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UNIDAD MOTRIZ EN CAMION
CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere a un dispositivo y método para un vehículo articulado, particularmente un cargador de minería articulado, que comprende un elemento delantero y un elemento trasero que es giratorio sobre un varillaje de manejo ubicado entre ellos, donde se asegura un diferencial ubicado entre un eje de rueda en el elemento delantero y un eje de rueda en el elemento trasero, o frena, por un freno en respuesta a la ocurrencia de un ángulo predeterminado entre el elemento delantero y el elemento trasero. ANTECEDENTES DE LA INVENCION Una práctica conocida es proporcionar un vehículo articulado, por ejemplo un camión de descarga, con impulsión en todas las ruedas para lograr una buena capacidad para tratar superficies suaves y/o resbaladizas. Con este fin, una unidad motriz del vehículo incluye un eje de rueda delantero ubicado en el elemento delantero del vehículo. El eje de rueda delantero tiene un diferencial transversal delantero accionado vía un primer eje de transmisión de una caja de distribución ubicada generalmente en el elemento delantero para accionar las ruedas delanteras izquierdas y derechas. Un eje de rueda REF. 147938
trasero se ubica en el elemento trasero del vehiculo. Para accionar las ruedas traseras derechas e izquierdas, el eje de rueda trasero tiene además un diferencial transversal, un diferencial transversal trasero, que se acciona vía un segundo eje de transmisión de la caja de distribución. El vehiculo también puede tener más de uno eje trasero accionado de una manera similar. La caja de distribución recibe su energía vía un eje de transmisión que empieza con una caja de engranajes situada cerca de un motor en el elemento delantero, por lo cual la caja de distribución distribuye la fuerza de torsión a las ruedas delanteras y traseras . Los diferenciales transversales delanteros y traseros hacen posible que las ruedas en un mismo eje viajen a diferentes distancias durante la conducción del vehículo, por el elemento delantero y el elemento trasero que son sometidos a un ángulo de manejo a modo que formen un ángulo entre sí, lo cual significa que los ejes longitudinales respectivos del elemento delantero y del elemento trasero forman un ángulo entre sí . Esta técnica trabaja perfectamente bien siempre y cuando las ruedas tengan un buen agarre en la superficie de conducción, pero si el agarre de la rueda en un eje de rueda se deteriora mientras que el diferencial está abierto (es decir cuando el diferencial no está bloqueado) , la rueda comenzará a
deslizarse (por supuesto, ésta sucede solamente en caso de que haya un diferencial longitudinal y esté abierto) . En el caso de una caja de distribución sin diferencial, los ejes de transmisión harán que los ejes delanteros y traseros giren a la misma velocidad. Para que el deslizamiento sea posible, uno de los ejes de transmisión tiene que poder girar más rápidamente.) y la energía del motor será dirigida por consiguiente a la rueda deslizante. Una consecuencia de esto es que es la rueda deslizante determina la energía de impulsión combinada en el eje de rueda respectivo. En vista de las desventajas descritas, un bloqueador de diferencial se proporciona generalmente para permitir que en tales situaciones se asegure el diferencial transversal y que de tal modo las ruedas giren a la misma velocidad. Por esta razón, un diferencial no está instalado generalmente en cargadores de mina de una clase correspondiente. Otra práctica técnica conocida es proporcionar un diferencial en los ejes longitudinales para que la energía de impulsión sea recibida en los ejes de transmisión delanteros y traseros anteriores desde la caja de distribución vía un diferencial (de aquí en adelante llamado diferencial longitudinal) como se describió anteriormente. Esto se hace con el objeto de hacer posible que las ruedas en el eje de rueda delantero y el eje de
