Apostila power train Caterpillar

Apostila power train Caterpillar

(Parte 2 de 5)

As máqinas pesadas necessitam de um dispositivo que consiga ampliar o torque do motor. Foi criado então o conversor de torque.

1 – alojamento rotativo 2 – impulsor 3 – turbina 4 – estator

A diferença entre um acoplamento hidráulico e um conversor de torque está na adição de um estator no conversor. Vale lembrar que quando a máquina está submetida a um grande esforço, ocorre entre impulsor e turbina, o fluxo turbilhão. Grande parte do óleo rebate na turbina e se desloca em sentido contrário ao impulsor. Desta forma cai a potência do impulsor. No conversor de torque, o estator fica localizado estrategicamente no alojamento e sua função é redirecionar o óleo que flui em sentido contrário, ou seja, o óleo que retornaria para atrapalhar o movimento do impulsor é redirecionado em sentido favorável ao impulsor, multiplicando sua capacidade de torque.

Treinamento de Serviços Sotreq – Sumaré 13

O aumento de torque só aparece quando há uma solicitação da carga. Quando deixa de existir a necessidade de torque, desaparece o fluxo turbilhão e aparece o fluxo rotativo. Impulsor e turbina passam a ter a mesma rpm. Podemos concluir que em um conversor de torque, o fluxo turbilhão é benéfico. Mas não devemos esquecer que o turbilhão gera atrito internamente ao alojamento do conversor, o atrito gera calor, e conseqüentemente desgaste.

Embreagem Unidirecional

As máquinas que utilizam conversor de torque, geralmente trabalham em ciclo curto à baixa velocidade, ou seja, deslocam temporariamente a carga em alto torque e no momento seguinte aliviam a carga. Por exemplo: uma carregadeira de rodas fazendo carregamento de caminhão. Em outras aplicações, a máquina tem uma exigência alta de torque para sair da inércia, porém no momento seguinte cai a necessidade de torque e a máquina passa a ter a exigência de velocidade. Assim, torna-se desnecessário um conversor de torque. O ideal seria ter apenas um acoplamento hidráulico. Isso é possível utilizando-se um dispositivo chamado embreagem unidirecional.

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A embreagem unidirecional se assemelha bastante com uma catraca de bicicleta, que permite aos pedais girarem livres para trás, mas trava quando os pedais giram para frente. Neste caso, a catraca fica entre o estator e o alojamento fixo. Quando a máquina necessita de aumento de torque, o fluxo turbilhão age contra o estator travando-o no alojamento. Quando a máquina já venceu a carga e o conversor está em fluxo rotativo, o estator passa a girar livremente, no mesmo sentido do conjunto impulsor e turbina, e com a mesma velocidade. Assim, o conversor de torque age como conversor em alguns casos e como acoplamento hidráulico em outros. Isto coloca menos calor e menor desgaste ao sistema.

Conversor de Torque de Capacidade Variável

de terreno e aplicações, eles patinam desgastando a borracha prematuramente

Este dispositivo normalmente é encontrado em carregadeiras de rodas de grande porte. Nestas máquinas, o conversor de torque possui turbina, estator e impulsor de grande diâmetro. Isto faz a máquina desenvolver muito torque. O excesso de torque é prejudicial aos pneus, pois em alguns tipos Para sanar este problema, foi desenvolvido o converor de torque de capacidade variável. O impulsor é dividido em dois, onde um deles é controlado hidraulicamente por uma válvula manual. O impulsor externo está conectado ao impulsor interno por meio de uma embreagem.

A válvula (5) é controlada por cabo e alavanca do posto do operador para ajustar o torque dsejado, dependendo das condições do terreno e da patinagem dos pneus.

