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Origen de Aparatos de Elevación y Transporte.

Los primeros dispositivos de elevación y transporte fueron las palancas, las poleas, los rodillos y los planos inclinados. La realización de grandes trabajos de construcción con este tipo de equipamiento exigía enorme cantidad de gente. Un ejemplo lo tenemos en la construcción de las pirámides de Keops (siglo XXV a. C) de 147 metros de altura, compuesta de prismas de piedra cada uno de 9 x 2 x 2 metros cúbicos de tamaño y 90 toneladas de peso aproximadamente. Su construcción duró alrededor de 20 años y en ella estuvieron ocupadas permanentemente cerca de cien mil personas.

Hacia 2820 a.J.C se obtienen en china fibras resistentes a partir de la plantas del cáñamo, precursores de los actuales cables del aceros. Los elevadores de placas, prototipos primitivos de nuestros aparatos elevadores actuales con una pluma en voladizo se utilizaban en china e india para elevar agua en el siglo XXII a.C.

Hacia 1550 aC. Se generaliza en Egipto y Mesopotamia el empleo del shadoof un mecanismo de palanca utilizado para elevar el agua procedente de los ríos con el fin de regar los campos. Desde el punto de vista mecánico, el shadoof se basa en la ley de la palanca. La mecánica aplicada en la cultura que viven junto al Éufrates y el Nilo está dominada por cuatro elementos fundamentales: el plano inclinado, la cuña, el rodillo y la palanca. El shadoof es una forma más compleja de una construcción basada en la placa. Sobre una columna fija, se monta una placa de dos brazos alrededor de un eje que puede girar en dirección horizontal.

Los brazos son de longitudes diferentes, disponiendo el más corto de ellos de un contrapeso, una piedra, suficiente para elevar lleno de cubo que va sujeto al extremo del brazo más largo. La persona que acciona al shadoof trabaja colocada bajo este último brazo. Su función consiste en hacerlo bajar cuando el cubo esta vacio, acción que permite introducirlo bajo el agua.

Shadoof llega a su máxima expresión en la grúa egipcia que se emplea en la construcción. En este caso, se elevan también las cargas fijas al brazo de  menor longitud de una gran palanca, cuyo eje de giro se encuentra situado en el extremo superior de un mástil. Sin embargo, el brazo más largo es accionado aquí a mano por varios hombres, es decir, estos tiran de el mediante varias cuerdas perpendiculares. Con frecuencia, los trabajadores se encuentran situados sobre una escalera para que de este modo el brazo elevador pueda descender por debajo del nivel de la base del mástil.   

Gato hidráulico

El gato (o "gata" en Chile y en el Ecuador) es una máquina empleada para la elevación de cargas mediante el accionamiento manual de una manivela o una palanca. Se diferencian dos tipos, según su principio de funcionamiento: gatos mecánicos y gatos hidráulicos. Los gatos mecánicos disponen de un engranaje de piñón y cremallera o de un husillo, mientras que los gatos hidráulicos disponen de una prensa hidráulica para obtener la ventaja mecánica necesaria.

Gato hidráulico

Los gatos hidráulicos son usualmente usados únicamente por vulcanizadores o bien mecánicos, ya que no se consideran gatos convencionales de emergencia para transportar en el propio vehículo. Esto se debe a que el gato hidráulico requiere una atención y utilización más especializada, ya que es necesario seleccionar las condiciones del suelo, el punto exacto donde levantar el objeto y asegurarse de la estabilidad del mismo cuando el gato hidráulico sea extendido. Un gato hidráulico usa un fluido, el cual es incompresible, que es impulsado a un cilindro mediante el émbolo de una bomba y si la apretas fuerte se rompe y esplota El aceite es usado debido a su capacidad de auto-lubricarse y a su estabilidad. Cuando el émbolo va hacia atrás, arrastra aceite fuera de la reserve a través de una válvula para ser introducido a la cámara de la bomba. Cuando el émbolo va hacia adelante, empuja el aceite mediante una descarga de la válvula hacia el cilindro. La válvula de succión se encuentra al lado de cámara de la bomba y se abre con cada movimiento del émbolo. La válvula de descarga está fuera de la cámara y se abre cuando el aceite es enviado al cilindro. En este punto, la válvula de succión es impulsada y la presión del aceite crece en el cilindro.

Tipos de gatos hidráulicos

El gato de botella, en el que el émbolo se encuentra en posición vertical y ofrece soporte directo a la plataforma que tiene contacto directo con el objeto a levantar. Con una sola acción del émbolo, la carga a levantar es considerablemente menor en doble proporción al colapso del gato hidráulico, convirtiéndolo en una herramienta rentable para la mayoría de vehículos con peso promedio. Para levantar estructuras como casas, la interconexión hidráulica de múltiples gatos de botella a través de sus válvulas deshabilita la distribución de fuerzas mientras deshabilita el peso neto de la carga.

El gato de piso tiene el émbolo en posición horizontal, el cual se impulsa al término de una manivela, con un largo brazo que lo provee de movimientos verticales para la plataforma de levantamiento, manteniéndola horizontalmente. Los gatos de piso usualmente incluyen ruedas, permitiendo la compensación del arco formado por la plataforma de levantamiento. Este mecanismo provee una tasa de colapso mínima y fácilmente maniobrable debajo de un vehículo pues permite una considerable extensión del gato hidráulico.

Historia del gato hidráulico

Richard Dudgeon, Inc. fue fundada en la ciudad de Nueva York como una tienda de máquinas. En 1851, al fundador e inventor Richard Dudgeon se le concedió una patente para una prensa portable hidráulica, ahora conocida como gato hidráulico, una herramienta que probó ser vastamente superior a los gatos de tornillos usados en ese entonces. En 1855, Richard Dudgeon sorprendió a los neoyorkinos al manejar desde su casa a su lugar de trabajo en un innovador transporte de vapor. El sonido y vibración generada por su máquina “Rojo diablo” aterrorizó a la ciudad, tanto que las autoridades lo limitaron a utilizarlo únicamente en una sola calle. Aunque el inventor afirmó que su máquina podría transportar hasta 10 personas en 14 mph, su creación estaba muy adelantada a su tiempo por lo que fracasó debido a su falta de popularidad. Otras invenciones atribuidas a Dudgeon incluyen: expansores de tubos de calderas de rodillos, otros tipos de gatos hidráulicos, filtros de gatos hidráulicos, equipo de levantamiento de ferrocarriles, entre otros.

El funcionamiento del gato hidráulico responde al principio de Pascal, que establece que la presión en un contenedor cerrado es siempre la misma en todos sus puntos.

 Se le da el nombre de gato “hidráulico” por la utilización de un líquido, generalmente un aceite, para ejercer presión sobre un cilindro que empujará a otro de diferente tamaño para lograr la elevación del brazo.

 Cuando el fluido, que en este caso en un aceite, es impulsado hacia un cilindro por acción de una bomba, se somete a una fuerza como la presión.

 Para ejercer la presión se “inyecta” aire al aceite para desplazarlo y el cilindro de menor tamaño empujará al de mayor tamaño. Así, la presión ejercida sobre el primero será igual en el segundo, con la diferencia de que el mayor tamaño de éste logrará un incremento de la fuerza para que el brazo lleve a cabo la elevación.

 Esta forma de trabajar del gato hidráulico es muy similar a la que tiene una jeringa que impulsa su contenido por acción de la presión a la que es sometido.

 La presión del aceite permite que el brazo del gato hidráulico se eleve a una determinada altura, esto permitirá maniobrar debajo del aparato o cuerpo que se quiera elevar.

 Los gatos hidráulicos cuentan con un seguro que impedirá la entrada del aire si no se está utilizando el gato o que la facilitarán para invertir el proceso y hacer que descienda el brazo.

Las partes del gato hidráulico

En general, los gatos hidráulicos constan de las siguientes partes:

 - Depósito: Es el lugar donde se contiene el aceite o fluido.

- Bomba: Crea la presión para mover el aceite.

- Válvula de retención: Permite que el líquido llegue al cilindro principal.

- Cilindro principal: Recibe la presión del fluido y empuja al cilindro secundario.

- Cilindro secundario: Acciona el brazo de elevación.

- Brazo de elevación: Como su nombre indica, eleva el cuerpo que se le coloca encima.

- Válvula de liberación: Libera el aire para liberar la presión y revertir el proceso de elevación.

Tipos de gatos hidráulicos

Se tienen dos tipos de gatos hidráulicos: los de botella y los de piso:

Gato hidráulico de botella

Se diseña en posición vertical y hace contacto directo entre la plataforma y el material que se va a levantar.

Gato hidráulico de piso

Este tipo de gato hidráulico se diseña en posición horizontal. Su brazo largo permite hacer las elevaciones y aumentar la extensión de la elevación.

 Este tipo de gato hidráulico suele ser muy utilizado en vulcanizadoras o talleres mecánicos, ya que permiten elevar carros para el cambio de llantas o reparaciones que requieren de que el especialista se coloque debajo del vehículo.