rueda trasero viajen a diferentes distancias durante la conducción del vehículo. Nuevamente, tal diferencial longitudinal trabaja satisfactoriamente siempre y cuando todas las ruedas del vehículo tengan un buen agarre, pero si el agarre de las ruedas en un eje de rueda se deteriora (generalmente las ruedas del elemento delantero en el caso de un vehículo cargado) , lo cual ocurre comúnmente en inclinaciones pronunciadas, por ejemplo en el caso de camiones de carga de mina, la rueda/ruedas en el eje de rueda comenzarán a deslizarse y la energía del motor será dirigida a la rueda o ruedas deslizantes en el eje de rueda con el agarre más pobre si el vehículo tiene un diferencial transversal en el eje en cuestión y el diferencial está abierto. Para prevenir tal deslizamiento, el diferencial longitudinal también se puede proporcionar con dispositivo de aseguramiento de diferencial que permite asegurar el diferencial a modo que los ejes respectivos que accionan los ejes de ruedas delanteros y traseros giren a la misma velocidad. El resultado será que todas las ruedas en el mismo eje de rueda giran a la misma velocidad. Por las razones descritas en la presente, es asimismo común que los camiones de carga articulados de mina no se equipen con un diferencial longitudinal. Una desventaja particularmente clara ocurre en los vehículos /camiones articulados, por ejemplo un camión
de carga de mina o camión de descarga, que tiene un elemento delantero adaptado para girar sobre un varillaje de manejo vertical sobre el cual el elemento trasero también se adapta para girar. En tal vehículo, el eje de rueda delantero y el eje de rueda trasero se ubican generalmente a diferentes distancias del varillaje de manejo. El eje de rueda delantero se ubica generalmente a una distancia sustancialmente más corta desde el varillaje de manejo. Esta configuración da lugar a dos ejes de rueda que operan a radios de curvatura totalmente diferentes durante la conducción del vehículo. Si tal vehículo trata una curva con el diferencial longitudinal asegurado, particularmente si el vehículo lleva una carga pesada en el elemento trasero, en una superficie de tierra donde las ruedas tendrán un buen agarre, las transmisiones, particularmente los ejes de transmisión y la caja de distribución, serán sometidos a cargas muy severas en forma de fuerza de torsión retardante debido a que las ruedas en el eje de rueda delantero tenderán que girar más rápidamente que las ruedas correspondientes en el eje de rueda trasero. Además de las tensiones en las transmisiones, habrá un desgaste creciente del neumático y la conducción será más difícil, puesto que el vehículo se deslizara y tenderá a viajar hacia el lado derecho mientras se conduce. Por supuesto ocurrirá la misma
desventaja según lo descrito en la presente en el caso de un vehículo articulado correspondiente que no tiene ningún diferencial longitudinal, por ejemplo los camiones de carga de mina de constitución comparable. Un diferencial longitudinal necesita una función de aseguramiento, según lo descrito anteriormente, para prevenir que toda la fuerza de torsión del motor sea dirigida a un solo eje, cuyas ruedas tienen una fricción baja en relación a una superficie del camino. Existen soluciones conocidas para asegurar el diferencial. Una de las soluciones toma la forma de un acoplamiento de sujeción que asegure los ejes de transmisión una vez que se acoplen. La especificación de Patente Estadounidense No. 6 641 223 se refiere a una solución de acoplamiento de sujeción para un vehículo articulado. Una desventaja de tal solución es que el vehículo tiene que llegar a un punto muerto en respuesta al aseguramiento por el acoplamiento de sujeción. De acuerdo a otra técnica conocida, un valor de frenado porcentual ("deslizamiento limitado") se preestablece para el diferencial longitudinal. Si el valor de frenado se fija demasiado bajo, la fuerza de torsión aún se puede dirigir hacia solamente un eje de rueda. Un valor de fijación demasiado alto someterá asimismo las transmisiones de la unidad motriz del vehículo a una
fuerza de torsión alta. Los discos del freno del diferencial se desgastarán, de tal modo que también se afecta la acción de fijación prevista. La especificación de Patente Estadounidense No. 6 009 969 también proporciona un ejemplo de la innovación en este campo y la especificación de Patente Estadounidense No. 2003/0216212 proporciona otro que se refiere a un vehículo no articulado. Un objeto de la presente invención es para presentar una solución a las desventajas descritas anteriormente de la innovación de la invención. BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Un aspecto de la invención presenta un dispositivo con características de acuerdo a la reivindicación 1 anexa. Otro aspecto de la invención presenta un método con características de acuerdo a la reivindicación independiente anexa del método. Otras versiones de la invención se indican en las reivindicaciones dependientes. Una de las ventajas de la solución presentada es que el diferencial longitudinal está normalmente asegurado, dando por resultado la capacidad máxima del vehículo, y que el freno de diferencial que bloquea el diferencial longitudinal está solamente desactivado a los
