Toma de fuerza

Una toma de fuerza o toma de fuerza ( PTO, por sus siglas en inglés) es uno de los diversos métodos para tomar energía de una fuente de energía, como un motor en funcionamiento , y transmitirla a una aplicación, como un implemento acoplado o una máquina independiente.

Lo más habitual es que se trate de un eje de transmisión estriado instalado en un tractor o camión que permite que los implementos con los acoplamientos correspondientes sean impulsados ​​directamente por el motor.

También se pueden encontrar tomas de fuerza de montaje semipermanente en motores industriales y marinos. Estas aplicaciones suelen utilizar un eje de transmisión y una junta atornillada para transmitir potencia a un implemento o accesorio secundario. En el caso de aplicaciones marinas, estos ejes pueden utilizarse para accionar bombas contra incendios.

En aplicaciones aeronáuticas , este tipo de accionamiento de accesorios puede utilizarse junto con un accionamiento de velocidad constante . Los aviones a reacción cuentan con cuatro tipos de unidades de toma de fuerza (PTO): caja de engranajes interna, caja de engranajes externa, eje de transmisión radial y aire comprimido, que se utilizan para alimentar los accesorios del motor. En algunos casos, los sistemas de toma de fuerza de las aeronaves también permiten suministrar energía al motor durante el arranque. ^{[ 1 ]} Véase también el arrancador Coffman .

Antes de que las tomas de fuerza se generalizaran, existían diversos métodos de transmisión de potencia, pero algunas aplicaciones se beneficiaban más de las ventajas que ofrecían. Las correas planas generalmente solo eran útiles en aplicaciones con el motor estacionario, como en máquinas de vapor industriales , motores estacionarios portátiles o máquinas de tracción estacionadas frente a la zona de trabajo. En vehículos en movimiento, como una máquina de tracción o un tractor antiguo que remolcaba un implemento agrícola , este podía recibir potencia rotativa tomándola de una de sus propias ruedas (cuyo giro era impartido por el remolque) y distribuyéndola mediante cadenas de rodillos (al cigüeñal de una barra de segadora , por ejemplo). Sin embargo, esta transmisión se interrumpe si el vehículo se detiene, y la resistencia de la carga tiende a hacer que la rueda patine en lugar de girar, incluso si está equipada con tacos . El concepto de una transmisión por eje con acoplamientos fáciles de conectar y desconectar, y flexibilidad para conducir en ángulos variables (como cuando gira un tractor articulado con remolque), era un objetivo a alcanzar.

Se probaron tomas de fuerza experimentales ya en 1878, y se construyeron varias versiones caseras durante las décadas siguientes. ^{[ 2 ]}  International Harvester Company (IHC) fue la primera en comercializar una TDF en un tractor de producción, con su modelo 8-16, presentado en 1918. ^{[ 3 ]} Edward A. Johnston, un ingeniero de IHC, había quedado impresionado por una TDF casera que vio en Francia aproximadamente una década antes, improvisada por un agricultor y mecánico francés de apellido Gougis. ^{[ 3 ]} Él y sus colegas de IHC incorporaron la idea al 8-16 y diseñaron una familia de implementos para aprovechar la característica. IHC no estuvo sola en el mercado por mucho tiempo, ya que en un año las TDF aparecieron en otros tractores de producción, como algunos modelos Case . En 1920, IHC ofreció la opción de TDF en su tractor 15-30, y fue el primer tractor equipado con TDF en ser presentado a una prueba de tractores de Nebraska . La toma de fuerza (PTO) supuso una ventaja competitiva para IHC en la década de 1920, y otras empresas acabaron adoptando la misma tecnología.

