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Sep 04, 2023

Relaciones de eje interior: detalle de la gama de opciones de reducción de velocidad

Es probable que cualquier camión de carretera que especifique hoy emplee la reducción de velocidad a algún

Es probable que cualquier camión de carretera que especifique hoy emplee la reducción de velocidad hasta cierto punto. Todas las fuentes dentro de esta historia están de acuerdo en que la mayoría de los camiones de hoy están poniendo relaciones más rápidas en la carretera. Es una tendencia impulsada por una mayor innovación e integración del tren motriz, con transmisiones manuales y automáticas automatizadas que juegan un papel clave en la búsqueda continua de una mejor eficiencia de combustible.

"La evolución de los diseños de la transmisión y el motor ha permitido la operación en el rango de RPM de eficiencia de combustible mientras que en velocidades de crucero", explicó Karl Mayer, director de gestión de línea de productos de Meritor, ejes traseros, América del Norte. "Las relaciones más rápidas también son compatibles con el uso de la transmisión manual automatizada y los controles de par en el motor. Además, los precios más altos del combustible en el futuro y los requisitos de GEI pendientes para 2020 y más allá generarán una demanda adicional de reducción de velocidad".

Antes de profundizar en los detalles de la reducción de velocidad, asegurémonos de que estamos en la misma marcha. La reducción de velocidad del motor se habilita a través de relaciones de eje más rápidas que permiten que el motor mantenga RPM más bajas, lo que ahorra combustible, al mismo tiempo que proporciona la potencia necesaria al eje.

La relación del eje se escribe como, bueno, una relación, como 2.16:1 en el caso de la oferta de relación de eje de transmisión directa más rápida de Detroit. Pero, ¿qué significa 2.16:1? La relación es simplemente el número de dientes de la corona dividido por el número de dientes del piñón. Por ejemplo, una relación de 2,16 podría tener 41 dientes en el engranaje y 19 dientes en el piñón: 19/41 = relación 2,159. Para que todo funcione, la transmisión debe ajustarse para manejar las velocidades del motor y un eje debe estar listo para aceptarlo; las relaciones más rápidas permiten que el motor mantenga los 200 HP necesarios en el extremo de la rueda a pesar de las RPM más bajas del motor. En esencia, la reducción de velocidad es una función de la relación del eje, no de la configuración del eje.

Al especificar su tren motriz, debe asegurarse de solicitar la relación correcta para la aplicación.

"Si un cliente especifica la relación incorrecta para sus aplicaciones, las consecuencias pueden variar desde un rendimiento deficiente hasta ganancias de eficiencia de combustible inferiores a las esperadas", dijo Kelly Gedert, gerente de marketing de componentes y tren motriz de Daimler Trucks North America. "La cantidad de eficiencia de combustible obtenida se ve afectada por varios factores, entre ellos, y puede variar mucho. Si un cliente especifica el tren motriz reducido adecuado para su aplicación y tiene conductores que conocen el funcionamiento correcto de estos trenes motrices, en particular el uso del control de crucero, entonces hay una buena posibilidad de que las mejoras en la eficiencia sean máximas. Por el contrario, especificar el tren motriz reducido incorrecto para la aplicación y los conductores que operan el vehículo de manera ineficiente conducirán a mejoras en la eficiencia del combustible menores a las esperadas".

Hay dos tipos de reducción de velocidad: agresiva con transmisión de transmisión directa (relaciones de 2.15-2.47/2.64) y relaciones ligeramente más rápidas con transmisiones de sobremarcha.

"La reducción de velocidad agresiva debe limitarse a los clientes de larga distancia que gastan del 80% al 90% en las dos marchas más altas y tienen al menos 30 millas entre paradas", dijo Mayer de Meritor. "Las relaciones ligeramente más rápidas con transmisiones de sobremarcha son más versátiles en aplicaciones como transporte de larga distancia, regional y urbano con relaciones que van de 2,64 a 4,11".

No hay atajos para elegir la proporción correcta y dependerá de las variables dentro de sus ciclos de trabajo. Las aplicaciones fuera de las rutas de autopistas de larga distancia generalmente no obtendrían las ganancias de eficiencia de la reducción de velocidad.

"También existen limitaciones basadas en los requisitos de capacidad de arranque y pendiente", señaló Patrick Dean, ingeniero jefe de Kenworth. "Por ejemplo, las aplicaciones con cargas más pesadas pueden beneficiarse de la reducción de la velocidad del motor en la carretera, pero no pueden lograr el rendimiento deseado. Alternativamente, si el camión no puede llegar a la velocidad máxima y permanecer allí, eso también es una prohibición para reducir la velocidad. En última instancia, se trata de la velocidad del motor. La velocidad del vehículo, el tamaño de los neumáticos, el engranaje de la transmisión y la relación del eje trasero determinan la velocidad final del motor".