ángulos de conducción grandes en los cuales los aumentos grandes anormales de la fuerza de torsión ocurren debido a diferentes distancias que son recorridas por los ejes delanteros y traseros respectivamente. Tal desactivación automática del freno de diferencial significa que en circunstancias normales el conductor del vehículo no necesitará considerar si es necesario desactivar o activar un freno de diferencial. Esto es particularmente ventajoso en el caso de los camiones de carga de mina articulados, que tienen comúnmente que tratar superficies resbaladizas en combinación con inclinaciones pronunciadas. Otra ventaja sustancial es que el sistema de diferencial longitudinal es resistente a averías, puesto que cualquier avería que ocurre en los circuitos de aceite que controlan el diferencial longitudinal, darán lugar automáticamente al sistema que invierte al estado normal del diferencial longitudinal, es decir a mantener el freno del diferencial asegurado. BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS La figura 1 representa una vista lateral esquemática de un vehículo articulado del tipo al cual la invención se relaciona. La figura 2 representa una vista en planta esquemática del vehículo de acuerdo a la figura 1, con el elemento delantero del vehículo y el elemento trasero en
ángulo entre sí. La figura 3 representa esquemáticamente las transmisiones para un vehículo articulado de acuerdo a un aspecto de la invención. La figura 4 ilustra un diagrama estructural para el control del diferencial longitudinal en las transmisiones del vehículo de acuerdo a la figura 3. La figura 5 ilustra, muy esquemáticamente, una sección con una modalidad de un freno de diferencial de acuerdo a un aspecto de la invención. DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Un número de modalidades de la invención son descritas más adelante con referencia a las figuras anexas . Una modalidad de un vehículo articulado de la clase mencionada en la presente invención se ilustra en la figura 1. El vehículo es denotado por el número de referencia 1. El elemento delantero del vehículo es denotado por 2 y su elemento trasero por 3. La figura 2 representa una vista en planta del vehículo articulado de acuerdo a la figura 1, con el ángulo de manejo formado entre el elemento delantero 2 y el elemento 3. En esta modalidad el elemento delantero del vehículo se proporciona con un eje de rueda delantero 4 y el elemento trasero se proporciona con un eje de rueda trasero 5. Por
motivos de simplicidad, el eje de rueda delantero 4 y el eje de rueda trasero 5 son representados en el diagrama por lineas discontinuas. El elemento delantero 2 se puede dirigir a un ángulo de manejo en relación al elemento trasero 3 debido a que los elementos delanteros y traseros se articulan sobre un varillaje de manejo 6. Como se puede observar en las figuras 1 y 2, la distancia entre el eje de rueda delantero 4 y el varillaje de manejo 6 y la distancia correspondiente entre el eje de rueda trasero 5 y el varillaje de manejo 6 es diferente, dando por resultado las desventajas mencionadas previamente de diferentes distancias que son recorridas por los ejes de rueda delanteros y traseros cuando el vehículo articulado 1 es conducido. Las figuras muestran solamente un eje de rueda trasero pero el elemento trasero puede por supuesto, si se desea, proporcionarse con dos eje de rueda separados accionados independientemente (por el mismo eje de transmisión) . La figura 3 representa esquemáticamente, los componentes principales referidos en el vehículo articulado en una modalidad de la invención. En la modalidad representada, un motor 7 se ubica en el elemento delantero del vehículo. El motor generalmente toma la forma de un motor diesel, pero el tipo de motor de menor importancia para la invención. El motor, referencia 7 en
