La dirección diferencial es el medio de dirigir un vehículo terrestre aplicando más par motor a un lado del vehículo que al otro. [1] La dirección diferencial es el medio principal para dirigir vehículos con orugas , como tanques y excavadoras , también se usa en ciertos vehículos con ruedas comúnmente conocidos como minicargadores , e incluso se implementa en algunos automóviles, donde se llama vectorización de par , para aumentar dirección cambiando la dirección de las ruedas en relación con el vehículo. La dirección diferencial es distinta de la dirección de torsión , que generalmente se considera un efecto secundario negativo de las opciones de diseño del tren de transmisión.
Historia
Una empresa agrícola británica, Hornsby en Grantham , desarrolló una oruga continua, que fue patentada en 1905. [2] Los tractores Hornsby presentaban una disposición de embrague de dirección de oruga.
Mecanismos
Hay varios mecanismos que se han desarrollado para variar el par aplicado a diferentes lados de un vehículo. Estos incluyen embrague-freno de dirección, diferencial con frenos de dirección, -diferencial controlado de dirección, orientada de dirección, Maybach doble diferencial de dirección, de doble diferencial de dirección, de triple diferencial de dirección, [1] hidráulico , [3] y eléctrica.
Embrague-freno
En la dirección con diferencial de freno y embrague, la energía se desconecta a un lado o al otro con un embrague , y el lado sin energía también puede tener un freno aplicado para apretar el giro. [1] Tenga en cuenta que no hay un conjunto de engranajes diferenciales en este diseño. Las orugas a ambos lados del vehículo siempre girarán a la misma velocidad a menos que se desacople una para girar. Este método es sencillo de implementar pero ineficaz y solo es adecuado para vehículos ligeros. Además, cuando se desplaza cuesta abajo con el freno motor, desacoplar un lado para girar puede resultar en un giro en la otra dirección. [1] [4]
Diferencial frenado
En la dirección con diferencial de freno, la potencia se aplica a ambos lados a través de un diferencial y se aplica un freno a un lado o al otro. La desaceleración de un lado hace que el otro lado acelere, debido al diferencial, y así el vehículo mantiene una velocidad constante. Una desventaja posterior es que los cambios en la resistencia a la rodadura o la tracción de un lado a otro hacen que el vehículo gire automáticamente a menos que el conductor lo contrarreste. [1] La dirección diferencial de este tipo se utilizó en muchos diseños de semioruga para ayudar a hacer giros cerrados.
Diferencial controlado
En la dirección con diferencial controlado, los piñones dentro del diferencial están bloqueados, lo que hace que un lado gire más rápido que el otro. Una ventaja es que no se pierde potencia al frenar. Una desventaja es que solo se puede realizar de manera eficiente un radio de giro . Este método fue desarrollado por Cleveland Tractor Company en 1921 y se denominó Cletrac Regenerative Steering System . [1]
Orientado
En la dirección diferencial con engranajes, se utilizan dos cajas de cambios completas para proporcionar potencia a cada lado, y se puede derivar un radio de giro distinto de cada combinación de relación de engranajes . La principal desventaja de este sistema es que duplica el tamaño y el peso de la transmisión total y, por lo tanto, solo se ha implementado de manera experimental. [1]
Maybach doble diferencial
En el diferencial doble de Maybach, la potencia se transmite a través de una única transmisión principal y luego a través de un mando final de engranajes epiciclo en cada lado. Una velocidad de transmisión diferente es causada por el par de alimentación, desde una transmisión de "dirección" separada, a una transmisión final u otra usando un par de embragues. Por lo general, la entrada de la dirección gira a una relación fija en relación con el motor, lo que da como resultado un radio de giro diferente para cada relación de transmisión principal. Este sistema se implementó en los tanques Panther alemanes durante la Segunda Guerra Mundial. [1] El inconveniente de este diseño en comparación con otros diseños de diferencial múltiple es que la aplicación de la entrada de dirección a una pista también aumenta la velocidad promedio de las dos pistas, por lo que la velocidad del vehículo no es constante.