"Las proporciones de los ejes no se seleccionan de forma aislada", comenzó Steve Slesinski, director de planificación de productos para el mercado de vehículos comerciales de Dana Inc. "Trabajamos en estrecha colaboración con los fabricantes de camiones para asegurarnos de que el motor, la transmisión, el eje de transmisión y los ejes funcionen como una unidad fina". unidad integrada y afinada para ofrecer el rendimiento específico necesario para cualquier aplicación determinada.

"Para los camiones de transporte de línea en carretera", continuó, "las transmisiones de transmisión directa requieren las relaciones numéricas más bajas. Las transmisiones de sobremarcha que utilizan tecnología de paso pequeño permiten una reducción de velocidad adicional en sobremarcha y eficiencia en la transmisión directa para mantener el motor en el rango máximo en varias condiciones de la carretera". velocidades".

Según Slesinski, los camiones de transporte de línea Clase 8 que pasan la mayor parte de su tiempo a velocidades de crucero en carretera generalmente caen en rangos de relación de eje que generalmente oscilan entre 2,26 y 3,36:1 según el ciclo de trabajo, la velocidad y el tipo de transmisión. Las relaciones de eje para aplicaciones de transporte pesado que operan en carretera oscilan entre 3,08 y 4,10:1. Por supuesto, es importante que trabaje con su OEM y los proveedores de su elección para asegurarse de seleccionar la proporción correcta para sus aplicaciones.

"Cuando una flota especifica un camión nuevo con una configuración diseñada para admitir la reducción de velocidad del motor", dijo, "una buena suposición general es que pueden lograr un aumento del 1 % en la eficiencia del combustible por cada 100 RPM que el motor se reduce a una velocidad determinada". velocidad de operacion."

"El porcentaje de aumento de eficiencia de combustible se ve afectado por la agresividad con la que el cliente aplica la reducción de velocidad, la aplicación y la relación que selecciona", dijo Mayer de Meritor. "En un escenario tradicional de operación de un camión con velocidades de crucero de 1450 RPM a 1125 RPM (efectivamente, una disminución de 300 RPM), el cliente puede esperar obtener una eficiencia de combustible de alrededor del 3%. Sin embargo, esto puede variar según el motor y la aplicación del vehículo."

Los motores avanzados de hoy son el corazón de las opciones reducidas. Tome la línea de motores PACCAR, por ejemplo. Wesley Slavin, gerente de marketing de carretera de Peterbilt Motors Co., dijo que el PACCAR MX-13 y MX-11 tienen curvas de par planas y pueden alcanzar un par máximo a RPM mucho más bajas. "Gracias a esta característica, un camión que reduce la velocidad puede mantener un buen rendimiento y capacidad de arranque a baja velocidad", explicó. "Mantener la velocidad con una marcha más baja en el crucero requerirá cambios a medida que cambia el terreno de la carretera".

Ahí es donde entran los AMT con su capacidad para administrar con precisión el engranaje. "La reducción efectiva de la velocidad del motor requiere que el motor funcione principalmente dentro de su rango de máxima eficiencia, lo que generalmente requiere más cambios de marcha en la transmisión para mantener un cierto rango de RPM", dijo Slesinski de Dana.

La integración del eje de transmisión y el eje de conexión también es importante. "Las relaciones de eje más rápidas requieren ejes de transmisión más robustos para manejar el par adicional. Los ejes de transmisión se han vuelto más grandes y pesados ​​para cumplir con los requisitos", explicó Gedert de Detroit.

Por cada caída de 100 RPM en la velocidad del motor para ahorrar combustible, el par aumenta significativamente para mantener la máxima potencia. En sus pruebas de aplicaciones de eje de alta torsión, Dana descubrió que la disminución de las RPM de un motor a velocidad de crucero de 1450 RPM para el motor típico a 1125 RPM para un motor reducido aumentó las cargas de torsión en la línea de transmisión en un 29 %. Estos pares de torsión más altos ejercen una tensión adicional sobre el eje, el eje de transmisión y el eje entre ejes, lo que reduce en gran medida la vida útil de estos componentes, especialmente las juntas universales.

"Si ejecuta continuamente más par a través del eje de transmisión y el eje, podría provocar un desgaste prematuro", advirtió Tom Bosler, director de planificación global de productos para el mercado de vehículos comerciales de Dana Inc. "Cada OEM tiene requisitos específicos de manejo de par y se debe especificar el eje de transmisión adecuado para que coincida con la relación del eje".

