la dura-ción misma, del asiento o sopor-te de apoyo y del estado físicoen que se encuentra el sujetoque la recibe.

Las propiedades vibratoriasdel organismo humano son deter-minantes para la percepción de lavibración. No existe ningún órga-no especial de percepción de lasvibraciones mecánicas, sino queson receptores auxiliares los quese encargan de su percepción:músculos, piel y corpúsculos deMeissner y de Merkel, en los quelas vibraciones se perciben en for-ma de variaciones de presión.Además, los órganos de equilibriodel oído interno resultan influidospor la vibración.

Después de muchas tentati-vas para definir las reacciones delhombre a la vibración, se elaboróuna norma internacional ISO 2631

Guía para la estimación de la ex-

posición del hombre a las vibra-ciones globales del cuerpo basa-da fundamentalmente en la in-fluencia que las vibraciones tienensobre los usuarios de vehículos detransporte. En la misma se esta-blecen tres niveles o criterios fi-siológicos principales:• Asegurar la capacidad de tra-

bajo, estableciendo un límitede 'capacidad reducida por fa-tiga'.

• Asegurar la salud y la seguridaddel utilizador estableciendo un'límite de exposición'.

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FIGURA 9.- PUNTOS EN LOS QUE SEPRODUCE AMORTIGUACIÓN DE LASVIBRACIONES GENERADAS POR EL

MOVIMIENTO DEL TRACTOR

• Asegurar la comodidad del usua-rio estableciendo un 'limite deconfort reducido'.

Se considera el 'límite de ca-pacidad reducida por fatiga' co-mo el límite que ha de utilizarseen el puesto de trabajo, como loes el del conductor de un tractor.Este límite representa aproxima-damente la mitad del umbral dedolor (o límite de tolerancia vo-luntaria) para hombres colocadossobre un asiento vibrante. El 'lí-mite de confort reducido' es apro-ximadamente 1/3 del de capaci-dad reducida por fatiga. Estos lí-mites se han fijado para el casode vibraciones en una sola direc-ción, aunque las vibraciones querecibe el conductor de un vehícu-lo en movimientos son multi-di-

reccionales, pero son las vertica-les las que tiene mayor efecto so-bre el conductor.

Las vibraciones de bajafrecuencia que llegan al puestode conducción

Si se analizan las vibracionesque se reciben en el puesto deconducción de un tractor clásico(sin suspensión primaria en el ejedelantero y sin cabina suspendi-da), se detecta que los niveles re-cibidos superan los establecidospara lo que se considera 'límite deexposición' en la jornada de traba-jo, como se puede observar en laFigura 8.

En consecuencia, en la déca-da de los '70, se estable la obli-gatoriedad de incorporar suspen-siones que reduzcan las vibra-ciones verticales en los asien-tos de los tractores agrícolas,exigiendo que cumplan lo es-tablecido por la Directiva78/764/CEE, revisada según la83/190/CEE, en relación consu capacidad de amortigua-ción, cuando se desplaza eltractor por una pista rugosanormalizada, de 100 m de lon-gitud, en unas condiciones de-terminadas, o situado sobreun simulador que reproduzcalas aceleraciones que recibe

PARA VALORAR LA

EFICACIA DEL

CONJUNTO DE LAS

SUSPENSIONES DE LOS

TRACTORES MODERNOS,

INCLUIDA LA DE LOS

ASIENTOS, HAY

DIFICULTAD PARA FIJAR

EL RECORRIDO 'TIPO',

DADA LA VARIABILIDAD

DE LAS CONDICIONES DE

TRABAJO

la base del asiento al recorrer lapista normalizada.

Con la utilización de asientosse puede resolver el problema delas vibraciones verticales que afec-tan al conductor de los tractoresagrícolas, aunque al colocar unasuspensión mecánica, los despla-zamientos verticales del asientodificultan el manejo de los man-dos situados en la cabina que per-manecen fijos. Esto es lo que hallevado a desarrollar primero lascabinas con sistemas de suspen-

Sión y posteriormente las suspen-siones primarias en los tractoresagrícolas.

Cuando se intenta valorar laeficacia del conjunto de las sus-pensiones de los tractores moder-nos, incluida la de los asientos,hay dificultad para fijar el recorri-do 'tipo', dada la variabilidad de lascondiciones del trabajo de los mis-mos, incluyendo carretera y cam-po.

Así en el tractor agrícola seproducen:• Oscilaciones verticales con carác-

ter frecuente de choque y cuyasfrecuencia fundamental se en-cuentra en el intervalo 1.5-4.5 Hz.

• Oscilaciones adicionales de ca-rácter continuo con frecuenciade 5 a 10 veces mayor.

• Oscilaciones de alta frecuenciacausada por el motor, que porsu pequeña amplitud no produ-cen más que molestias ocasio-nales (frecuencias de 50 Hz yamplitudes de 0.8 g son causade aumento de la fatiga nervio-sa del conductor).

• Oscilaciones de baja frecuenciatransversal y longitudinal, la pri-mera de las cuales resulta ate-nuada por la posible deforma-ción del busto, y la segunda nocausa disturbios apreciables.

Aunque los fabricantes dispo-nen de resultados de ensayo reali-zados en campo, no hay estableci-do hasta ahora un protocolo comúnde ensayos que permita hacer prue-bas comparativas, limitándose porel momento a utilizar recorridos so-

bre la pista normalizada esta-blecida para los asientos (trac-tores categoría B dotados desuspensión primaria).