MALACATE ELÉCTRICO- WINCHE-CABRESTANTE ELÉCTRICO

El malacate es un instrumento eléctrico que permite sacar el vehículo de lugares en donde seria imposible que saliera por sus propios medios. Los malacates eléctricos están compuestos por un motor eléctrico (similar a un burro de arranque), un eje que transmite la fuerza del motor eléctrico a unos engranajes con reducciones, un freno, un rollo de cable de acero y un liberador del rollo del cable (embrague).

Al elegir un malacate para nuestro vehículo, es importante saber que la capacidad del mismo debe ser como mínimo una vez y media  del peso del mismo en uso de tiro directo (peso del vehículo x 1,5). Esto se realiza para tener en cuenta la resistencia que realiza el lugar o superficie en que se encuentra atascado el vehículo. Una forma de aumentar la capacidad del malacate es utilizando un sistema de polea, aunque tiene como desventajas que tanto la longitud del cable como la velocidad de arrastre se ven disminuidas a la mitad.

También se pueden hallar malacates hidráulicos para usos más extremos. Los mismos utilizan líquido hidráulico de la dirección y pueden ser utilizados bajo el agua. Algunos vehículos tienen malacates mecánicos que actúan con una toma de fuerza al motor, la ventaja de estos es que se regula la velocidad de arrastre (cuanto mas se acelera el vehículo, mas rápido arrastra el cable).

La desventaja de los malacates hidráulicos o mecánicos es que necesitamos que el motor este encendido y por lo general la fuerza del motor se envía solo al malacate y nos quedamos sin tracción en las ruedas. La desventaja de los malacates eléctricos es que mientras mayor es el peso tirado menor es la velocidad de arrastre.

Consejos sobre malacates

Instalarlos a la altura del paragolpe, cuando llevemos el cable hasta el punto de anclaje, hacerlo manualmente liberando el rollo de cable (los malacates eléctricos, tienen una protección térmica y van disminuyendo su potencia a medida que van calentándose hasta frenarse por completo.

Un cabrestante, cabestrante o cabestante (también conocido como malacate o winche del inglés Winch en algunos países de Hispanoamérica), es un dispositivo mecánico, rodillo o cilindro giratorio, impulsado manualmente, por una máquina de vapor o por un motor eléctrico, con un cable, una cuerda o una maroma, que sirve para arrastrar, levantar y/o desplazar objetos o grandes cargas.

Los malacates (del nahua malacatl, huso, cosa giratoria), eran máquinas de tipo cabrestante, de eje vertical, muy usadas en las minas para extraer minerales y agua, que inicialmente tenían un tambor en lo alto del eje, y en su parte baja la, o las, varas a las que se enganchan las caballerías que lo movían. Posteriormente pasaron a utilizar energía eléctrica para mover un tambor horizontal y a estar en lo alto de una torre.

Características

Consiste en un rodillo giratorio, alrededor del cual se enrolla un cable o una maroma, provocando el movimiento en la carga sujeta al otro lado del mismo. En los cabrestantes manuales, unas barras cruzadas en los extremos del cilindro giratorio permiten aplicar la fuerza necesaria. Son parte integral, entre otras cosas, del equipamiento náutico.

El cable puede ser de acero o un material sintético, como kevlar. El kevlar es más ligero y aguanta mejor los tirones, pero es menos resistente a las rozaduras durante el arrastre.

Usos y aplicaciones

La utilización de cabrestantes también está extendida a una gran variedad de labores industriales, entre las cuales se encuentra la minería. En minería los cabrestantes se emplean para la extracción de materiales y personal en jaulas o trenes de vagones procedentes del interior de la mina. En el caso de las jaulas, los cabrestantes se disponen en el castillete del pozo vertical, y permiten el izado de una jaula minera en vertical. En el caso de los trenes de vagones, los cabrestantes permiten tirar de los mismos mediante un cable de acero u otro dispositivo, rodando el tren de vagones por la superficie inclinada.

En todoterrenos se utilizan para engancharlos en algún árbol u otro vehículo, en caso de que no se pueda superar un obstáculo o haya quedado encallado.

A veces se usan cinchas de un material sintético para arrastrar vehículos, porque el cable de acero se degrada mucho con los tirones continuos debidos al arrastre.

Las cinchas se suelen utilizar para enrollarlas a un obstáculo que no se puede enganchar, como un árbol.

Otras aplicaciones de cabrestantes pueden ser el remonte de materiales a tolvas en las industrias cementera, metalúrgica y mineralúrgica, o el accionamiento de cadenas y cintas de producción en la industria.

Se utilizaron metidas en construcciones a modo de caseta y entre otros lugares, formaban parte de la red de saneamiento de Bilbao. Existen aun numerosas construcciones de este tipo en municipios como Guecho.

Como dato anecdótico comentar que tras su desuso fueron muy utilizadas como refugio o escondite de ladrones.

Hoy en día, malacate (winch en inglés) es un tambor que contiene enrollado un cable de acero, soportado por una base, que va fijado sobre una superficie fija, o bien sobre un vehículo. Es usado para arrastrar cargas, o, en el caso de vehículos, como ayuda para atravesar dificultades del terreno, o mover grandes pesos. Para el arrastre con malacate en un vehículo, es necesario tener en cuenta tres puntos:

a: peso total del vehículo;

b: característica del terreno o superficie;

c: la inclinación de grado, o pendiente sobre la cual se moverá el vehículo.

Pueden funcionar a partir de motores eléctricos o sistemas hidráulicos.

Cable de acero

Un cable de acero es un tipo de cable mecánico formado un conjunto de alambres de acero o hilos de hierro que forman un cuerpo único como elemento de trabajo. Estos alambres pueden estar enrollados de forma helicoidal en una o más capas, generalmente alrededor de un alambre central, formando los cables espirales.

Estos cables, a su vez, pueden estar enrollados helicoidalmente alrededor de un núcleo o alma, formando los cables de cordones múltiples. Estos cables se pueden considerar como elementos y también se pueden enrollar helicoidalmente sobre un alma, formando los cables guardines, o bien acoplarse uno al lado del otro, para formar los cables planos.

Características fundamentales

Diámetro

Se considera diámetro de un cable a la circunferencia circunscrita a la sección del mismo, expresado en milímetros (mm).

Cuando un cable nuevo entra en servicio, los esfuerzos que soporta le producen una disminución del diámetro, acompañada de un aumento en su longitud, a causa del asentamiento de los distintos elementos que forman el cable. Esta disminución de diámetro es mayor cuanto mayor es la proporción de fibra textil que lo forma.

Composición

Combinando la disposición de los alambres y los cordones se obtienen cables de composiciones muy diversas. Los fabricados con alambres gruesos resisten bien el desgaste por rozamiento, pero tienen una gran rigidez y son poco resistentes a la flexión. Los cables compuestos por un gran número de alambres finos son muy flexibles, pero poco resistentes al rozamiento y a la corrosión.

Almas o núcleos

El alma del cable es el soporte de tamaño y consistencia aptos para ofrecer un apoyo firme a los cordones, de modo que, incluso a la máxima carga no lleguen a entallarse los alambres de los cordones entre sí.

Generalmente, el alma de los cables es de fibra textil,siempre y cuando no se trabajen en ambientes con un elevado porcentaje de humedad y elevadas temperaturas, ya que estos factores difieren con la resistencia del alma, haciéndola débil hasta punto tal que se pueda cortar. Para ello, se utilizan almas metálicas, que no se ven afectadas con estos últimos factores.

Notación

La composición de un cable viene expresada por una notación compuesta de tres cifras, por ejemplo 6x19+1 Seale. La primera indica el número de cordones del cable, la segunda el número de alambres de cada cordón y la tercera el número de almas textiles. La palabra Seale indica una disposición especial de los cordones, que veremos en las clases de arrollamientos.

Si el alma del cable es metálica formada por alambres, se sustituye la última cifra por una notación entre paréntesis que indica la composición de dicha alma. Por ejemplo, 6x19+(7x7+0). Cuando los cordones o ramales del cable sean otros cables, se sustituirá la segunda cifra por la notación que señale su composición, también entre paréntesis. Por ejemplo, 6x(6x7+1)+1.

Arrollamiento

Los alambres de los cordones están colocados en forma de hélice alrededor de un alambre central, formando una o más capas.

El paso del cordón es la longitud que abarca una vuelta completa del alambre alrededor de su núcleo central. Esta distancia se mide paralelamente al eje del cordón. En los cables corrientes, las distintas capas de alambres que forman los cordones tienen pasos diferentes.

Los cordones, a su vez están colocados en el cable en forma de hélice alrededor del alma. El paso de hélice que describe un cordón es el paso del cable.

Clases de arrollamiento

·         Arrollamiento cruzado izquierda.

·         Arrollamiento cruzado derecha.

·         Arrollamiento lang izquierda.

·         Arrollamiento lang derecha.

