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ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No. 8 Vol. 1 / 2019 (12) ISSN 1390 - 7395 (6/12)
Artículo Cientíco / Scientic Paper
Revista Energía Mecánica Innovación y Futuro, VIII Edición 2019, No. 6 (12)
SÁNCHEZ /
OPTIMIZACIÓN DEL TABLERO A BORDO MEDIANTE SU DIGITALIZACIÓN Y ELABORACIÓN DEL MANUAL DE MANTENIMIENTO CON SUS
RESPECTIVOS PROTOCOLOS DEL PROTOTIPO DE TRACTOR AGRÍCOLA MONOPLAZA A DIÉSEL.
OPTIMIZACIÓN DEL TABLERO A BORDO MEDIANTE SU DIGITALIZACIÓN Y
ELABORACIÓN DEL MANUAL DE MANTENIMIENTO CON SUS RESPECTIVOS
PROTOCOLOS DEL PROTOTIPO DE TRACTOR AGRÍCOLA MONOPLAZA A
DIÉSEL.
OPTIMIZATION OF THE BOARD ON BOARD THROUGH DIGITALIZATION AND
DEVELOPMENT OF THE MAINTENANCE MANUAL WITH ITS RESPECTIVE
PROTOCOLS OF THE PROTOTYPE OF DIESEL FARM TRACTOR.
Cristina del Rocío Sánchez Lara
1
1
Instituto Tecnológico Superior Guayaquil
e – mail :
1
csanchezlara@gmail.com
Resumen
La investigación tiene como propósito la
implementación de un sistema de monitoreo a través de
la visualización de datos y grácos, que representan el
funcionamiento de los sistemas mecánicos, eléctricos
y electrónicos en estado actual de la máquina, con el
n de llevar un control para evitar el desgaste de los
componentes y partes móviles del tractor.
Las variables a monitorear son: presión de aceite
motor e hidráulica de la transmisión, temperatura
del motor y aceite hidráulico, estado de carga de la
batería (voltímetro), nivel de combustible y aceite
hidráulico, medidor de inclinación del tractor, RPM
y tiempo de funcionamiento acumulado. Mantener
el registro de estas variables es fundamental para
realizar futuras correcciones, ajustes y calibraciones
necesarias. Además, que las variables pueden ser
convertidas en datos para planicar el mantenimiento
periódico en función de las horas de trabajo del
tractor, disminuyendo la probabilidad de tener que
realizar mantenimientos correctivos. Estas variables
entregan señales digitales o analógicas según sea el
requerimiento, a un dispositivo PLC (Controlador
lógico programable), los mismos que se presentan
de manera digitalizada en el tablero mejorando la
interfaz entre el operador y la máquina.
Esto permitirá efectuar la elaboración del manual
de mantenimiento, para el cual se iniciará con la
recolección de datos obtenidos durante la operación del
tractor, además se obtendrán valores de las variables
instaladas en el tablero, las recomendaciones técnicas
obtenidas por el fabricante del motor y la información
referencial que nalmente serán evaluadas de manera
periódica logrando una revisión completa del tractor.
Palabras Clave: Tractor agrícola monoplaza, tablero
digital, manual de mantenimiento, medidor de
inclinación del tractor, horómetro.
Abstract
The research has its purpose the implementation of
a monitoring system through data visualization and
graphics, it involves mechanical systems operations,
electrical and electronic systems in current state of
machine, for to keep track prevent wear of compo-
nents and moving tractor parts.
The variables to be monitored are: engine oil pres-
sure and hydraulic transmission, engine temperature
and hydraulic oil, state of battery charge (voltmeter),
level of fuel and hydraulic oil, tilt meter, RPM and
functioning time accumulated. Keeping track of these
variables is crucial for future xes, adjustments and
calibrations necessary. In addition, the variables can
be converted into data to plan regular maintenance
according to the tractor working hours, reducing the
likelihood of having to perform corrective maintenan-
ce. These variables deliver digital or analog signals
as the requirement to a PLC (Programmable Logic
Controller) device, the same way they are presented
on the board digitized improving the interface be-
tween the operator and the machine.
This will make the development of maintenance ma-
nual, for which will begin with the collection of data
obtained during the tractor operation, also variable
values installed on the board will be obtained, the
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technical recommendations obtained by the engine
manufacturer and the reference information that will
eventually be evaluated periodically making a com-
plete tractor review.
Keywords: Tractor, dashboard, maintenance manual,
tilt meter, hour meter.
1. Introducción
Esta investigación consiste en la implementación de
un sistema de monitoreo de variables, a través de la
visualización de datos y grácos, que representan el
funcionamiento de los sistemas mecánicos, eléctricos
y electrónicos en estado actual de la máquina, con
el n de llevar un registro para el mantenimiento
periódico que evite el desgaste de los componentes
y partes móviles del prototipo de tractor agrícola
monoplaza a diésel.