Doble diferencial
En la dirección de doble diferencial, como en el sistema de doble diferencial de Maybach, la potencia de una segunda transmisión se alimenta a un engranaje epiciclo en la transmisión final de un lado o del otro. En este diseño, sin embargo, la velocidad de conducción promedio de las orugas se mantiene agregando una rueda loca para aplicar el par opuesto al engranaje del epiciclo en el otro lado del giro. Se utiliza un par de embragues para aplicar la salida de la transmisión de la dirección, que solo gira en una dirección, al eje transversal de la dirección en cualquier dirección. Este sistema fue desarrollado en 1928 por Major Wilson. [1] Aquí, la entrada de la dirección se usa no tanto para aplicar torque a cualquier lado sino para controlar la diferencia de torque y velocidad entre los dos lados.
También tenga en cuenta que, en cualquiera de los métodos de dirección de doble o triple diferencial, los radios de giro eficientes (por ejemplo, sin embrague de dirección ni patinaje del freno) están determinados por la relación entre la velocidad de entrada de la dirección y la velocidad de entrada de la transmisión principal en cada Transmisión final epicicloidal. Esto significa que tener múltiples relaciones en la transmisión de la dirección da como resultado múltiples radios de giro para cada relación de transmisión de la transmisión principal. La complejidad adicional en los sistemas mecánicos y los controles de conducción significa que esta capacidad rara vez se implementa.
Triple diferencial
La dirección de triple diferencial es similar a la dirección de doble diferencial excepto que, en lugar de utilizar un eje transversal de dirección y un engranaje loco, utiliza dos ejes transversales de dirección conectados a un diferencial de dirección. Parte del par motor se aplica siempre a través del diferencial de dirección y los dos diferenciales epicíclicos. Se utilizan frenos, en lugar de embragues, para reducir la velocidad de uno u otro eje transversal de la dirección. La dirección funciona de manera muy similar a la dirección diferencial frenada mencionada anteriormente, excepto que la ineficiencia resultante de aplicar los frenos de la dirección solo afecta el par que se transmite a través de la entrada de la dirección.
Hidráulico
La dirección diferencial hidráulica consta de un sistema de accionamiento hidráulico con una bomba hidráulica y dos motores hidráulicos , uno para cada lado. [3] Este sistema se emplea a menudo en minicargadoras y segadoras de giro cero .
Eléctrico
La dirección diferencial eléctrica consta de dos motores eléctricos, uno para cada lado, que se impulsan a diferentes velocidades, según las necesidades de la dirección. A menudo se implementa en robots con ruedas .
Mano
La mayoría de las sillas de ruedas tradicionales se manejan mediante la dirección diferencial cuando las impulsa el ocupante.
Radio de giro
Dependiendo de la implementación, la fricción entre el mecanismo de transmisión y el suelo, y la potencia disponible, un vehículo con dirección diferencial puede tener un radio de giro cero o un círculo de giro de acera a acera igual a la longitud del vehículo al conducir cada lado a la misma velocidad. pero en direcciones opuestas. A esto también se le llama giro neutral . [5] Los vehículos en los que solo una rueda motriz en cada lado está alineada rígidamente y todas las demás son libres de girar, como sillas de ruedas y robots con ruedas, requieren la menor potencia para girar. Los vehículos con pistas largas y continuas a cada lado que deben deslizarse por el suelo para girar requieren más potencia.
Ejemplos de
- Tanques , vehículos blindados , puente blindado vehículo en marcha , autopropulsados arma antiaérea , y vehículos militares similares
- Topadoras , excavadoras , tractores , excavadoras , zanjadoras y otros equipos pesados
- Cargadores de dirección deslizante y sus derivados
- Cuatrimotos anfibios
- Segadoras de giro cero
- Robots diferenciales de ruedas
- Sillas de ruedas
Ver también
- Sistemas de dirección de tanques
Referencias
- ↑ a b c d e f g h i Phillip Edwards (septiembre de 1988). "Diferenciales, la teoría y la práctica" . Constructor Quarterly . Consultado el 13 de noviembre de 2017 .
- ^ Patente británica No. 16,345 (1904)
- ^ a b Karim Nice. "Cómo funcionan las minicargadoras y las cargadoras todoterreno Caterpillar" . Cómo funcionan las cosas . Consultado el 23 de noviembre de 2017 .
- ^ Stuart J. McGuigan; Peter J. Moss (noviembre de 1998). "Una revisión de los sistemas de transmisión para vehículos militares de orugas" . Revista de tecnología del campo de batalla . 1 (3) . Consultado el 23 de noviembre de 2017 .
- ^ Michael Green; James D. Brown (2008). Tanques tigre en guerra . Empresa editorial MBI. pag. 46. ISBN 9781610600316.