Dentro de la transmisión , el punto exacto del tren de engranajes donde se toma la potencia determina si la toma de fuerza (TDF) puede funcionar independientemente de la velocidad del vehículo . Las primeras TDF solían conectarse al eje de salida principal, lo que significaba que el vehículo debía estar engranado para poder accionarla. Posteriormente, esto mejoró con los diseños de TDF independiente (TDF-I), que permiten controlar la rotación de la TDF independientemente del movimiento del tractor. Esto supone una ventaja cuando la carga accionada por la TDF requiere que el tractor reduzca la velocidad o se detenga para que el equipo accionado por la TDF pueda alcanzarla. También permite realizar operaciones con el tractor estacionado, como llenar un silo o descargar una esparcidora de estiércol en un montón o laguna, en lugar de hacerlo a través de un campo. En 1945, Cockshutt Farm Equipment Ltd. de Brantford , Ontario, Canadá, presentó el tractor Cockshutt Modelo 30 con TDF-I. Las TDF-I se convirtieron finalmente en una norma generalizada para los equipos nuevos; en los tractores modernos, la TDF-I suele controlarse mediante un botón o un selector. Esto aumenta la seguridad de los operarios que necesitan acercarse al eje de la toma de fuerza.

La toma de fuerza (PTO), así como sus ejes y juntas universales , son una causa común de incidentes y lesiones en la agricultura y la industria. Según el Consejo Nacional de Seguridad , el seis por ciento de las muertes relacionadas con tractores en 1997 en Estados Unidos involucraron la PTO. Los incidentes pueden ocurrir cuando la ropa suelta se engancha en el eje, lo que a menudo resulta en fracturas óseas , pérdida de extremidades , otras discapacidades permanentes o la muerte de quien la usa. El 13 de abril de 2009, el exjugador estrella de las Grandes Ligas de Béisbol, Mark Fidrych, murió como resultado de un accidente relacionado con la PTO ; "Aparentemente estaba trabajando en su camión cuando su ropa se enredó en el eje de la toma de fuerza del camión", dijo el fiscal de distrito Joseph Early Jr. en un comunicado. ^{[ 4 ]} A pesar de los muchos esfuerzos para reducir la frecuencia y la gravedad de las lesiones agrícolas, estos eventos aún ocurren. ^{[ 5 ]}

Algunos implementos emplean protectores de plástico ligeros y giratorios para cubrir el eje de la toma de fuerza; ^{[ 6 ] [ 7 ]} estos son obligatorios en algunos países. En el Reino Unido, las directrices del Ejecutivo de Salud y Seguridad se encuentran en un folleto. ^{[ 8 ]}

Las tomas de fuerza agrícolas están estandarizadas en dimensiones y velocidad. La norma ISO para tomas de fuerza es la ISO 500 , ^{[ 9 ]} que a partir de la edición de 2004 se dividió en tres partes:

1. ISO 500-1 Especificaciones generales, requisitos de seguridad, dimensiones para el escudo maestro y zona de seguridad
2. Tractores de vía estrecha ISO 500-2 , dimensiones para el escudo maestro y la zona de seguridad
3. ISO 500-3 Dimensiones principales de la toma de fuerza y ​​dimensiones del estriado, ubicación de la toma de fuerza.

El tipo original (designado como Tipo 1) requiere un funcionamiento a 540 revoluciones por minuto (rpm). Un eje que gira a 540 rpm tiene seis estrías y un diámetro de 1 + 3/8 pulgadas (35 mm ) . ^{[ 10 ]} 

Dos tipos más recientes, que admiten aplicaciones de mayor potencia, funcionan a 1000  rpm y se diferencian en el tamaño del eje. ^{[ 10 ]} Los agricultores suelen diferenciar estos dos tipos llamándolos "1000 grande" o "1000 pequeño" en comparación con el Tipo 1, que comúnmente se conoce como "540". Todos los tipos nuevos (2, 3 y 4) utilizan estrías evolventes , mientras que el Tipo 1 utiliza estrías rectas. ^{[ 9 ]}

Los ejes denominados en pulgadas son redondos, rectangulares, cuadrados o estriados; los ejes métricos tienen forma de estrella, campana o balón de fútbol americano . ^{[ 11 ]}

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Debido a la creciente demanda de potencia en implementos agrícolas y a la instalación de motores de mayor potencia en tractores, se ha añadido un tipo aún mayor (denominado Tipo 4) a la norma ISO 500. Este eje funciona a una velocidad de rotación superior de 1300  rpm para permitir la transmisión de potencia con niveles reducidos de par. El eje tiene 22 estrías con un diámetro mayor de 57,5 ​​milímetros (mm). Está diseñado para soportar potencias de toma de fuerza (PTO) de hasta 450 kilovatios (kW), o aproximadamente 600 caballos de fuerza (hp).