·         Arrollamiento alternado izquierda.

·         Arrollamiento alternado derecha.

Considerando los sentidos de arrollamiento de los alambres en el cordón, y de los cordones en el cable, se pueden distinguir:

Arrollamiento cruzado o corriente es aquél en que los cordones están arrollados en sentido contrario al de los alambres que los forman.

Arrollamiento Lang, los alambres en el cordón y los cordones en el cable están arrolllados en el mismo sentido.

Arrollamiento alternado, con cordones que están alternativamente arrollados en el mismo sentido que el cable y en sentido contrario.

Además estos tres grupos pueden estar arrollados a derechas o a izquierdas.

Preformado

En el proceso de fabricación de los cables corrientes, los alambres adoptan la forma de hélice y ocupan sus posiciones respectivas gracias a una deformación elástica, que origina unas tensiones internas en dichos alambres. Por causa de estas tensiones internas, al suprimir las ligadas, o al romperse un alambre, los extremos tienden a recuperar su forma recta primitiva.

En los cables preformados, tanto los alambres como los cordones sufren durante el proceso de fabricación una deformación permanente, adoptando la forma de hélice de acuerdo ya con la posición que habrán de ocupar en el cable.

Al suprimir la deformación elástica se eliminan las tensiones internas existentes en los alambres de los cables no preformados y que contribuyen a la rotura de dichos alambres por fatiga.

Las principales ventajas de los cables preformados son:

Mayor flexibilidad, ya que al curvarse no se sumarán las tensiones internas de fabricación al esfuerzo de flexión debido al arrollamiento en poleas y tambores. Esto equivale por tanto a una reducción de los esfuerzos de flexión.

Evita efectos de cortadura, al no enredarse las puntas de alambre que se rompen por fatiga, no quedan éstas aprisionadas entre el cable y las gargantas de las poleas, evitándose así que corten otros alambres.

Mayor duración, consecuencia de las dos ventajas anteriores.

Fácil manejo. Al cortar un cable preformado los cordones y alambres permanecen en su sitio al no tener tendencia a descablearse y desenrollarse formando cocas.

Facilita el uso del arrollamiento Lang, al reducir los inconvenientes más propios de dicho arrollamiento, hace posible adaptarlo en mayor número de aplicaciones.

Material

El alambre trefilado que se utiliza para la fabricación de cables se obtiene partiendo de fermachine de acero Martin Siemens o de acero al horno eléctrico. su contenido en carbono varía generalmente del 0,3% al 0,8% obteniéndose dentro de esta gama los aceros dulces, semiduros y duros.

El índice de pureza puede variar según las características requeridas; no obstante estos tipos de acero no pueden contener más de un 0,04% de fósforo y un 0,04% de azufre.

Tipos de cables

Los cables también se pueden clasificar según su estructura y características más destacadas en los siguientes grupos

·         Cables espirales o cordones

·         Cables normales

·         Cables de igual paso

·         Cables de cordones triangulares

·         Cables antigiratorios

·         Cables guardines

·         Cables planos

·         Cables semicerrados y cerrados

Cables espirales o cordones

Se conocen también como cables de simple arrollamiento, en ellos los alambres están colocados en una o más capas arrolladas en forma de hélice alrededor de un núcleo. El núcleo generalmente lo forma un solo alambre.

Si esta construcción es ya un cable terminado, los alambres de las diferentes capas se arrollan en sentido alternado a izquierda y derecha y entonces se llama cable espiral. Cuando es un elemento de otro cable mayor, las distintas capas de alambres se arrollan en el mismo sentido y entonces se le llama cordón.

En general los cables espirales resisten bien el desgaste por rozamiento al tener una superficie aproximadamente cilíndrica y muy lisa. En ellos se aprovecha bien la sección ya que en un diámetro relativamente pequeño se obtiene una capacidad de carga considerable. Al estar arrollado de forma alterna resiste bien la torsión. Además tienen un elevado módulo de elasticidad.

Al ser poco flexibles se usan fundamentalmente como cables estáticos, en cables finos se emplean para frenos y mandos de vehículos. Se usan también como cables carril de teleféricos, cables portadores de puentes colgantes, cables guía en extracción minera, contrapeso en ascensores y montacargas.

Cables normales

Se forman con cordones cilíndricos arrollados helicoidalmente en torno a un núcleo o alma que puede ser de fibra o metálica.

Los cordones de estos cables son de alambres del mismo diámetro y el número de alambres en cada capa aumenta de 6 en 6, en progresión aritmética. Al ser todos los alambres del mismo diámetro son cables muy homogéneos

Las torsiones de las distintas capas tienen todas el mismo sentido y están arrolladas con el mismo ángulo de cableado, de esta manera los pasos de las distintas capas son diferentes y proporcionales a los diámetros medios de cada capa.

Al tener las capas de alambres diferentes pasos, cuando soportan una presión los alambres se cruzan y entallan entre sí, produciendo esfuerzos de flexión al doblar el cable.

En estos cables el esfuerzo a la tracción se reparte de manera uniforme entre todos los alambres al estar arrollados con el mismo ángulo de cableado.

Su campo de aplicación

Las distintas capas de alambres que forman sus cordones están cableadas bajo el mismo paso, por ello los alambres de los cordones de las distintas capas no se cruzan entre sí y se apoyan a lo largo de toda su longitud en las ranuras que se forman entre cada dos alambres contiguos de la capa inferior. Su aspecto exterior es igual al de los cables normales y es preciso observar su sección para poderlos diferenciar.

Las composiciones más frecuentes son:

·         Seale

·         Warrington

·         Relleno

En general los cables de igual paso gozan de mayor flexibilidad, gran resistencia a la compresión lateral y una elevada carga de rotura.

Cables de cordones triangulares

Estos cables están formados por seis cordones de forma aproximada a un triángulo equilátero.

Cables antigiratorios

El cable de acero convencional bajo la acción de una carga gira sobre su propio eje. Este fenómeno se debe al arrollamiento en hélice de los alambres y cordones, y al sentido de giro, que es opuesto al sentido de arrollamiento del cable, de modo que el cable convencional tiende siempre a desenrollarse mediante giro.

Cuando la altura del izaje es considerable (dependiendo del diámetro del cable y otros factores), este problema comienza a adquirir importancia y en los sistemas de dos o más líneas, es muy probable que los cables se enrosquen entre sí.

Esto genera una condición altamente dañina para el cable y peligrosa para la seguridad de las personas. Hay instalaciones que resuelven este problema utilizando cables de torsión derecha e izquierda, trabajando en pares, haciendo la salvedad de que en general los cables de torsión izquierda se fabrican solamente sobre pedido.

En la mayoría de los casos, en cambio, la solución consiste en utilizar cables de acero antigiratorios. En resumen estos cables se emplean para levantar cargas no guiadas (que pueden rotar libremente), con alturas de izamientos considerables. El diseño y tipo constructivo de estos cables se basa en componer elementos cuyos momentos torsores se equilibren unos a otros, produciendo una resultante prácticamente nula.

Los diseños más utilizados son los llamados multicordones, entre los cuales el más popular es el 18x7+ 1x7, usualmente llamado “19x7”. En este diseño se componen dos capas de 6 y 12 cordones respectivamente, sobre un alma de un cordón, siendo todos estos cordones prácticamente iguales, de 7 alambres cada uno. El resultado es un cable de propiedades altamente antigiratorias, con una excelente resistencia a la tracción, con mediana flexibilidad y resistencia al aplastamiento. Existen otras posibles construcciones, todas basadas en el mismo principio. La construcción 34x7 es más flexible y más eficiente como antigiratoria, aunque también es algo menos estable.

Selección de cables antigiratorios

No existen reglas precisas para determinar cuando utilizar un cable antigiratorio. En primera instancia es conveniente considerar la experiencia obtenida con cables usados anteriormente en la misma instalación o equipo. Cuando no existe tal experiencia, o en caso de dudas, existen algunos diagramas y fórmulas aplicables, aunque sus resultados son solamente de carácter orientativo. La variables que inciden en la determinación son:

·         altura de izaje.

·         diámetro del cable.

·         diámetro de las poleas.

·         número de líneas.

·         disposición de las poleas.

·         torque específico del cable.

Se recomienda no utilizar cables antigiratorios cuando la carga está guiada (impedida de rotar) y además conviene tener presentas algunas precauciones específicas adicionales. Por ejemplo, debido a su particular diseño, los cables antigiratorios presentan marcadas diferencias en comparación con los cables de 6 cordones. La forma en que se comportan, se desgastan y se rompen, difiere respecto a las construcciones convencionales. Esto trae aparejada la necesidad de utilizar criterios de manipulación, uso e inspección específicos.

Manipulación de cables antigiratorios

Deben ser consideradas todas las recomendaciones mencionadas para la manipulación de cualquier cable, con especial atención, a que el cable antigiratorio debe mantenerse siempre acondicionado en bobinas y no en rollos.

