El mercado de los tracto-res agrícolas que utilizanun sistema de propul-sión mediante cadenas

metálicas es reducido, y limitadoa países como Italia y España, enlos que se da la posibilidad de re-alizar agricultura sobre suelosfuertes y en pendiente, lo queexige, especialmente en años de

son los que se utilizan en la agri-cultura.

Cadenas frente a ruedas

En la propulsión por cadenaexiste un paralelismo con la pro-pulsión por rueda, ya que las ca-

elevada pluviometría, la utiliza-ción de estos propulsores.

Pero los tractores con cade-nas metálicas se utilizan enotros campos de actividad: mo-vimiento de tierras, aprovecha-miento forestal… Seguidamentese analiza los aspectos más sig-nificativos de los propulsores decadena de baja velocidad, que

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LAS CADENAS METÁLICASEN LOS TRACTORES

PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO

En este primer artículo dedicado a los tractores de cadenas metálicas de baja velocidad, que son los empleados en trabajos agrícolas, se analizan sus

características más significativas.

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Las cadenas de media veloci-dad se construyen de maneraprecisa, con zapatas de dimen-siones medias (150 x 300 mm)de pequeño espesor y con perfilnervado. La cremallera la compo-nen eslabones de acero aleadomecanizados y unidos a bulones.La unión a la zapata se realiza portornillos. La transmisión es cerra-da, con engranajes en tomaconstante en baño de aceite, através de embragues multidisco.

Las cadenas de alta veloci-dad deben construirse de mane-ra muy precisa, con zapatas cor-tas y anchas, prescindiendo enocasiones de los rodillos tenso-res. Las ruedas propulsora y con-ductora se sitúan elevadas sobreel plano de apoyo de la cadena,lo que favorece el comporta-miento de la cadena al superarlos obstáculos. El mecanismo dedirección cobra una importanciaespecial y se recurren a diferen-ciales dobles y triples.

tacionarias, dragalinas, grúas,etc.

• De media velocidad (hasta 12 -14 km/h) para el desplazamien-to en trabajo, como correspon-de a empujadores de hoja,tractores agrícolas, etc.

• De alta velocidad (hasta 90km/h) para los vehículos en losque la función principal es la lo-comoción, como son los milita-res, anfibios, etc.

En la cadena de baja veloci-dad las zapatas que constituyenla cadena son de grandes di-mensiones y rígidas, provistasde tetones solidarios y no meca-nizados. Tanto los rodillos tenso-res como las ruedas motriz yconducida actúan directamentesobre el dorso de las zapatas.Los órganos de dirección loconstituyen acoplamientos degarras desplazables; el frenadose realiza por bloqueo con trin-quete y las transmisiones sonabiertas.

denas utilizan ‘ruedas’ que circu-lan sobre una superficie dura for-mada por los elementos consti-tuyentes del conjunto. También,la cadena es una cremallera do-ble, la interior constituida por larueda motriz engranando en losbulones de la cadena y la exte-rior que forman las garras de lacadena cuando se clavan en elsuelo (Fig 1).

En cualquier caso, hay unamejora notable en la superficiede contacto entre el vehículo y elsuelo, pero también se produceuna perdida de energía adicionalpara vencer la resistencia al mo-vimiento de los elementos de lacadena, incrementada por los fe-nómenos dinámicos que aumen-tan cuando se circula a alta velo-cidad. El hecho de incluir un me-canismo de piñón-cremallera,adecuado para trabajar a vecesen contacto con la tierra, incre-mentan estas pérdidas en com-paración con las de la rueda. Lasdiferencias son, no obstante, sig-nificativas en función del diseñode la misma, en especial en loque se refiere a los elementosde apoyo y a las suspensiones.

Las características de la ca-dena se han adaptado al tipo devehículo que la utiliza, estable-ciéndose, en este sentido, tresgrupos diferentes:• De baja velocidad (hasta 3

km/h) en las que sólo se buscaun desplazamiento, o cambiode lugar, como en las palas es-

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FIGURA 1.– APOYO DEL CONJUNTO DEL PROPULSOR SOBRE LA CADENA Y DE ÉSTA EN EL SUELO

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Componentes de lacadena de uso agrícola

La cadena se encuentra for-mada por una serie de elementosarticulados entre sí, que son loseslabones, formando parejas, demanera que ambos (eslabón de-recho e izquierdo) se unen por unextremo a un eje, que actúa debulón, y por el otro a un casquillo,cuyo diámetro interior permiteque lo atraviese de bulón del si-guiente par de eslabones, con su-ficiente holgura para que exista laarticulación (Figs. 2 y 3). Sobrecada eslabón se sitúa la ‘teja’ quees la que establece el contactode la cadena con el suelo.