las figuras, también incluye normalmente una caja de engranajes. Por supuesto no existe nada que prevenga que la caja de engranajes sea ubicada en otra parte en el elemento delantero. El motor 7 transfiere energía a una caja de engranajes no descrita que se ubica cerca del motor y que transfiera la fuerza de torsión vía un eje de transmisión de salida 8 a las transmisiones en una caja de distribución 9. En la modalidad de acuerdo a este aspecto de la invención, la caja de distribución 9 comprende un diferencial, más adelante llamado diferencial longitudinal 10. El diferencial longitudinal transfiere la fuerza de torsión a un primer eje 11 pensado para accionar el eje de rueda 4 en el elemento delantero 2 y un segundo eje 12 para accionar el eje de rueda 5 en el elemento trasero 3. La energía del primer eje 11 se transfiere vía un diferencial transversal delantero 13 al eje de rueda delantero 4. Una rueda derecha delantera 14 y una rueda izquierda delantera 15 en el eje de rueda delantero 4 pueden, cuando se requiere, girar independientemente entre sí de una manera conocida como un resultado del diferencial transversal delantero 13. La energía del segundo eje 12 se transfiere de manera correspondiente vía el varillaje de manejo 6 y un diferencial transversal trasero 16 al eje de rueda trasero 5. Una rueda derecha trasera 17 y una rueda izquierda trasera 18 en el eje de
rueda trasero 5 pueden, cuando se requiera, girar independientemente entre si de una manera conocida como resultado del diferencial transversal trasero 16. Durante la conducción del vehículo, el primer eje 11 y el segundo eje formarán un ángulo de manejo v entre sí. Este ángulo de manejo v se ilustra en la figura 3. De acuerdo a un aspecto de la invención, el diferencial longitudinal 10 se equipa con un freno de diferencial 20. Este freno de diferencial 20 se acopla al diferencial longitudinal. El propósito del freno de diferencial 20 es frenar el diferencial longitudinal 10, cuando se desee, a modo que el primer eje de salida 11 y el segundo eje de salida 12 giren asegurados entre sí. Cuando se desee, el freno de diferencial 20 tiene que desasegurarse a modo que el eje de rueda delantero 4 y el eje de rueda trasero 5 puedan girar a diferentes velocidades independientemente entre sí. Un diseño esquemático para el control del freno de diferencial 20 se representa en la figura 4, lo cual muestra el motor 7 que impulsa una bomba de aceite hidráulico 21. El aceite hidráulico se utiliza para lubricar el motor 7 y la caja de distribución 9 y, por simplicidad, más abajo es referido simplemente como aceite. En circunstancias normales, es decir a un ángulo de manejo mínimo predeterminado, la bomba 21 empuja el
aceite a través de un ciclo que comprende los conductos de aceite 22, 22a, 22b para una transmisión de motor 7 y la caja de distribución 9 para lubricar estas unidades. El aceite se acumula en el recipiente de aceite 23 debajo de la caja de distribución 9 y se regresa a la bomba 21 vía un conducto de succión 24. El control de un arreglo automático para asegurar el freno de diferencial 20 cuando ocurre un ángulo de manejo predeterminado Vi, se puede efectuar de varias maneras. Una modalidad se representa en la figura 4. Una válvula de control 25 está instalada en el conducto de aceite 22 de la bomba 21. En esta modalidad, la válvula de control 25 es contigua, vía un rodillo guía de un brazo de operación 25a de válvula, contra una superficie de un eje de varillaje de manejo 26, es decir contra el contorno externo del último. El eje de varillaje de manejo 26 gira durante la conducción con el vehículo articulado 1 al mismo ángulo que el ángulo de manejo v anterior. El brazo de operación 25a de la válvula de control 25 es contiguo al eje de varillaje de manejo 26 en una superficie plana del último que se extiende a lo largo de una línea de la circunferencia del círculo que limita el área transversal del eje de varillaje de manejo 26 de una manera tal que la línea cortara la circunferencia del círculo a lo largo de un sector del eje de varillaje de manejo 26 a un ángulo