Cuando es inevitable hacer un rollo, el mismo debe ser debidamente zunchado o atado, y al desenrollarlo se debe hacer rodar el rollo en forma vertical hasta que el cable esté completamente en línea recta en el suelo. Se debe prestar especial atención a no introducir torsión en el cable durante el manipuleo o la instalación. Todos los extremos deben llevar una, dos o tres sólidas ataduras con alambre, según el diámetro, excepto que los mismos se encuentren soldados.

Instalación de cable antigiratorio

Los cables de acero antigiratorios son propensos a anudarse, aplastarse y desequilibrarse, en las características formas de “colapso de alma” y “jaula de pájaro”. Se debe poner énfasis en evitar las prácticas operativas que posibiliten llegar a dichas situaciones. Un aspecto fundamental es el método de instalación, pues muchos de los problemas se manifiestan cuando el cable está recién instalado. En general valen las mismas recomendaciones que se dan para la instalación de cualquier otro cable, con el agregado de las siguientes:

en todo momento mantener el cable bajo tensión, frenando suavemente la bobina que entrega el cable al sistema.

si el pasado por el sistema se efectúa tirando del cable nuevo con el viejo, la conexión entre ambos debe tener la posibilidad de girar.

Condiciones de entorno de la instalación y operación:

Para la construcción 19x7, el diámetro mínimo de enrollamiento debería ser de 30 a 40 veces el diámetro del cable, aunque es un hecho que muchos equipos se fabrican con relaciones menores.

En las instalaciones con diámetros menores es preferible adoptar un cable de construcción 34x7 o verificar a fondo si se puede emplear un cable de construcción convencional. Los cables antigiratorios deben permanecer siempre bajo tensión.

Las descargas, sobre todo si son bruscas, son perjudiciales para el cable. Si no se cuenta con una pasteca suficientemente pesada, se recomienda usar contrapesos adicionales o bolas de contrapeso, en los casos de una sola línea.

No debe inducirse rotación alguna sobre la carga. Dicha rotación podría producir un desbalanceo de los momentos torsores de los cordones de hélices contrapuestas, provocando deformaciones en el cable.

Una práctica desacertada es colocar uniones giratorias o destorcedores en el anclaje del extremo muerto. La libre rotación del cable causará una reducción de la resistencia, desequilibrio de la carga y el posible desbalanceo del par del cable.

El ángulo de desvío entre las poleas y el tambor no debe exceder de 1,5º. Es altamente preferible utilizar tambores ranurados y con la menor cantidad de camadas de cable.

Los extremos del cable deben estar firmemente anclados con la sección transversal completa y sólidamente retenida.

El método ideal es con terminales de relleno. Si se usan terminales con cuña, es recomendable soldar las puntas del cable o adquirir el mismo con los extremos ahusados. Las grampas prensacable si bien son muy utilizadas, no son el mejor método de fijación.

Inspección de cable antigiratorio[editar · editar fuente]

Los criterios de inspección del cable de acero antigiratorio también difieren de los convencionales. Cualquier pequeña reducción del diámetro debe ser atendida con sumo cuidado.

El criterio de recuento de los alambres rotos también difiere y una vez alcanzado el punto de retiro de servicio, los cables antigiratorios dejan menos tiempo disponible hasta su rotura que los cables convencionales.

Cables guardines

Se podrían denominar como cables de cables, ya que están formados por varios cables, llamados ramales, arrollados helicoidalmente alrededor de un alma central de fibra o metálica.

Cables planos

Los cables planos se denominan también trenzas de cable o cables de cinta, se componen de varios cables o ramales de 4 cordones cada uno, dispuestos en paralelo uno junto al otro y cosidos entre sí mediante alambres de costura. Normalmente los ramales se disponen en número par y se eligen de manera que sus arrollamientos presenten alternativamente torsión a la derecha y a la izquierda. Los cables planos pueden estar cosidos con costuras simples o con dobles costuras.

Cables semicerrados y cerrados

Son cables de un solo cordón, formado generalmente por varias capas de alambres redondos recubiertos por una o más capas de alambre de forma. Cuando el perfil de los alambres de la última capa tiene forma de X se colocan alternando con alambres redondos y el cable se llama semicerrado. Cuando el perfil de los alambres tiene forma de Z, son todos iguales y encajan unos con otros, llamándose entonces cable cerrado. Igual que en los cables espirales, las capas de alambres de los cables cerrados se cablean alternativamente a derecha y a izquierda con el fin de reducir su reacción a la torsión.

SISTEMA DE SUSPENSIÓN

Principios de la suspensión.

En tiempos de los carruajes una preocupación fue tratar de hacer más cómodos los vehículos. Los caminos empedrados eran una tortura para los ocupantes, pues cada hoyo o piedra que las ruedas pasaran se registraba donde se sentaban con la misma magnitud.

Se acolcharon los asientos, se pusieron unos resortes en el pescante del cochero, para reducir esos impactos, pero el problema aún no se resolvía.

Hasta que se colgó la cabina del carruaje, con unas correas de cuero, desde unos soportes de metal que venían de los ejes de modo que quedaba suspendida por cuatro soportes y cuatro correas.

El resultado no fue el deseado, aunque los golpes eran parcialmente absorbidos, la cabina se bamboleaba sin control, añadiendo a los golpes el mareo.Sin embargo, podemos decir que ahí nació el concepto de suspensión: un medio elástico que además de sostener la carrocería asimile las irregularidades del camino.

A medida que las suspensiones evolucionaban y se hacían más eficientes, las ruedas disminuyeron su tamaño. Esto se debe a que las ruedas de gran diámetro reducían el efecto de las irregularidades del camino; y las ruedas pequeñas las registraban más, porque entraban en los hoyos en mayor proporción.

Con el desarrollo del motor de combustión interna aplicado a los vehículos, las ruedas evolucionaron, de la rueda de radios pasaron a la de metal estampado y a la de aleación ligera; de la llanta de hierro a la de hule macizo, después al neumático de cuerdas o tiras diagonales y finalmente al radial.

Función de la suspensión

Su funcion es la de suspender y absorber los movimientos bruscos que se producirían en la carrocería, por efecto de las irregularidades que presenta el camino, proporcionando una marcha suave, estable y segura. Para lograr dicha finalidad estos componentes deben ir entre el bastidor (carrocería) y los ejes donde van las ruedas. Denominamos suspensión al conjunto de elementos que se interponen entre los órganos suspendidos y no suspendidos. Existen otros elementos con misión amortiguadora, como los neumáticos y los asientos. Los elementos de la suspensión han de ser lo suficientemente resistentes y elásticos para aguantar las cargas a que se ven sometidos sin que se produzcan deformaciones permanentes ni roturas y también para que el vehículo no pierda adherencia con el suelo.

Elementos de la suspensión

Principales elementos:

1-Resortes o Muelles: Son elementos colocados entre el bastidor y lo más próximo a las ruedas, que recogen directamente las irregularidades del terreno, absorbiéndolas en forma de deformación. Tienen buenas propiedades elásticas y absorben la energía mecánica, evitando deformaciones indefinidas. Cuando debido a una carga o una irregularidad del terreno el muelle se deforma, y cesa la acción que produce la deformación, el muelle tenderá a oscilar, creando un balanceo en el vehículo que se reduce por medio de los amortiguadores. Existen de 3 tipos:

-Ballestas: Están compuestas por una serie de láminas de acero resistente y elástico, de diferente longitud, superpuestas de menor a mayor, y sujetas por un pasador central llamado “perno-capuchino”. Para mantener las láminas alineadas llevan unas abrazaderas . La hoja más larga se llama “maestra” . Termina en sus extremos en dos curvaduras formando un ojo por el cual, y por medio de un silembloc de goma, se articulan en el bastidor . Mediante los abarcones , se sujetan al eje de la rueda . En uno de sus extremos se coloca una gemela , que permite el desplazamiento longitudinal de las hojas cuando la rueda coja un obstáculo y, en el otro extremo va fijo al bastidor.

El siembloc consiste en dos casquillos de acero entre los que se intercala una camisa de goma.

Si la ballesta es muy flexible se llama blanda, y, en caso contrario, dura; usándose una u otra según el peso a soportar. Las ballestas pueden utilizarse como elemento de empuje del eje al bastidor. Para evitar que el polvo o humedad, que pueda acumularse en las hojas, llegue a “soldar” unas a otras impidiendo el resbalamiento entre sí y, por tanto, la flexibilidad, se recurre a intercalar entre hoja y hoja láminas de zinc, plástico o simplemente engrasarlas.

Suelen tener forma sensiblemente curvada y pueden ir colocadas longitudinalmente o en forma transversal, esta última forma es empleada en la suspensión por ruedas independientes, siendo necesario colocar en sus extremos las gemelas.

Existen balletas llamadas “parabólicas”, en las cuales las hojas no tienen la misma sección en toda su longitud. Son más gruesas por el centro que en los extremos. Se utilizan en vehículos que soportan mucho peso.