1 – engrenagem 2 – turbina 3 – alojamento 4 – impulsor externo 5 – alojamento da embreagem 6 – impulsor interno 7 – tampa 8 – suporte 9 – eixo de saída 10 – estator 1 – garfo de saída 12 – placa 13 – disco 14 – pistão 15 – guias

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Sistema Planetário

A exigência de aumento de torque fez com que simples arranjos de engrenagens não fossem suficientes. Além disso, quando necessitamos de redução de velocidade com grande aumento de torque, teríamos que ter engrenagens muito grandes, com alojamentos de construção robusta e dispendiosa. Com base nisto, foi construído um dispositivo de pequenas dimensões, capaz de aumentar muito o torque de saída, e quando necessário, reduzir a velocidade. A este conjunto chamamos de sistema planetário.

O nome sistema planetário foi dado em virtude da formação do conjunto que muito se assemelha com o nosso sistema solar.

1 – engrenagem anelar 2 – planetas e suporte 3 – engrenagem sol

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Existem planetários simples, com a transmissão de potência do tipo: sol, planeta e anelar. Também existem planetários compostos, com a transmissão de potência do tipo: sol, planeta interno, planeta externo e anelar. No segundo caso, haverá uma inversão no sentido de rotação final.

Para que um sistema planetário simples transmita potência, são necessárias as seguintes condições: • Uma engrenagem entra com a potência

• Uma engrenagem é travada

• Uma engrenagem sai com a potência

Normalmente a potência entra pela engrenagem sol, ocorre o travamento da anelar, e a potência sai pelo suporte, no mesmo sentido da sol. Caso seja necessária a inversão de movimento, a potência entra pela sol, ocorre o travamento do suporte, e a potência sai pela engrenagem anelar, no sentido contrário.

Conforme a necessidade, os conjuntos planetários podem se unir para formar grandes redutores. Temos como exemplo o comando de giro e o motor de percurso das Escavadeiras 320C, onde existe um redutor planetário simples que entra com a potência pela solar, fica com a anelar travada e sai com a potência pelo suporte dos planetas. O suporte dos planetas se transforma na engrenagem sol do segundo estágio, e o ciclo se repete. Neste caso, vamos imaginar que a redução primária seja 5:1 e a redução secundária seja 4:1, a diferença da velocidade de entrada para a velocidade de saída é muito grande e o torque elevadíssimo.

(1) suporte planetário do primeiro estágio (2) engrenagem planetária do primeiro estágio (3) suporte planetário do segundo estágio (4) engrenagem anelar (5) engrenagem planetária do segundo estágio (6) rolamento de roletes (7) rolamento de roletes (8) eixo pinhão (10) eixo do motor de giro (1) engrenagem sol do primeiro estágio (12) engrenagem sol do segundo estágio (14) alojamento (15) engrenagem rolamento (engrenagem do giro)

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Divisor de Torque

Algumas máquinas, em virtude da aplicação, necessitam de um conversor de torque para vencer obstáculos momentaneamente, e depois que a carga foi deslocada, necessitam de um acionamento direto. Para estes equipamentos foi desenvolvido o divisor de torque.

Basicamente, um divisor de torque é o trabalho conjunto de um conversor e de um sistema planetário. Colocando os dispositivos juntos teremos:

Operação do primeiro estágio do conjunto planetário

(1) suporte planetário do primeiro estágio (2) engrenagem planetária do primeiro estágio (4) engrenagem anelar (1) engrenagem sol do primeiro estágio (16) eixo da engrenagem ao suporte

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Sempre que o eixo de saída sente uma carga, sua velocidade é diminuída. Esta diminuição faz a velocidade da anelar diminuir e defasa a rotação entre turbina e impulsor. Quando a velocidade da turbina e do impulsor está diferente, ocorre o fluxo turbilhão e o aumento de torque. Quando a carga é vencida e o eixo de saída recupera sua rotação normal (igual a do motor), a máquina passa a se deslocar pela ação do sistema planetário, não utilizando mais o conversor de torque.