Los cuatro tipos giran en sentido contrario a las agujas del reloj cuando se observan desde el interior de la cabina del tractor; cuando uno se sitúa detrás del tractor y mira directamente al eje, gira en el sentido de las agujas del reloj. ^{[ 10 ]}

En algunos equipos antiguos, como el Land Rover de 1948 , se utilizaba un eje de 10 estrías. Normalmente se suministraba un adaptador de seis estrías. Es habitual que los fabricantes de maquinaria agrícola indiquen la potencia nominal de la toma de fuerza (TDF), que indica la potencia instantánea disponible en el eje. Los tractores más modernos pueden venir equipados con opciones 540/540E y/o 1000/1000E que permiten accionar ciertos implementos de baja demanda de potencia, como rastrillos o henificadoras, a velocidades de motor más bajas para mantener las revoluciones por minuto necesarias, consumiendo menos combustible y sometiendo al motor a menor esfuerzo, lo que mejora la eficiencia y reduce los costes.

El primer estándar industrial para el diseño de la toma de fuerza (PTO) fue adoptado por la ASAE ( Sociedad Estadounidense de Ingenieros Agrícolas ) en abril de 1927. La velocidad de rotación de la PTO se especificó en 536 ± 10  rpm; la dirección era en sentido horario. Posteriormente, la velocidad se cambió a 540  rpm. ^{[ 12 ]}

Las transmisiones de los camiones cuentan con uno o más puntos de montaje para la toma de fuerza (TDF). La TDF debe adquirirse por separado y es fundamental asegurarse de que la interfaz física de la transmisión coincida con la de la TDF compatible. Los proveedores de TDF suelen solicitar información sobre la marca, el modelo e incluso el número de serie de la transmisión. Asimismo, es importante verificar que el espacio disponible alrededor de la transmisión permita la instalación de la TDF. La TDF se acopla y desacopla mediante el embrague principal de la transmisión y un mecanismo de control remoto que actúa sobre la propia TDF. Generalmente, se utiliza una válvula neumática para acoplar la TDF, aunque también existen opciones como un mecanismo mecánico, eléctrico o hidráulico.

La mayoría de los Unimog vienen equipados con tomas de fuerza delanteras y/o traseras, sistema hidráulico y enganche de tres puntos.

Las unidades se clasificarán según el par motor continuo e intermitente que se pueda aplicar a través de ellas, y los diferentes modelos ofrecerán diferentes relaciones entre la rotación del eje de la toma de fuerza y ​​las RPM del motor.

En la mayoría de los casos, la toma de fuerza (PTO) se conecta directamente a una bomba hidráulica . Esto permite la transmisión de fuerza mecánica a través del sistema de fluido hidráulico a cualquier punto del vehículo, donde un motor hidráulico la convierte de nuevo en fuerza mecánica rotativa o lineal. Las aplicaciones típicas incluyen:

• Poner en marcha la bomba de agua de un camión de bomberos o de un camión cisterna.
• Manejo de una máquina de extracción de agua caliente montada sobre camión para la limpieza de alfombras (accionamiento del soplador de vacío y las bombas de solución de alta presión).
• Sistema de soplado utilizado para mover materiales secos como el cemento.
• Alimentación de un sistema de compresor de aire integrado en el vehículo ^{[ 13 ]}
• Elevar la caja de un camión volquete
• Manejar el brazo mecánico de una grúa elevadora utilizada por personal de mantenimiento eléctrico o equipos de mantenimiento de televisión por cable.
• Manejo de un cabrestante en una grúa
• Manejo del compactador en un camión de basura
• Manejo de un camión grúa/con garra
• Manejo de un conjunto de pala para árboles y mástil elevador montado en camión

• Maquinaria agrícola
• Tractor
• Tractor de dos ruedas
• V2L

• Hayneks Hydraulic : fabricante y proveedor de sistemas de toma de fuerza (PTO) y bombas hidráulicas para vehículos industriales.

• Pripps, Robert N.; Morland, Andrew (fotógrafo) (1993). Tractores Farmall: Historia de los tractores Farmall de International McCormick-Deering . Serie de historia a color de tractores agrícolas. Osceola, WI: MBI. ISBN 978-0-87938-763-1.