-Muelles helicoidales: Otro medio elástico en la suspensión. No puede emplearse como elemento de empuje ni de sujeción lateral, por lo que es necesario emplear bielas de empuje y tirantes de sujeción. Con el diámetro variable se consigue una flexibilidad progresiva; también se puede conseguir con otro muelle interior adicional. La flexibilidad del muelle será función del número de espiras, del diámetro del resorte, del espesor o diámetro del hilo, y de las características elásticas del material. Las espiras de los extremos son planas, para favorecer el acoplamiento del muelle en su apoyo. Los muelles reciben esfuerzos de compresión, pero debido a su disposición helicoidal trabajan a torsión.

-Barra de torsión: Medio elástico, muy empleadas, en suspensiones independientes traseras en algunos modelos de vehículos. También son empleadas en la parte delantera. Su funcionamiento se basa en que si a una barra de acero elástica se la fija por un extremo y al extremo libre le someto a un esfuerzo de torsión (giro), la barra se retorcerá, pero una vez finalizado el esfuerzo recuperará su forma primitiva. El esfuerzo aplicado no debe sobrepasar el límite de elasticidad del material de la barra, para evitar la deformación permanente. Su montaje se puede realizar transversal o longitudinalmente . La sección puede ser cuadrada o cilíndrica, siendo esta última la más común. Su fijación se realiza mediante un cubo estriado.

2- Amortiguadores: La deformación del medio elástico, como consecuencia de las irregularidades del terreno, da lugar a unas oscilaciones de todo el conjunto. Cuando desaparece la irregularidad que produce la deformación y, de no frenarse las oscilaciones, haría balancear toda la carrocería. Ese freno, en número y amplitud, de las oscilaciones se realiza por medio de los amortiguadores. Los amortiguadores transforman la energía mecánica del muelle en energía calorífica, calentándose un fluido contenido en el interior del amortiguador al tener que pasar por determinados pasos estrechos. Pueden ser de fricción o hidráulicos, aunque en la actualidad sólo se usan estos últimos. Los hidráulicos, a su vez pueden ser giratorios, de pistón o telescópicos; aunque todos están basados en el mismo fundamento. El más extendido es el telescópico.

COMPONENTES DEL AMORTIGUADOR TELESCÓPICO:

Se compone de dos tubos concéntricos, cerrados en su extremo superior por una empaquetadura , a través de la cual pasa un vástago , que en su extremo exterior termina en un anillo por el que se une al bastidor. El vástago, en su extremo interior, termina en un pistón , con orificios calibrados y válvulas deslizantes. El tubo interior lleva en su parte inferior dos válvulas de efecto contrario. El tubo exterior lleva en su parte inferior un anillo por el que se une al eje de la rueda. Un tercer tubo , a modo de campana y fijo al vástago, sirve de tapadera o guarda polvo.Se forman tres cámaras; las dos en que divide el émbolo al cilindro interior, y la anular , entre ambos cilindros.

FUNCIONAMIENTO:

Al flexarse la ballesta o comprimirse el muelle, baja el bastidor, y con él, el vástago , comprimiendo el líquido en la cámara inferior, que es obligado a pasar por los orificios del émbolo a la cámara superior, pero no todo, pues el vástago ocupa lugar; por tanto, la otra parte del líquido pasa por la válvula de la parte inferior del cilindro interior a la cámara anular . Este paso obligado, del líquido a una y otra cámara, frena el movimiento oscilante, amortiguando la acción de ballestas y muelles de suspensión.Cuando ha pasado el obstáculo, el bastidor tira del vástago, sube el pistón y el líquido se ve forzado a recorrer el mismo camino, pero a la inversa, dificultado por la acción de las válvulas, con lo que se frena la acción rebote. La acción de este amortiguador es en ambos sentidos, por lo que se le denomina “de doble efecto”.

Su colocación no es vertical, sino algo inclinados, más separados los extremos inferiores que los superiores, para dar más estabilidad al vehículo.

3- Barra estabilizadora: Al tomar las curvas con rapidez el coche se inclina, hacia el lado exterior, obligado por la fuerza centrífuga. Para contener esa tendencia a inclinarse se emplean los estabilizadores, que están formados por una barra de acero doblada abiertamente. Por el centro, se une al bastidor mediante unos puntos de apoyo sobre los que puede girar; por sus extremos se une a cada uno de los brazos inferiores de los trapecios. La elasticidad del material trata de mantener los tres lados en el mismo plano. Al tomar una curva, uno de los lados recibe más peso que el otro y trata de aproximarse a la rueda; la barra se torsiona por este peso y ese mismo esfuerzo se transmite al otro brazo, tratando de mantener ambos lados de la carrocería a la misma distancia de las ruedas, con lo que se disminuye la inclinación al tomar las curvas.

Otros elementos:

1- Bandejas: su finalidad es controlar los movimientos longitudinales de las ruedas, por efecto de las salidas y frenadas fuertes, además permitir libremente los movimientos verticales de las ruedas, por las irregularidades que presenta el camino.

2- Topes de gomas: tiene como finalidad evitar los golpes directos de metal con metal, cuando las oscilaciones pasan de los rangos normales.

3- Rótulas: tiene por finalidad permitir libremente los movimientos verticales de las ruedas, como también los movimientos angulares de la dirección.

4- Tensor o barra tensora: su finalidad es la de controlar los movimientos longitudinales, cuando en lugar de bandeja traen brazo de suspensión.

5- Candados: tienen por finalidad permitir la libre extensión de las hojas aceradas del paquete de resortes, como también su curvatura.

Componentes de la suspensión

El sistema de suspensión esta compuesto por un elemento flexible o elástico (muelle de ballesta o helicoidal, barra de torsión, muelle de goma, gas o aire) y un elemento amortiguación (amortiguador), cuya misión es neutralizar las oscilaciones de la masa suspendida originadas por el elemento flexible al adaptarse a las irregularidades del terreno.

Elementos de suspensión simples

En las suspensiones simples se utilizan como elementos de unión, unos resortes de acero elástico en forma de:

·         ballesta,

·         muelle helicoidal

·         barras de torsión

Estos elementos, como todos los muelles, tienen excelentes propiedades elásticas pero poca capacidad de absorción de energía mecánica, por lo que no pueden ser montados solos en la suspensión; necesitan el montaje de un elemento que frene las oscilaciones producidas en su deformación. Debido a esto, los resortes se montan siempre con un amortiguador de doble efecto que frene tanto su compresión como expansión..

Ballestas

Las ballestas están constituidas (fig. inferior) por un conjunto de hojas o láminas de acero especial para muelles, unidas mediante unas abrazaderas (2) que permiten el deslizamiento entre las hojas cuando éstas se deforman por el peso que soportan. La hoja superior (1), llamada hoja maestra, va curvada en sus extremos formando unos ojos en los que se montan unos casquillos de bronce (3) para su acoplamiento al soporte del bastidor por medio de unos pernos o bulones.

El número de hojas y el espesor de las mismas está en función de la carga que han de soportar. Funcionan como los muelles de suspensión, haciendo de enlace entre el eje de las ruedas y el bastidor.

En algunos vehículos, sobre todo en camiones, además de servir de elementos de empuje, absorben con su deformación longitudinal la reacción en la propulsión.

Existe una abundante normalización sobre ballestas en las normas UNE 26 224-5-6-7 y 26 063.

Montaje de las ballestas

El montaje de las ballestas puede realizarse longitudinal o transversalmente al sentido de desplazamiento del vehículo.

Montaje longitudinal: montaje utilizado generalmente en camiones y autocares, se realiza montando la ballesta con un punto "fijo" en la parte delantera de la misma (según el desplazamiento del vehículo) y otro "móvil", para permitir los movimientos oscilantes de la misma cuando se deforma con la reacción del bastidor. El enlace fijo se realiza uniendo directamente la ballesta (1) al soporte (2) y, la unión móvil, interponiendo entre la ballesta (1) y el bastidor un elemento móvil (3), llamado gemela de ballesta.

El montaje de la ballesta sobre el eje (4), puede realizarse con apoyo de la ballesta sobre el eje (figura superior) o con el eje sobre la ballesta (figura inferior); este ultimo montaje permite que la carrocería baje, ganando en estabilidad. La misión se realiza por medio de unas abrazaderas que enlazan la ballesta al eje.

Montaje transversal: utilizado generalmente en turismos, se realiza uniendo los extremos de la ballesta (1) al puente (2) o brazos de suspensión, con interposición de elementos móviles (3) (gemelas) y la base de la ballesta a una traviesa del bastidor o carrocería.

Muelles helicoidales

Estos elementos mecánicos se utilizan modernamente en casi todos los turismos en sustitución de las ballestas, pues tienen la ventaja de conseguir una elasticidad blanda debido al gran recorrido del resorte sin apenas ocupar espacio ni sumar peso.