Todos los elementos son deacero con endurecimiento super-ficial para reducir el desgaste.Cada eslabón tiene dos orificiospara la fijación de la teja median-te tornillos. Esta teja toma for-mas diferentes en función de lascondiciones del suelo por el quedebe transitar la cadena, y gene-ralmente van dotadas de un ner-vio de agarre para mejorar la ad-herencia. La anchura de la tejase aumenta para circular sobresuelos de baja capacidad portan-te.

Los casquillos y los bulonesse introducen a presión; paraunir los dos extremos de la cade-na se utiliza un casquillo con unbulón especial (eje de cierre),asegurado mediante una tuercao un pasador.

La cadena va situada sobreun conjunto de ruedas interiores

como son los rodillos de apoyo,que transmiten la carga, de ma-nera más o menos uniforme, ala cadena, y, en el ramal condu-cido, uno o varios rodillos de su-jeción.

La carga del tractor sobre lacadena se realiza, por una parte,a través del mismo eje quetransmite el movimiento, aun-que a medida que el tractor au-menta de tamaño se utiliza unaviga más avanzada, que apoyasobre los bastidores que sopor-tan los rodillos de apoyo. En laparte delantera hay otro apoyo,generalmente una ballesta, queda flexibilidad para que las cade-nas se ajusten a las irregularida-des del suelo (Fig. 4).

La rueda motriz construidade acero fundido tratado, tienedientes endurecidos, que sonlos que enganchan en los bulo-nes, y la rueda guía dispone deun resalte central para dirigir lacadena. Sobre ella actúa el ten-sor que mantiene a la cadena enposición de trabajo, solución me-cánica utilizada generalmentepara las cadenas de baja veloci-dad (12-14 km/h) y suelos congrandes obstáculos.

En las cadenas de alta veloci-dad (más de 50 a 60 km/h) y sue-los con grandes obstáculos laconstrucción de los elementoses ligeramente diferente. La rue-da motriz y la rueda guía se sitú-an en un plano superior, de ma-nera que los ramales de la cade-na que llegan a ellas desde los

que la accionan o le transmiten,de manera más o menos unifor-me, el peso del vehículo. Al con-junto de todos los órganos quecomponen la cadena se conocenfrecuentemente como ‘rodaje’.

El accionamiento lo realizauna rueda motriz, también cono-cida como rueda de ‘cabillas’, si-tuada en la parte trasera del ro-daje, y en la parte delantera sesitúa la rueda guía, que en las ca-denas de los tractores agrícolasy vehículos de baja velocidad, ac-túa como elemento tensor. Enlas cadenas para tractores degran potencia que se utilizan enmovimiento de tierras, la cadenatoma forma triangular, con dosrodillos tensores delante y de-trás y un tercer rodillo motor, si-tuado en un plano más elevado,accionado por el eje de salida dela transmisión.

El bastidor que soporta to-dos los componentes de la ca-dena incorpora otros elementos,

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FIGURA 2.– COMPONENTES DE LA CADENA AGRÍCOLA

FIGURA 3.– ESLABONES DE LA CADENA Y FORMA EN LA QUE SE UNEN ENTRE SÍ

1- Bulones; 2- Eslabones

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siendo:n1 = régimen de giro de la rueda

motriz (en rev/min).

Esta velocidad es una velo-cidad media, ya que las cade-nas no son bandas elásticas, si-no que están compuestas poreslabones articulados, y la velo-cidad real cambia con el ciclocorrespondiente al ángulo derotación de la rueda motriz. Es-ta oscilación periódica de la ve-locidad produce efectos dinámi-cos peligrosos en los vehículosrápidos, que se reducen acor-tando la longitud de los eslabo-nes (Fig. 5).

Resistencia a larodadura en lascadenas metálicas

La resistencia a la rodadurade los mecanismos de la cadenaincluye dos componentes princi-pales: las resistencias interioresdebidas a las fuerzas de roza-miento en sus elementos (MC/r1)y las resistencias exteriores de-bidas a la deformación del suelo.