del sector que es el doble de vi . Cuando el rodillo guía en el brazo de operación de la válvula de control 25 lleva la superficie plana en el eje de varillaje de manejo 26, es decir cuando el ángulo de manejo es un poco pequeño, el aceite fluirá en los conductos de aceite según lo descrito anteriormente. A un ángulo de manejo v=0 el rodillo guía estará en la superficie plana a lo largo de la línea central del sector, pero durante la conducción del vehículo de una manera tal que el ángulo de manejo Vi sea excedido, el eje de varillaje de manejo 26 girará a modo que el rodillo de guía en el brazo de operación de la válvula de control 25 se mueva hacia fuera en la periferia del eje de varillaje de manejo, con el resultado que el brazo de operación de la válvula de control 26 será empujado hacia adentro y hará que el último cambie de estado, haciendo que el aceite de la bomba 21 sea dirigido a través de la válvula de control a un conducto de control 27. El aceite en el conducto de control 27 pasa a través de una válvula operable manualmente 28 y procede a los conductos de aceite 22a y 22b mencionados previamente para la lubricación del motor y de la caja de distribución vía un obturador 29. Entre la válvula operable manualmente 28 y el obturador 29 hay una división para que el aceite alcance un conducto de conexión 30. La presión en este
conducto de conexión 30 actúa sobre el freno de diferencial 20. Cuando la presión en el conducto de conexión es baja, las fuerzas de afluencia que actúan de una manera conocida mantienen los discos en contacto entre sí y de tal modo conectan juntos el primer eje 11 y el segundo eje 12 en el diferencial longitudinal 10 para frenar este último o, en otras palabras, asegurarlo. En contraste, la alta presión del aceite en el conducto de conexión 30 actuará sobre un pistón en el freno de diferencial para contrarrestar las fuerzas de afluencia para liberar los discos a partir entre sí y desactivar el freno de diferencial o, en otras palabras, desasegurarlo. El freno de diferencial por lo tanto será desactivado cuando la válvula de control 25 detecte un ángulo de manejo más grande que vi, puesto que la válvula de control 25 cambiará el estado y el conducto de conexión 30 ejercerá presión sobre el pistón en el freno de diferencial a modo que este último se desactive y el diferencial longitudinal 10 opere sin frenar. Una ilustración muy simplificada del freno de diferencial 20 se representa en la figura 5, que muestra de qué manera el primer eje 11 y el segundo eje 12 se pueden acoplar juntos por un paquete de disco 31. Cuando la presión del aceite en el conducto de conexión 30 es baja, un paquete de afluencia 32 ejerce presión sobre un
pistón 33 para que los discos en el paquete de disco 31 se acoplen juntos. En contraste, si el ángulo de manejo v es mayor que vi, el conducto de conexión 30 llega a estar abierto por la presión, causando que la presión del aceite sea generada en una cámara 34. La fuerza de afluencia del paquete de afluencia 32 es tal que la presión del aceite en la cámara 34 anulará la acción del paquete de afluencia 32, a modo que el pistón 33 regrese a una posición neutral por lo cual los discos del paquete de disco 31 están liberes entre si y de tal modo se desasegura el freno de diferencial 20. Como modalidad, el obturador 29 puede ser tal que la presión del aceite en el conducto corriente arriba del obturador sea de 1 bar. Alternativamente, el obturador ajustable se puede utilizar para permitir que una cantidad determinada de deslizamiento, en este caso una presión más alta corriente arriba del obturador sea la presión del aceite que abre el freno de diferencial 20. Si una averia ocurre en el sistema de aceite por lo cual el conducto de conexión 30 pierda su presión, el freno de diferencial 20 asegurará el diferencial automáticamente, de tal modo hace que el diferencial longitudinal sea resistente a averías. El ángulo de manejo predeterminado vi que constituye el ángulo de manejo v al cual se piensa que el freno de diferencial 20 se abre, se puede seleccionar de
acuerdo al uso y superficie del camino para los cuales se piensa el vehículo. Un ángulo de manejo vi predeterminado conveniente es 20°. A tal ángulo, los problemas de diferentes ángulos de rodamiento para los ejes de ruedas delanteros y traseros se pueden contrarrestar por el vehículo. El ángulo predeterminado vi seleccionado por supuesto puede ser diferente. Los valores alternativos convenientes de i son 10° a 30°, preferiblemente 15° a 25° . Se piensa que la válvula operable manualmente 28 es una válvula que puede ser accionada por el conductor del vehículo a modo que pueda invertir al freno de diferencial asegurado 20 incluso cuando el freno de diferencial se desactiva automáticamente, por lo cual el aceite fluye en el bucle 22, 22a, 22b sin ser afectado por el obturador 29 y por la presurización del conducto de conexión 30. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.