Constitución

Consisten en un arrollamiento helicoidal de acero elástico formado con hilo de diámetro variable (de 10 a 15 mm); este diámetro varía en función de la carga que tienen que soportar; las últimas espiras son planas para facilitar el asiento del muelle sobre sus bases de apoyo (fig. inferior).

Características

No pueden transmitir esfuerzos laterales, y requieren, por tanto, en su montaje bielas de empuje lateral y transversal para la absorción de las reacciones de la rueda. Trabajan a torsión, retorciéndose proporcionalmente al esfuerzo que tienen que soportar (fig. inferior), acortando su longitud y volviendo a su posición de reposo cuando cesa el efecto que produce la deformación.

La flexibilidad de los muelles está en función del número de espiras, del diámetro del resorte, del paso entre espiras, del espesor o diámetro del hilo, y de las características del material. Se puede conseguir muelles con una flexibilidad progresiva, utilizando diferentes diámetros de enrollado por medio de muelles helicoidales cónicos (figura inferior), por medio de muelles con paso entre espiras variable o disponiendo de muelles adicionales.

Usando muelles adicionales se puede obtener una suspensión de flexibilidad variable en el vehículo. En efecto, cuando éste circule en vacío, sólo trabaja el muelle principal (1) (fig. inferior) y cuando la carga es capaz de comprimir el muelle hasta hacer tope con el auxiliar (2) se tiene un doble resorte, que, trabajando conjuntamente, soporta la carga sin aumentar la deformación, dando mayor rigidez al conjunto.

En la figura inferior puede apreciarse de forma gráfica las tres posiciones del muelle: sin montar, montado en el vehículo y el muelle bajo la acción de la carga.

Las espiras de un muelle helicoidal no deben, en su función elástica, hacer contacto entre sus espiras; es decir, que la deformación tiene que ser menor que el paso del muelle por el número de espiras. De ocurrir lo contrario, cesa el efecto del muelle y entonces las sacudidas por la marcha del vehículo se transmiten de forma directa al chasis.

Barra de torsión

Este tipo de resorte utilizado en algunos turismos con suspensión independiente, está basado en el principio de que si a una varilla de acero elástico sujeta por uno de sus extremos se le aplica por el otro un esfuerzo de torsión, esta varilla tenderá a retorcerse, volviendo a su forma primitiva por su elasticidad cuando cesa el esfuerzo de torsión (fig. inferior).

Disposición y montaje de las barras de torsión. El montaje de estas barras sobre el vehículo se realiza (fig. inferior) fijando uno de sus extremos al chasis o carrocería, de forma que no pueda girar en su soporte, y en el otro extremo se coloca una palanca solidaria a la barra unida en su extremo libre al eje de la rueda. Cuando ésta suba o baje por efecto de las desigualdades del terreno, se producirá en la barra un esfuerzo de torsión cuya deformación elástica permite el movimiento de la rueda.

Las barras de torsión se pueden disponer paralelamente al eje longitudinal del bastidor o también transversalmente a lo largo del bastidor.

En vehículos con motor y tracción delanteros se montan una disposición mixta con las barras de torsión situadas longitudinalmente para la suspensión delantera y transversalmente para la suspensión trasera.

Barras estabilizadoras

Cuando un vehículo toma una curva, por la acción de la fuerza centrífuga se carga el peso del coche sobre las ruedas exteriores, con lo cual la carrocería tiende a inclinarse hacia ese lado con peligro de vuelco y la correspondiente molestia para sus ocupantes.

Para evitar estos inconvenientes se montan sobre los ejes delantero y trasero las barras estabilizadores, que consisten esencialmente en una barra de acero elástico cuyos extremos se fijan a los soportes de suspensión de las ruedas; de esta forma, al tomar una curva, como una de las ruedas tiende a bajar y la otra a subir, se crea un par de torsión en la barra que absorbe el esfuerzo y se opone a que esto ocurra, e impide, por tanto, que la carrocería se incline a un lado, manteniéndola estable. El mismo efecto se produce cuando una de las ruedas encuentra un bache u obstáculo, creando, al bajar o subir la rueda, un par de torsión en la barra que hace que la carrocería se mantenga en posición horizontal. En caso de circular en linea recta y en condiciones normales la acción de la barra es nula.

Silentblocks y cojinetes elásticos

Son aislantes de caucho u otro material elastómero que se encargan de amortiguar las reacciones en los apoyos de la suspensión. Su misión es amortiguar los golpes existentes entre dos elementos en los que existe movimiento. Suelen montarse a presión o atornillados. Su sustitución debe realizarse cuando el caucho esté deteriorado o exista holgura en la unión.

Los cojinetes elásticos son elemento de caucho que permiten la unión de los componentes de la suspensión facilitando un pequeño desplazamiento. Su montaje suele realizarse mediante bridas o casquillos elásticos. Estos cojinetes son muy utilizados para el montaje de las barras estabilizadoras.

Rótulas

Las rótulas constituyen un elemento de unión y fijación de la suspensión y de la dirección, que permite su pivotamiento y giro manteniendo la geometría de las ruedas.

La fijación de las rótulas se realiza mediante tornillos o roscados exteriores o interiores. 

Su sustitución debe realizarse si existe en estas algun daño como por ejemplo, si esta deformada a causa de algún golpe, o cuando existen holguras (figura inferior).

 Mangueta y buje

La mangueta de la suspensión es una pieza fabricada con acero o aleaciones que une el buje de la rueda y la rueda a los elementos de la suspensión, tirantes, trapecios, amortiguador, etc.

La mangueta se diseña teniendo en cuenta las características geométricas del vehículo. En el interior del buje se montan los rodamientos o cojinetes que garantizan el giro de la rueda.

Trapecios o brazos de suspensión

Son brazos articulados fabricados en fundición o en chapa de acero embutida que soportan al vehículo a través de la suspensión. Unen la mangueta y su buje mediante elementos elásticos (silentblocks) y elementos de guiado (rótulas) al vehículo soportando los esfuerzos generados por este en su funcionamiento.

Tirantes de suspensión

Son brazos de acero longitudinales o transversales situados entre la carroceria y la mangueta o trapecio que sirven como sujección de estos y facilitan su guiado. Absorben los desplazamiento y esfuerzos de los elementos de la suspensión a través de los silentblocks o cojinetes elásticos montados en sus extremos.

Topes de suspensión

Estos topes pueden ser elásticos o semirigidos en forma de taco o en forma de casquillo. Su función es servir de tope para el conjunto de la suspensión, de manera que en una compresión excesiva esta no se detiene. El montaje de este elemento es muy diverso dependiendo de la forma del taco. Por ejemplo, en las suspensiones McPherson se monta en el interior del vástago del amortiguador, mientras que en las suspensiones por ballesta se suele montar anclado en la carrocería.

Amortiguadores

Estos elementos son los encargados de absorber las vibraciones de los elementos elásticos (muelles, ballestas, barras de torsión), convirtiendo en calor la energía generada por las oscilaciones.

Cuando la rueda encuentra un obstáculo o bache, el muelle se comprime o se estira, recogiendo la energía mecánica producida por el choque, energía que devuelve a continuación, por efecto de su elasticidad, rebotando sobre la carrocería. Este rebote en forma de vibración es el que tiene que frenar el amortiguador, recogiendo, en primer lugar, el efecto de compresión y luego el de reacción del muelle, actuando de freno en ambos sentidos; por esta razón reciben el nombre de los amortiguadores de doble efecto.

Los amortiguadores pueden ser "fijos" y "regulables", los primeros tienen siempre la misma dureza y los segundo pueden variarla dentro de unos márgenes. En los más modernos modelos este reglaje se puede hacer incluso desde el interior del vehículo.

Marcas conocidas de fabricantes de amortiguadores serian: Monroe, Koni, Bilstein, Kayaba, De Carbon, etc.

Tipos de amortiguadores

Los más empleados en la actualidad son los de tipo telescópico de funcionamiento hidráulico. Dentro de estos podemos distinguir:

·         Los amortiguadores hidráulicos convencionales (monotubo y bitubo). Dentro de esta categoría podemos encontrar los fijos y los regulables.

·         Los amortiguadores a gas (monotubo o bitubo). No regulables

·         Los amortiguadores a gas (monotubo). Regulables

Amortiguadores hidráulicos convencionales.

Son aquellos en los que la fuerza de amortiguación, para controlar los movimientos de las masas suspendidas y no suspendidas, se obtiene forzando el paso de un fluido a través de unos pasos calibrados de apertura diferenciada, con el fin de obtener la flexibilidad necesaria para el control del vehículo en diferentes estados.

Son los mas usuales, de tarados pre-establecidos (se montan habitualmente como equipo de origen). Son baratos pero su duración es limitada y presentan pérdidas de eficacia con trabajo excesivo, debido al aumento de temperatura. No se suelen utilizar en conducción deportiva ni en competición.