Mantener el registro de las variables es fundamental
para realizar futuras correcciones, ajustes y
calibraciones necesarias. Además, que estas variables
pueden ser convertidas en datos para planicar el
mantenimiento preventivo y predictivo en función
de las horas de trabajo del tractor, disminuyendo la
probabilidad de tener que realizar mantenimientos
correctivos.
El uso de diferentes softwares computacionales de
diseño mecánico, diseño hidráulico y programación,
permite el desarrollo y construcción del tablero a
bordo.
El término Mecanización Agraria indica la
realización con máquinas de los trabajos que en el
campo en otros tiempos se hacían con fuerza animal o
mediante la actividad del hombre.
Dos son los objetivos básicos de la mecanización
agrícola:
• Aumentar la productividad.
• Mejorar la ergonomía del trabajo agrícola.
El tractor es un vehículo de trabajo que posee
motor propio diseñado para desplazarse por sí
mismo, traccionar o arrastrar y empujar los distintos
implementos o equipos utilizados en las labores
agrícolas.
Se debe conocer los parámetros principales del
tractor monoplaza a diésel como:
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RESPECTIVOS PROTOCOLOS DEL PROTOTIPO DE TRACTOR AGRÍCOLA MONOPLAZA A DIÉSEL.
Los sistemas eléctricos de los tractores agrícolas,
son similares a los utilizados en los automóviles,
en el caso del tractor con motor a diésel, el sistema
eléctrico es más sencillo porque comprende el sistema
de encendido del motor de gasolina. [1]
El sistema hidráulico es utilizado para transferir
el movimiento a distancias largas o a sitios de difícil
acceso, utilizando bombas accionadas por motores
eléctricos, válvulas, motores hidráulicos, mangueras
y un uido a presión que en el caso de la maquinaria
es un aceite sintético. Ha reemplazado al mecánico,
en el accionar de dispositivos de conducción o control
del propio tractor, tales como dirección, freno, traba
diferencial.
El sistema hidráulico transmite energía mediante
un uido (aceite). [1]
Las orugas de goma mejoran la tracción
signicantemente sin reducir las capacidades de
velocidad, a la vez son capaces de transitar en
concreto sin dañarlo y son capaces de operar a más
altas velocidades. [1]
Sistemas de lubricación encargado de distribuir
el aceite por las piezas de los motores y mantener
lubricadas todas las partes móviles de un motor.
El sistema de alimentación que es un sistema de
inyección a alta presión (en el orden de los 200 Kg/
cm2). Sirve para inyectar, de acuerdo a la secuencia de
encendido de un motor, cierta cantidad de combustible
a alta presión y namente pulverizado en el ciclo de
compresión del motor, el cual, al ponerse en contacto
con el aire muy caliente, se mezcla y se enciende
produciéndose la combustión.
Este sistema consta fundamentalmente de una
bomba de desplazamiento positivo con capacidad
para inyectar cantidades variables de combustible
y con un émbolo por inyector o cilindro del motor;
encargado de la inyección directamente en la cámara
de combustión (inyección directa) o en una cámara
auxiliar (inyección indirecta). [1]
El Software H.M.I. donde un operario continuamente
esta interactuando con los objetos que lo rodean y
crea expectativas sobre estas, dando órdenes sobre
cómo deben comportarse, basándose en experiencias
con los objetos. Este software puede comunicarse
directamente con los dispositivos externos mediante
la comunicación. Se congura la aplicación deseada,
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barra de tiro (tres niveles) en un diseño de parcelas
grandes. Basándose en análisis teóricos realizadas a
nivel mundial, operar el tractor es aparentemente fácil,
pero hay que tener en cuenta ciertas consideraciones.
Como:
Antes de operar el tractor hay que hacer una
detallada revisión preliminar, para ver el estado de las
orugas de goma; los niveles de aceite en el cárter y del
sistema hidráulico, del tanque del combustible y del
agua de refrigeración. [4]
Observar el suelo debajo de la máquina para ver si
no hay derrames o fugas. Una vez hecha esta revisión,
se puede poner en funcionamiento el motor del tractor
y en los primeros minutos no exigir altas velocidades
ni grandes esfuerzos.
La velocidad de operación del tractor y por tanto la
fuerza disponible, depende de la operación que se esté
realizando y del tipo de suelo, lo cual está ligado con
el cultivo a establecer.