Por otra parte, la longitud dela circunferencia de la rueda mo-triz es igual al número de dientesactivos multiplicado por el pasode la cadena:

2π × r1 = t1 × Z;o sea: rt = t1 × Z / 2π

siendo:t1 = paso de la cadena (m)Z = número de dientes de la

rueda motriz

por lo que:vt[m/s] = (t1 × Z / 2π) × w1 =

t1 × Z × n1s

siendo:n1s = régimen de giro de la

rueda motriz (en rev/s) =w1 / 2π

En consecuencia:vt [km/h] = t1 × Z × n1 × 60 /

1000 = t1 × Z × n1 × 0.06

rodillos de apoyo forman ciertoángulo con la horizontal. Ade-más, estas ruedas o rodillos deapoyo pueden estar dotadas deun dispositivo de suspensión in-dependiente que favorece laadaptación de la cadena a lasirregularidades del terreno.

Esta solución constructiva,fabricada con menos precisióndimensional para reducir los cos-tes de producción, se utiliza entractores agrícolas de origen ru-so, especialmente adaptados pa-ra desplazarse sobre suelos congrandes obstáculos (árboles de-rribados) y en trabajos forestalessobre suelos helados. Con estesistema se da prioridad a la facili-dad de desplazamiento en condi-ciones de suelos con obstácu-los, frente a la uniformidad dedistribución de las cargas sobreel suelo.

Acciones entre cadena y suelo

La velocidad teórica de avan-ce del vehiculo de cadenas pue-de calcularse con la expresión:

vt = w1 × r1

siendo:w1 = velocidad angular de la rue-

da motriz (en rad/s)r1 = radio de la rueda motriz

(en m).

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FIGURA 5.– CINEMÁTICA DE LA CADENA

FIGURA 4.– ARTICULACIÓN FRONTAL DE LAS CADENAS EN ELBASTIDOR DEL TRACTOR MEDIANTE BALLESTA

TRANSVERSAL Y DENTADO DE LA RUEDA MOTRIZ

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Mc es la suma de los pares derozamiento y depende mucho dela correcta tensión de las cade-nas.

La resistencia debida a lasdeformaciones del suelo (R2x) essimilar a la que se produce en larueda conducida y depende delhundimiento de la cadena en elsuelo, y por tanto depende de lanaturaleza de este.

En consecuencia, la resisten-cia total a la rodadura será:

Rk = MC / r1 + R2x

Y el coeficiente de resisten-cia a la rodadura:

k = Rk / PC = MC / (r1 × PC) + R2x / PC

siendo:PC = masa sobre la cadena.

sores (BC/MR). La ventaja a fa-vor de la cadena aumenta a me-dida que el suelo por el que setransita es más blando.

Al igual que para la rueda, di-ferentes autores han establecidoecuaciones semi-empíricas quepermiten calcular de maneraaproximada la resistencia a la ro-dadura de la cadena en funciónde sus parámetros dimensiona-les y el estado del suelo.

Así, Wismer y Luth (1971)establecen para la resistencia ala rodadura de la cadena la ex-presión matemática:

R2x / P = 0.45 / Tn + 0.045

Siendo: Tn = número característico de la

cadena = CI × b × l / P*CI = índice de cono (en psi)b = anchura de la cadena (en

pulgadas)l = longitud del apoyo de la

cadena (en pulgadas)P* = carga dinámica sobre la

cadena (en libras).

Esta ecuación se puede apli-car a tractores de cadenas queproducen, en el área de contactocon el suelo (P*/ b.l), una presiónde 4 a 12 psi ≅, trabajando a velo-cidades inferiores a 3 mph (4.8km/h) con penetración completade la teja.

El coeficiente de resistenciaa la rodadura para la cadena deltractor agrícola se encuentracomprendido entre 0.06-0.07 enterreno compactado y 0.20-0.30sobre suelo labrado (laboreo se-cundario). En (Cuadro 1) se pre-sentan los valores del coeficien-te de rodadura de la cadena endiferentes condiciones de suelo.

Comparando la resistenciaa la rodadura de una cadenacon respecto a la rueda (Fig. 6),se observa que la resistenciade la rueda con respecto a lacadena (RR/RC) se incrementaa medida que lo hace la relaciónentre la separación entre ruedamotriz y rodillo tensor de la ca-dena y el diámetro de la rueda(relación L/D); también resultaafectada por la relación de lasanchuras entre los dos propul-

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FIGURA 6.– DIFERENCIAS EN LARESISTENCIA A LA RODADURA ENTRERUEDAS Y CADENAS EN FUNCIÓN DE

SUS DIMENSIONES RELATIVAS

Fuente: Orlandi, mod.