Estos amortiguadores de tipo telescópico y de funcionamiento hidráulico están constituidos (fig. inferior) por una cilindro (A) dentro del cual puede deslizarse el émbolo (B) unido al vástago (C), que termina en el anillo soporte (D), unido al bastidor. Rodeando el cilindro (A) va otro concéntrico, (F), y los dos terminan sellados en la parte superior por la empaquetadura (E), por la que pasa el vástago (C), al que también se une la campana (G), que preserva de polvo al amortiguador. El cilindro (F) termina en el anillo (H), que se une al eje de la rueda y se comunica con el cilindro (A) por medio del orificio (I). El cilindro (A) queda dividido en dos cámaras por el pistón (B); éstas se comunican por los orificios calibrados (J y K), este último tapado por la válvula de bola (L).

Así constituido el amortiguador, quedan formadas las cámaras (1, 2 y 3), que están llenas de aceite. Cuando la rueda sube con relación al chasis, lo hace con ella el anillo (H) y, a la vez que él, los cilindros (A y F), con lo cual, el líquido contenido en la cámara (2) va siendo comprimido, pasando a través de los orificios (J y K) a la cámara (1), en la que va quedando espacio vacío debido al movimiento ascendente de los cilindros (A y F). Otra parte del líquido pasa de (2) a la cámara de compensación (3), a través del orificio (I). Este paso forzado del líquido de una cámara a las otras, frena el movimiento ascendente de los cilindros (A y F), lo que supone una amortiguación de la suspensión.

Cuando la rueda ha pasado el obstáculo que la hizo levantarse, se produce el disparo de la ballesta o el muelle, por lo que (H) baja con la rueda y con él los cilindros (A y F). Entonces el líquido de la cámara (1) va siendo comprimido por el pistón y pasa a la cámara (2) a través de (J) (por K no puede hacerlo por impedírselo la válvula antirretorno L), lo que constituye un freno de la expansión de la ballesta o el muelle. El espacio que va quedando vacío en la cámara (2) a medida que bajan los cilindros (A y F), se va llenando de aceite que llega de la cámara (1) y, si no es suficiente, del que llega de la cámara de compensación (3) a través de (I). Por tanto, en este amortiguador vemos que la acción de frenado es mayor en la expansión que en la compresión del muelle o ballesta, permitiéndose así que la rueda pueda subir con relativa facilidad y que actúe en ese momento el muelle o la ballesta; pero impidiendo seguidamente el rebote de ellos, que supondría un mayor número de oscilaciones hasta quedar la suspensión en posición de equilibrio.

Según el calibre del orificio (J), se obtiene mayor o menor acción de frenado en los dos sentidos; y según el calibre del orificio (K), se obtiene mayor o menor frenado cuando sube la rueda. En el momento que lo hace, el aceite contenido en la cámara inferior (2) no puede pasar en su totalidad a la superior (1), puesto que ésta es más reducida, debido a la presencia del vástago (C) del pistón; por ello se dispone la cámara de compensación (3), para que el líquido sobrante de la cámara inferior (2) pueda pasar a ella. Todo lo contrario ocurre cuando la rueda baja: entonces el líquido que pasa de la cámara superior (1) a la inferior (2) no es suficiente para llenarla y por ello le entra líquido de la cámara de compensación (3).

Este tipo de amortiguador se ha visto que es de doble electo; pero cuando la rueda sube, la acción de frenado del amortiguador es pequeña y cuando baja es grande (generalmente, el doble), consiguiéndose con ello que al subir la rueda, sea la ballesta o el muelle los que deformándose absorban la desigualdad del terreno y, cuando se produzca la expansión, sea el amortiguador el que lo frene o disminuya las oscilaciones.

La energía desarrollada por el muelle en la "compresión" y "expansión" es recogida por el amortiguador y empleado en comprimir el aceite en su interior. La energía, transformada en calor, es absorbida por el líquido.

Como el amarre de los resortes se realiza entre el elemento suspendido y el eje oscilante de las ruedas, los amortiguadores se montan también sujetos a los mismos elementos, con el fin de que puedan frenar así las reacciones producidas en ellos por los resortes. Esta unión se realiza con interposición de tacos de goma, para obtener un montaje elástico y silencioso de los mismos.

La temperatura ambiente y el calor absorbido por el aceite en el funcionamiento de los amortiguadores hidráulicos, influyen sobre la viscosidad del líquido, haciendo que el mismo pase con más o menos dificultad por las válvulas que separan las cámaras, resultando una suspensión más o menos amortiguada. Por esta razón, en invierno, en los primeros momentos de funcionamiento, se observa una suspensión más dura, ya que el aceite, debido al frío, se ha hecho más denso; en verano, o cuando el vehículo circula por un terreno irregular, el aceite se hace más fluido y se nota una suspensión más blanda.

Amortiguador hidráulico presurizado

Un avance en la evolución de los amortiguadores consiste en presurizar el interior de los amortiguadores, esto trae consigo una serie de ventajas.

No presurizados

Tienen la pega de que se puede formar en ellos bolsas de aire bajo las siguientes condiciones.

El amortiguador se almacena o transporta horizontal antes de ser instalado.

La columna de aceite de la cámara principal cae por gravedad cuando el vehículo permanece quieto durante mucho tiempo.

El aceite se contrae como consecuencia de su enfriamiento al final de un viaje y se succiona aire hacia la cámara principal.

Como consecuencia de ello, en especial en días fríos, algunos amortiguadores pueden padecer lo que se conoce como "enfermedad matinal".

Presurizados

Es un tipo de configuración empleada hoy en día en la mayoría de vehículos cuando se busca mejorar las prestaciones de los amortiguadores de doble tubo convencionales. La solución consiste en añadir una cámara de gas de baja presión (4 bares) es una presión suficiente, ya que la fuerza amortiguadora en compresión la sigue proporcionando el aceite en su paso por las válvulas del émbolo.

De esta forma la fuerza de extensión realizada por el amortiguador en su posición nominal es baja. Esto permite utilizar esta solución en suspensiones McPherson en las que se requieren diámetros de amortiguador más elevados.

·         Sus ventajas respecto de los no presurizados son las siguientes:

·         Respuesta de la válvula mas sensible para pequeñas amplitudes.

·         Mejor confort de marcha

·         Mejores propiedades de amortiguación en condiciones extremas (grandes baches).

·         Reducción de ruido hidráulico.

·         Siguen operativos aunque pierdan el gas

Respecto a los amortiguadores monotubos, los de doble tubo presurizados tienen la ventaja de tener una menor longitud y fricción para las mismas condiciones de operación.

Amortiguadores a gas

Estos amortiguadores a gas trabajan bajo el mismo principio básico que los hidráulicos, pero contienen en uno de sus extremos nitrógeno a alta presión (aproximadamente 25 bar).

Un pistón flotante separa este gas del aceite impidiendo que se mezclen. Cuando el aceite, al desplazarse el vástago, comprime el gas, esté sufre una variación de volumen que permite dar una respuesta instantánea y un funcionamiento silencioso. Los amortiguadores a gas además de amortiguar también hace en cierto modo de resorte elástico, es por ello que este tipo de amortiguadores vuelven a su posición cuando se deja de actuar sobre ellos.

·         Amortiguadores de gas no regulables: suelen ser amortiguadores monotubo o bitubo, muy resistente a golpes, de alta duración y de alta resistencia a la pérdida de eficacia por temperatura de trabajo. Aunque el precio es mayor, se ve compensado por su durabilidad y fiabilidad. Es un tipo de amortiguador de muy alta calidad. Su uso es ciertamente recomendable para los vehículos de altas prestaciones.

·         Amortiguadores de gas regulables: Son amortiguadores monotubo, con o sin botella exterior, con posibilidad de variación de tarados. Es un tipo de amortiguador de alta tecnología, con precio alto pero proporcional a su eficacia, por eso es el mas usado en conducción deportiva, en los vehículos de competición y de altas prestaciones.

Tipos de Sistemas de Suspensión

Todos los sistemas que se describen a continuación constan de elementos elásticos (ballestas, muelles helicoidales, barras de torsión o fuelles neumáticos), amortiguadores y barras estabilizadoras. Los diferentes tipos de suspensión pueden ser: con eje rígido (delantero, trasero), independiente (delantero, trasero) o especiales.

Diferencias entre suspensión con eje rígido y la independiente.

La solución moderna en la suspensión independiente en los vehículos ha alcanzado casi a la totalidad de los turismos, y en los camiones existen muchos casos de adopción en sus ejes delanteros. Aunque al sistema se le han dado innumerables soluciones, todas buscan las grandes ventajas que reporta y que por su importancia destacan, la de disminuir los efectos de los pesos no suspendidos, a los cuales no se puede amortiguar su movimiento por ballestas, que los golpes y oscilaciones que recibe una rueda no se comunican a su pareja de eje, y que el contacto con el piso es más seguro y la suspensión más flexible, sin peligro tan cercano de rotura. Todas estas ventajas hacen una marcha más confortable del vehículo, más segura su dirección y por lo tanto más garantía en altas velocidades.