Así como los aceites de motor han cambiado hacia grados de baja viscosidad, también lo ha hecho la lubricación de ejes. El año pasado, Detroit presentó su sistema Axle Lubrication Management (ALM), que permite un uso más eficiente de la lubricación de los ejes e impulsa mejoras adicionales en el ahorro de combustible atribuidas únicamente a los ejes, según Gedert.

Durante el lanzamiento del eje tándem 14X HE de Meritor, Ken Hogan detalló el proceso de gestión de lubricación de Meritor. "El principal beneficio del sistema de administración de lubricación es que permite que nuestro eje reduzca el nivel de lubricación mientras se mueve a gran velocidad", dijo. "Toma el aceite, lo pasa a través de una tubería y lo coloca en los extremos de las ruedas, y luego lo mantiene en su lugar, lo que reduce efectivamente el nivel de lubricante, lo que reduce las pérdidas por agitación debido a la reducción del nivel de aceite en el sumidero principal. La reducción de las pérdidas por agitación es uno de los principales contribuyentes a la ganancia de eficiencia".

"Meritor ha notado una tendencia hacia lubricantes de menor viscosidad que se traducen en menos fricción y una mayor eficiencia del eje", informó Mayer. "Esta reducción en la viscosidad del lubricante puede equivaler a una mejora del 0,3 al 0,5 % en la eficiencia general del eje. Los fabricantes de lubricantes deben concentrarse en desarrollar lubricantes que puedan soportar el calor y tengan la misma vida útil para permitir un intervalo de cambio de aceite de 500 000 millas o cuatro años .

"El lubricante para ejes adecuado puede alargar los intervalos de servicio, optimizar la vida útil del eje y reducir la fricción y la pérdida por giro", coincidió Bosler de Dana. "Dana especifica sus ejes con ciertos lubricantes para maximizar los intervalos de drenaje. Los lubricantes especificados por Dana califican para un intervalo inicial de cambio de lubricación del eje motriz de 500,000 millas. También especificamos lubricantes sintéticos para obtener la máxima vida útil, eficiencia y rendimiento del eje".

Además, es imperativo mantener los niveles de lubricación adecuados dentro de los ejes. Slavin de Peterbilt dijo que demasiado aceite podría crear una rotación excesiva y reducir la eficacia operativa y la economía de combustible. "El eje PACCAR 40K, por ejemplo, tiene un sistema de lubricación interna que permite una lubricación adecuada con menos aceite para reducir estas pérdidas por rotación", dijo.

Hace apenas unos años, la idea de que las relaciones de los ejes se aceleraran hacia un futuro inferior a 2,0:1 hubiera sido impensable. Hoy, nos encontramos al borde de esa realidad.

"Para reducir la velocidad por debajo de 2,0:1", comenzó Mayer de Meritor, "los proveedores de motores y transmisiones están desarrollando productos que pueden funcionar a 900 RPM o menos y, al mismo tiempo, ofrecer un rendimiento adecuado. Los OEM deberán centrarse en un mayor desarrollo y pruebas de ruido, vibración y el manejo, y los efectos de un par más alto en todo el tren motriz. Dicho esto, Meritor actualmente tiene fabricantes de equipos originales que preguntan sobre relaciones entre el rango de 1.8-1.9, por lo que es probable que una relación por debajo de 2.0 llegue más pronto que tarde".

Eso es especialmente cierto dado que el aumento de los precios del combustible y las presiones legislativas adicionales obligarán a los fabricantes de equipos originales y proveedores a profundizar en la reducción de la velocidad para obtener mayores ganancias de eficiencia.

Slesinski de Dana ve dos factores que acelerarán las relaciones de los ejes: la capacidad técnica y la viabilidad financiera.

"Las tecnologías de motores y transmisión también desempeñan un papel, y Dana tiene asociaciones de colaboración de larga data con proveedores líderes de la industria para adoptar un enfoque integral de sistemas", dijo. "Los motores deben poder funcionar a RPM más bajas mientras proporcionan el torque requerido para mover el vehículo hacia adelante. La brecha se está cerrando en el rango entre el acoplamiento del embrague, las RPM y la velocidad de crucero en carretera. A medida que eso se vuelve factible y podemos automáticamente cambie las transmisiones para asegurarse de que el motor siempre esté funcionando en un punto óptimo para la eficiencia, son factibles relaciones de eje más bajas.

"Por otro lado, una aceptación más generalizada de las opciones actuales reducidas impulsará una adopción acelerada", concluyó. "A medida que las flotas se sientan cómodas con una proporción de 2,26:1, la industria empujará los límites para ir más abajo".