Naturaleza y estado del suelo Coeficiente k Coeficiente µ

CUADRO 1.– COEFICIENTES DE RESISTENCIA A LA RODADURAY DE TRACCIÓN EN PROPULSORES DE CADENA

Camino de tierra firme y seco 0.05 – 0.07 0.9 – 1.1

Suelo virgen o baldío muy compacto 0.06 – 0.07 1.0 – 1.2

Baldío 3-4 años – pradera 0.06 – 0.07 0.9 – 1.1

Rastrojo 0.06 – 0.08 0.8 – 1.1

Tierra labrada 0.08 – 0.10 0.6 – 0.8

Tierra preparada para sembrar 0.09 – 0.12 0.6 – 0.7

Suelo pantanoso seco 0.11 – 0.14 0.4 – 0.6

Camino de nieve compactado 0.06 – 0.07 0.5 – 0.7

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En consecuencia, el empujeneto será:

EC / P* = (R1x / P*) – (0.45 / Tn +0.045)

El par en la rueda motriz dela cadena será:

M1 / (P* × r1) = 0.95 ×(1 – e-0.1 Tn) × (1 – e-Tnσ)

o sea:M1 = 0.95 × (1 – e-0.1 Tn) ×

(1 – e-Tnσ) × P* × r1

siendo:r1 = radio de la rueda motriz de

la cadena

La distribución de las reac-ciones horizontales del suelo enlas garras es variable y dependede la carga, de las formas cons-tructivas y de las condiciones de

deslizamiento del propulsor enel avance.

La relación entre el empujebruto (sin descontar las pérdi-das por rodadura) que puedeproporcionar un propulsor decadenas y la carga vertical sobreel mismo, según Wismer y Luth(1971), viene definida por la ex-presión:

R1x / P* = 0.95 × (1 – e-0.1 Tn) ×(1 – e-Tnσ)

siendo: Tn = número característico de la

cadena = CI × b × l / P*

P* = carga dinámica sobre lacadena (en libras)

σ = patinamiento.

Para predecir el comporta-miento de vehículos de cadenaen aplicaciones militares se handesarrollado modelos matemáti-cos que determinan la probabili-dad de paso por una determina-da zona de una unidad o de untren de vehículos.

Estos modelos toman comoreferencia el Índice de Cono (CI)del suelo, hasta una determina-da profundidad en función de lamasa del vehículo, y otras ca-racterísticas mecánicas del mis-mo, que definen su capacidadportante, utilizando como pará-metro básico el MI (Mobility In-dex). Para las cadenas de usoagrícola las ecuaciones de pre-dicción inicialmente desarrolla-das por Zoz, Wismer y Luth,ofrecen una precisión suficiente(Fig. 7) y (Fig. 8).

Capacidad de tracción

La cadena, además, al igualque la rueda motriz, transmite alsuelo una fuerza horizontal queasegura la propulsión y que esconsecuencia del par motor. Si elsuelo puede soportar este em-puje, que se produce sobre todala longitud de la cadena, el vehí-culo avanza venciendo las resis-tencias a la rodadura y arrastran-do cargas adicionales engancha-das al vehículo.

El empuje que puede propor-cionar la cadena, como en el ca-so de la rueda motriz, dependede la carga vertical sobre la cade-na y su distribución sobre la su-perficie de apoyo.

Al igual que sucede en larueda motriz, las fuerzas horizon-tales que actúan en el conjuntocadena suelo provienen, por unaparte, de la resistencia que opo-ne el suelo al avance de la cade-na (R2x), y por otra, de la fuerzade empuje (R1x) que debe de so-portar el suelo para que el pro-pulsor avance.