En el sistema de eje rígido se inclina la carrocería cuando encuentra un resalte y en el independiente el bastidor permanece horizontal y las ruedas verticales, por lo que necesitan el complemento de potentes amortiguadores y unos protectores o topes de caucho que limiten las oscilaciones.

Suspensión con eje rígido delantero

-Suspensión con Ballestas

En la actualidad se emplean en camiones. Se caracterizan por unos movimientos amplios y progresivos. La interacción de los amortiguadores de doble efecto, el estabilizador y los muelles de goma huecos proporcionan un excelente confort, tanto en el vehículo cargado como vacío. Las gemelas del extremo posterior eliminan los tirones característicos de las suspensiones convencionales. Los muelles de goma huecos contribuyen a ello cuando se transportan grandes cargas por malos caminos, e impiden también las torsiones del eje delantero en las frenadas fuertes. Se utilizan en vehículos pesados ballestas parabólicas con un número reducido de hojas, ya que soportan mayores pesos.

-Suspensión con Fuelles

En la suspensión en camiones se utilizan fuelles de nylon, reforzados con goma. Son muy resistentes al aceite, productos químicos y desgaste mecánico.

Los fuelles se montan entre un collar que hay en el bastidor y un pistón metálico , que permanece en su sitio obligado por un perno de guía . En los movimientos de la suspensión el fuelle cede, comprimiéndose el aire que hay dentro, proporcionando una contrapresión que aumenta en forma continua, lo que hace que los movimientos de la suspensión sean suaves y regulares. En los fuelles hay un muelle de goma que impide que se rebasen los movimientos, permitiendo seguir manejando el vehículo, un corto trecho, en casos de que se pinchara un fuelle. Estos pueden cambiarse rápida y sencillamente por el conductor o en el taller, sin necesidad de herramientas especiales.

Suspensión con eje rígido trasero

-Suspensión con Ballestas

La suspensión posterior tiene dos ballestas a cada lado. Se caracteriza por su progresividad, debido a que la longitud activa disminuye al aumentar la carga, lo que hace que la ballesta se vuelva más dura. Estas ballestas son fáciles de reforzar y reparar. El eje trasero es guiado por patines en el lado del bastidor y por un eslabón sujeto en el anclaje delantero.

-Suspension con fuelles (Sistema Volvo)

Tiene un eje propulsor con ruedas gemelas y eje portador de ruedas sencillas , así como elevador . Una válvula sensible a la carga regula automáticamente la altura libre sobre el suelo. El eje propulsor está totalmente suspendido mediante cuatro fuelles de aire y el eje portador (alzable) con dos . Además lleva amortiguadores y barras estabilizadoras .

Suspensión independiente delantera

-Sistema por ballestas delanteras

La suspensión independiente con ballesta transversal , es quizás de las más antiguas, existiendo múltiples aplicaciones. La ballesta es fijada, a la carrocería, en su punto medio y sus extremos forman pareja con los brazos triangulares , para soporte de los pivotes-manguetas, portadores de las ruedas.Entre el pivote y el punto fijo , en el bastidor, se acopla un amortiguador hidráulico telescópico.

-Sistema por trapecio articulado delantero y muelles helicoidales

La muestra una suspensión típica de trapecio articulado. El brazo mangueta va unido a dos trapecios formados por unos brazos, que se articulan al bastidor. En el brazo inferior se apoya el muelle y se le une el amortiguador .El otro extremo del muelle y amortiguador se apoyan y unen, respectivamente, al propio bastidor . El peso y las irregularidades hacen oscilar a los brazos, comprimiendo el muelle y siendo absorbidas las oscilaciones por el mismo amortiguador.

-Suspensión delantera por barra de torsión.

En este sistema, para la suspensión del eje delantero, se montan las barras en sentido longitudinal y paralelas.

Suspensión independiente trasera

-Suspensión trasera por ballesta

En la actualidad se emplea poco en turismos. Se monta uniendo la ballesta al bastidor, en su parte central con bridas , y los extremos por medio de gemelas al eje trasero.

-Suspensión trasera por trapecio articulado y muelles helicoidales

En los vehículos de tracción delantera suelen utilizarse, como norma general, para las ruedas traseras sistemas a base de trapecios articulados y muelles helicoidales. Se diferencian del sistema articulado delantero en que, como estas ruedas tienen que moverse siempre en la misma dirección, uno de los brazos tiene la base más ancha cerca de la rueda, para mantener el paralelismo en las mismas, estando sujeto a la carrocería con tirantes para absorber los esfuerzos de frenado y aceleración.

-Suspensión trasera tipo Mac Pherson

Este tipo de suspensión, lleva un brazo único, tirante de sujeción y el soporte telescópico en cada rueda trasera acoplado a la parte superior el eje de la rueda. En el interior de este tubo se acopla el amortiguador, y el muelle se asienta sobre dos cazoletas, una solidaria al tubo y la otra apoyada en la carrocería. Se trata de una unión elástica, como puede verse en la figura. Este sistema resulta mecánicamente muy sencillo y, al ser ligeras sus partes móviles, contribuye a que las ruedas superen las irregularidades del terreno sin mucha variación en el ángulo que forman con el mismo. Con este montaje la carrocería tiene que ser más resistente en los puntos donde se fijan los soportes telescópicos, con objeto de absorber los esfuerzos transmitidos por la suspensión.

-Suspensión trasera con brazos arrastrados

Los brazos arrastrados están montados sobre pivotes que forman ángulo recto con el eje longitudinal del vehículo y unen las ruedas firmemente en posición, al tiempo que les permite un movimiento de subida y bajada.El conjunto del diferencial se apoya en el bastidor del vehículo en la carrocería.

Sistemas especiales de suspensión

Sistemas conjugados

Si la suspensión delantera y la trasera del mismo lado se comunican, se dice que el sistema es conjugado. La principal ventaja que se obtiene al unir así la suspensión delantera y trasera, es que se consigue una gran reducción en el cabeceo del vehículo, que se mantiene más nivelado, lo que se traduce en una mayor comodidad de los ocupantes. Dos sistemas: Hydrolastic, de funcionamiento hidraúlico; y el sistema de unión por muelles, con mandos mecánicos.

-Sistema Hydrolastic

Cada una de las ruedas posee una unidad de suspensión que desempeña las funciones de muelle y amortiguador, se fijan al bastidor y están unidas por medio de las tuberías , los elementos de suspensión del mismo lado. En su interior , y en uno de los extremos, lleva una masa cónica de caucho que desempeña los efectos de muelle. El otro extremo se cierra mediante los diafragmas , en el que apoya un pistón conectado a los brazos de las unidades de suspensión. La cámara que media está dividida por una campana metálica con una válvula bidireccional doble de goma . Cuando la rueda delantera sube para salvar un obstáculo, el diafragma se desplaza hacia adentro, impulsando el líquido a través de los orificios del tabique metálico y de la válvula bidireccional, cuya resistencia constituye el efecto amortiguador. El movimiento del diafragma reduce el volumen de la cámara y aumenta la presión, desplazando parte del líquido por la tubería de conexión. Esto hace que el diafragma del otro elemento sea empujado hacia afuera con lo que sube la suspensión.

-Sistema de unión por muelles

Consiste en unir los brazos delantero y trasero , de cada lado del vehículo, por un cilindro, en cuyo interior hay un muelle . En cada una de las ruedas hay un amortiguador de inercia.

Sistema de suspensión hidroneumática

En esta suspensión se combinan, perfectamente, la gran flexibilidad y la corrección automática de la altura que mantiene constante la distancia al suelo. Permite reducir las reacciones transmitidas por las ruedas a la carrocería (confort), mantener constantes las fuerzas de contacto de las ruedas con el suelo, y amortiguar, de forma inmediata, la tendencia al salto de las ruedas (estabilidad en carretera). El sistema de suspensión hidroneumática que equipa los modelos de la gama Citröen está constituido por dos fluidos: líquido y gas.El muelle mecánico clásico es sustituido por una masa de gas (nitrógeno), encerrado en una esfera de acero.La carrocería reposa sobre 4 bloques neumáticos, cuya función entra en acción al realizarse los desplazamientos de las cuatro ruedas independientes. El líquido es el elemento que asegura la unión entre la masa gaseosa y los elementos móviles de los ejes: los brazos de suspensión. El líquido permite también compensar automáticamente, mediante variaciones de su volumen, los cambios de altura del vehículo (por ejemplo, los que resultarían al cargar el vehículo).Un mando mecánico manual permite hacer variar la altura del vehículo, para facilitar el franqueo de obstáculos o el cambio de una rueda.

Suspensión neumática

El estudio de este sistema se realizó anteriormente al desarrollar independientemente, la suspensión delantera y trasera neumática. Entre las grandes ventajas de la suspensión neumática hay que incluir la constancia de sus características, que proporcionan una marcha suave independientemente de si el vehículo va cargado o vacío. Ello reduce los daños de transporte, confiere mayor longevidad al chasis y un mejor confort para el conductor.