Servotransmissão

Vimos nos tópicos anteriores a necessidade de uma embreagem para engatar e desengatar o fluxo de potência entre o volante do motor e a transmissão. As máquinas pesadas que necessitam de uma troca constante de marcha para reunir as condições ideais de trabalho, se tornariam improdutivas se tivessem um sistema de transmissão que utilizasse embreagem acionada pelo operador. Isto traria desconforto e queda no rendimento. Foram desenvolvidas as servotransmissões, conjuntos de engrenagens capazes de conseguir aumento/redução de torque, ou aumento/redução de velocidade, sem a necessidade de acionamento de embreagem pelo operador, bastando apenas o manuseio da alavanca de mudanças.

Basicamente a servotransmissão é um pilha de peças, sistemas planetários, discos, placas, pistões circulares e alojamentos.

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Pelo conceito já adquirido, sabemos que para o funcionamento de um sistema planetário, é necessário que um dos componentes seja travado. O método utilizado é através de pressão de óleo agindo sobre um pistão circular. Como mostrado no desenho acima, o pistão comprime um conjunto de discos e placas contra o alojamento, produzindo assim, o travamento da engrenagem anelar. Em uma servotransmissão existem vários pacotes de embreagem, colocados lado a lado, fazendo a potência fluir da entrada para a saída.

Componentes da Servotransmissão:

Suporte com planetasSuporte central

Discos, placas, pistão e alojamento

Abaixo uma servotransmissão vista em corte, bem próximo do que se vê nos catálogos de peças e manuais de serviço:

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Vamos utilizar como exemplo uma servotransmissão de duas velocidades.

A potência entra pela engrenagem sol de avante, a anelar está travada, os planetas são acionados e impulsionam o suporte no mesmo sentido da sol. A potência vai para o lado de saída da transmissão. A anelar de primeira velocidade está travada, então o suporte gira os planetas que impulsionam a engrenagem sol de saída.

Treinamento de Serviços Sotreq – Sumaré 21

está travada, então o suporte gira os planetas que impulsionam a engrenagem sol de saída

Mais um exemplo: o suporte está travado, a potência entra pela sol de ré e impulsiona a anelar no sentido contrário. A potência vai para o lado de saída da transmissão. A anelar de segunda velocidade

Grupo de Controle da Servotransmissão

A simples tarefa de colocar óleo sob pressão na câmara do pistão de engate exige na verdade um conjunto de válvulas e carretéis trabalhando sincronizados e com pressão ajustada.

Alguns conceitos e nomenclaturas precisam ser definidos: P1 – óleo sob pressão que engata as embreagens de velocidade. P2 – óleo sob pressão que engata as embreagens de sentido. P3 – óleo sob pressão que alimenta a entrada do conversor de torque. Pressão de bomba – óleo sob pressão vindo da bomba de óleo da transmissão. Pressão de saída do conversor – óleo sob pressão controlada na saída do conversor de torque. Pressão diferencial – diferença entre P1 e P2, em valor constante. Pressão de lubrificação – óleo que sai quente do conversor, vai ao trocador de calor e em seguida para a lubrificação da transmissão. Válvula de alívio e modulação – controla a pressão de bomba e desempenha aumento gradual de pressão quando ocorre o engate de marcha. Libera óleo para alimentação do conversor de torque. Pistão de carga – coloca tensão na mola da válvula de alívio e modulação, em breves intervalos, para produzir a modulação. Válvula diferencial e de segurança – é responsável por fazer a diferença constante entre P1 e P2. Impede que a máquina se mova se o motor for funcionado com a alavanca de mudanças fora de neutro. Válvula de alívio de entrada do conversor – controla a pressão de entrada do conversor para evitar danos ao conjunto quando o motor é acionado com o óleo do sistema frio. Trocador de calor – arrefece o óleo que saiu do conversor e vai para a lubrificação. Válvula de alívio de lubrificação – controla a pressão de lubrificação em valores baixos. Orifício – controla a pressão de saída do conversor; em algumas máquinas usa-se uma válvula. Filtro de óleo – recebe todo o fluxo da bomba e remove partículas estranhas ao sistema. Carretel de velocidade – direciona o óleo de P1 às embreagens de velocidade. Carretel de sentido – direciona o óleo de P2 às embreagens de sentido.

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