En una primera aproxima-ción, aplicando la ley de Cou-lomb, la fuera horizontal quepuede aplicar la cadena sobre elsuelo será igual a la carga verti-cal multiplicada por el coeficien-te de adherencia, que viene de-finido por la rotura del suelo enle plano que definen las garrasde la cadena. Esta sería la situa-ción límite, ya que una vez pro-ducida la rotura del suelo, y, deacuerdo con la naturaleza de es-te, el valor de coeficiente cam-bia, y puede relacionarse con el

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FIGURA 8.– PRESTACIONES DE LACADENA (LUTH, 1971)

FIGURA 7.– SISTEMA DE FUERZAS QUEACTÚA SOBRE LA CADENA

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utilización del vehículo. Segúndatos experimentales para trac-tores de cadena metálica la dis-tribución es la siguiente:• Esfuerzo de tiro débil: agarre

distribuido principalmente enlas garras de las tejas delante-ras (puntas entre 100 y 600daN).

• Esfuerzo medio (1000 a 2000daN): reacciones distribuidasen todas las garras con puntasen las frontales de 150 a 250daN.

• Esfuerzo elevado (2500 a 4500daN): reacciones de 150 a 250daN concentradas en el centrode la cadena.

La distribución de las cargasverticales depende de la posi-ción del centro de gravedad delvehículo y de las cargas dinámi-cas que se generan durante eltrabajo.

Para tractores agrícolas querealizan operaciones que deman-dan tracción, o utilizan equipossuspendidos, conviene el centrode gravedad se encuentre ligera-

M1 = par en el eje de la ruedamotriz de la cadena

ω1 = velocidad angular de larueda motriz de la cadena.

Al igual que en la rueda, laeficiencia total de la cadena ηc

será el producto de la eficienciasen la transmisión, en rodadura yen patinamiento.

Para calcular la eficiencia dela transmisión hay que considerardos aspectos: lo que son las pér-didas entre el volante del motor yla salida a la rueda motriz de la ca-dena, y lo que son las pérdidas enel conjunto de elementos mecá-nicos que componen la cadena.

Tomando sólo en considera-ción las pérdidas en la propia ca-dena, la eficiencia de la cadenacomo propulsor será:

ηc = ηr × ηk × ηδ

siendo:ηr = eficiencia en la cadenaηk = eficiencia en rodaduraηδ = eficiencia en deslizamiento

Dejando al margen las pérdi-das en la transmisión del movi-miento entre el motor y las rue-das motrices de un propulsor porcadena metálica, que pueden es-tar entre el 12 y el 18%, las deri-vadas de la rodadura de la cade-na, junto con los rozamientos queen la misma se producen, para unpropulsor de aplicación agrícola,pueden ser del 85 al 93% de laspérdidas totales en propulsor, y elresto debidas al patinamiento.

� LUIS MÁRQUEZ

mente por delante del punto me-dio de la longitud del apoyo de lacadena en el suelo.

Se da como recomendaciónque el centro de carga se en-cuentre entre el 5 y el 8% pordelante de la longitud del apoyo.Si se utilizan equipos suspendi-dos pesados en el enganche tri-puntal, conviene aumentar lasmasa frontales de lastre.

En tractores industriales diri-gidos a operaciones de movi-miento de tierra, con empujado-res, el centro de gravedad sesuele sitúa por detrás de la mi-tad de la longitud de apoyo de lacadena (Fig. 9).

Como consecuencia del es-fuerzo que se aplica al suelo, seproduce una reducción del avan-ce, o patinamiento, que define,al igual que para la rueda, comola pérdida de velocidad de avan-ce dividida por la velocidad teóri-ca, que es equivalente a:

δ = 1 × (v / vt) = 1 × (r / rt)

siendo:r = radio real de rodadura.

Se puede decir que el patina-miento es proporcional al esfuer-zo de tracción, si se mantieneconstante la cara dinámica sobrela cadena.

Eficiencia de la cadenametálica

La eficiencia en tracción dela cadena metálica se puede cal-cular dividiendo el producto delempuje por la velocidad real deavance entre el producto del parmotor en la rueda motriz por suvelocidad angular, o sea:

ηc = (R1x – R2x) × v / M1 × ω1

siendo:R1x = empuje de la cadena en el

sueloR2x = resistencia del suelo al

avance de la cadenav = velocidad real de avance

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FIGURA 9.– VARIACIÓN DE LA REACCIÓNVERTICAL DEL SUELO EN FUNCIÓN DELESFUERZO DE TRACCIÓN REALIZADO

� LA CADENA

TRANSMITE AL SUELO

UNA FUERZA

HORIZONTAL QUE

ASEGURA LA

PROPULSIÓN Y QUE ES

CONSECUENCIA DEL PAR

MOTOR�

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