Utilizando modelos de si-mulación para diferentes sus-pensiones, utilizando la pistanormalizada, se pude concluirdiciendo que las ventajas delos sistemas de suspensiónprimaria se ponen de manifies-to cuando las velocidades su-peran los 20 km/h, y son im-prescindibles para los tracto-res de alta velocidad (más de

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FIGURA 10.- EFECTO DE LA SUSPENSIÓN DEL EJE DELANTEROVertedera - relación 4/h - 1 900 rev/min

26

20

15 1111

10

_ ,oVelocidad real

(km/h)Deslizamiento

(%)

Con umo

(uh)Consumo

(L'ha)

U Sin suspensión 8,2 7,7 19,8 15,0

B Con suspensión 8,4 5,5 18,9 14,1

EDS N

Niveles de vibración en la plataforma

en

CO 0 U1 stp•—•CO

0,45

0,40

0,35

0,30

0,25

0,20

0,15

0,10

0,15

0,00

co

Bandas

FIGURA 11.- VALORACIÓN DE LA ACELERACIÓN EFICAZ EN LAPLATAFORMA, ANALIZADA EN TERCIOS DE OCTAVA PARA EL

INTERVALO DE 1 A 16 HZ

30

40 km/h), aunque hay otra venta-ja detectada que se relaciona conla mejora de la capacidad de trac-ción, incluso a baja velocidad, porla mayor adherencia de las ruedas,a la vez que se evitan fenómenosde power-hop (galope) cuando setrabaja realizando grandes esfuer-zos de tracción.

Referencias prácticasEn diferentes ocasiones, re-

alizando evaluaciones de campocon distintos modelos de trac-tor, se han obtenido resultadosque permiten una primera valo-ración de las ventajas de la sus-pensión primaria del eje delan-tero y de la suspensión de la ca-bina.

El primer caso corresponde apruebas realizadas con un tractorDeutz Agrotron K120, con y sinsuspensión, trabajando con unarado de vertedera de 4 cuerposde 16 pulgadas (1.60 m de anchu-ra de trabajo con 25 cm de pro-fundidad) en la relación 4H a 1900rev/min, con el eje delantero consuspensión, y con esta suspen-sión bloqueada. Para una veloci-dad media de 8.3 km/h, al desco-nectar la suspensión primaria, seproduce un aumento del patina-miento que pasa del 5.5% a7.7%, aumentando el consumoen 0.9 L/ha. Esto pone de mani-fiesto las ventajas que aporta eleje delantero con suspensión pri-maria, aunque se trabaje a bajavelocidad cuando se realizan ope-raciones agrícolas que demandaelevado esfuerzo de tracción (Fi-gura 10).

El otro caso corresponde auna comparativa realizada con trac-tores New Holland TM 155, unode ellos con la suspensión Terra-glide en el eje delantero, y el otrocon el eje convencional, hacién-doles recorrer a velocidad de 40km/h un camino agrícola en rela-tivamente buen estado. Ambostractores disponían de cabina do-tada con un sistema de suspen-sión, y los registros, que se pre-sentan en la Figura 11, se realiza-ron sobre la plataforma en el inte-

‹g LAS VENTAJAS DE

LOS SISTEMAS DE

SUSPENSIÓN PRIMARIA

SE PONEN DE

MANIFIESTO CUANDO

LAS VELOCIDADES

SUPERAN LOS 20 km/h Y

SON IMPRESCINDIBLES

PARA LOS TRACTORES

DE ALTA

VELOCIDAD&

rior de la cabina, valorando la ace-leración media eficaz en terciosde octava para el intervalo de 1 a16 Hz.

Se puede apreciar claramen-te la reducción de las aceleracio-nes en las bandas de 2.0 y 2.5Hz, como consecuencia de la ac-ción del eje delantero dotado desuspensión, ya que ambos trac-tores disponen de cabina suspen-dida.

Para valorar la diferencia entreun eje delantero rígido con sus-pensión primaria, y un eje con sus-pensión independiente en las rue-das se puede utilizar como refe-rencia los resultados obtenidospor Lehtonen y Juhala, del Labo-ratorio TKK de la universidad de

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FIGURA 12.- SIMULACIÓN CON MSC.ADAMS (PISTA 120 5008)

Fr-2

mi-iz'•03

-ogcc':o5

a

Fuente:

1.81.6

1.41.21.00.80.60.40.2

0.0

11

Velocidad km/hVelocidad = 5 km/h = 50 -

III

- -.___

-_

-

sin susp rigido independ. sin su p. rugido independ.

DZ 0.33 0.32 0.33 0.67 0.68 0.73a Y 1.36 1.35 0.93 1.67 1.65 0.75

3 X 0.57 0.62 0.68 1.67 1.44 1.59

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Helsinki, realizando la simulaciónde algunos de estos sistemas conel MSC.ADAMS, tomando comoreferencia la pista normalizada se-gún ISO 5008 cuando se recorrea 5 y a 50 km/h, y midiendo lasaceleraciones sobre el asiento delconductor.

Los resultados, que se pre-sentan resumidos en la Figura 12,ponen de manifiesto las ventajasen la amortiguación de las vibra-ciones transversales (Y) que apor-ta el eje con suspensión indepen-diente en cada una de las ruedasdel eje, cuando el desplazamien-to se realiza a 50 km/h, pero queno son apreciables en otros casos,siempre que se disponga de unasiento con el sistema de suspen-sión adecuado.

Esto puede explicar la tenden-cia que siguen los fabricantes enel desarrollo de sistemas de sus-pensión activos y semiactivos, ytambién regulables por el usuario

para las diferentes condiciones detrabajo.

Por otra parte, hay que teneren cuenta que la interferencia quese puede producir entre las sus-pensiones del eje delantero, dela cabina y del propio asiento, ylos efectos que provocan los ape-

ros, durante el transporte eleva-dos por el tripuntal, que si no es-tán convenientemente ajustadaspueden dar lugar a fenómenos deresonancia en determinadas con-diciones de trabajo con pérdidade confort en el puesto de con-ducción.•