En primer término, se debe tener en cuenta el
suelo. Un suelo muy arenoso es suelto, es liviano,
por ello no opone resistencias altas para ser trabajado
y aparentemente puede aplicarse alta velocidad de
trabajo, pero esta apreciación es incorrecta y puede ser
grave para las características físicas de ese suelo. Si
por el contrario el suelo tiene alto contenido de arcilla,
es un suelo pesado que exige esfuerzos grandes para
ser laborado; a mayores esfuerzos de tracción, menos
disponibilidad de velocidad.
Si la operación de labranza es a profundidades
considerables, se requiere esfuerzos altos y eso
sacrica la disponibilidad de velocidad. Si la
operación es pasando el implemento muy supercial,
la posibilidad de velocidades alta. Todo esto está
ligado con el cultivo para el cual se está realizando la
operación agrícola mecanizada, pues no es lo mismo
preparar el suelo para sembrar soya que para sembrar
algodón o para caña.
Una vez terminada la actividad diaria, el tractor
debe quedar en reposo en su sitio habitual, donde se
tanqueará de combustible para la próxima faena. Se
revisará en el horómetro sus horas de trabajo para
saber cuándo debe hacerse el próximo mantenimiento
periódico. [5]
2. Materiales y Métodos
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y luego queda corriendo en el PC un software de
ejecución (Run Time).
HMI que signica “Human Machine Interface”, es
el dispositivo o sistema que permite el interfaz entre
la persona y la máquina. Las máquinas y procesos
en general están implementadas con controladores y
otros dispositivos electrónicos que dejan disponibles
puertas de comunicación, es posible contar con
sistemas de HMI más poderosos y ecaces, además de
permitir una conexión más sencilla y económica con
el proceso o máquinas.
El Panel View es un dispositivo electrónico de
interface de operador, proporciona un poderoso
control de planta y capacidades de monitoreo de datos
para una mayor productividad. Todos los terminales
Panel View están diseñados para ofrecer capacidad de
escalado, conabilidad y compatibilidad. [1]
Los operarios a cargo de un tractor ya sea para
labores agrícolas o de transporte deben conocer
la forma correcta de funcionamiento del mismo,
desde cómo debe operarlo y realizar las tareas de
mantenimiento que se establecen para prolongar la
vida útil del mismo.
Existen mantenimientos por: avería, preventivo,
predictivo, correctivo y proactivo los mismos que
permiten realizar diagnósticos sobre el estado del
tractor monoplaza a diésel con la ayuda de equipos y
software especializados para la medición. [2]
Para aprovechar los usos del tractor monoplaza a
diésel se debe mantener un plan de mantenimiento
donde los registros de la maquinaria deben llevarse
elmente. Se debe producir un registro consecutivo de
todo el trabajo mecánico y de servicio hecho en una
máquina o equipo. Estos deben ser fáciles de llevar,
fáciles de leer, y que puedan estar siempre disponibles
y al día.
Para un diagnóstico adecuado del funcionamiento
del tractor monoplaza a diésel se debe tomar en cuenta
la interacción de los parámetros de deslizamiento y
rodadura con el suelo inuye desfavorablemente en
el aprovechamiento de la potencia del motor y en el
consumo de combustible de los tractores, incidiendo
sobre sus requerimientos energéticos. [3]
Existen estudios donde se evalúa la resistencia
a la rodadura y el consumo de combustible de un
tractor agrícola operando bajo diferentes condiciones
de labranza (ocho niveles) y niveles de carga en la
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Mediante un PLC (Controlador lógico
programable), las variables mencionadas presentan
señales digitalizadas, obtenidas durante la operación
del tractor, con el registro de estos datos permitirá la
elaboración del manual de mantenimiento y nalmente
serán evaluadas de manera periódica logrando una
revisión completa.
Las variables del tractor a monitorear son:
• Temperatura del motor, aceite hidráulico
• Presión de aceite motor, aceite hidráulico (orugas)
• Nivel de combustible, aceite hidráulico
• Carga de la batería
• Revoluciones del motor
• Velocidad
• Medidor de inclinación
• Contador de tiempo de funcionamiento acumulado
Cada uno de estos parámetros al no ser controlados
a tiempo causa deterioro en el motor y sistemas del
automóvil o a su vez accidentes, mismos que podemos
minimizar instalando un buen sistema de monitoreo
y alarmas para que puedan ser corregidas a tiempo
y evitar cualquier percance en el vehículo o en sus
ocupantes.
Las señales de salida del sistema de medición de las
variables presentes en el tractor agrícola monoplaza
a diésel se procesaron de forma adecuada para las
diferentes etapas de operación, al presentarse señales
muy pequeñas se amplicaron y se linealizaron;
se realizó un cambio de resistencia a voltaje y a un
cambio de corriente.
Los sensores presentes en el sistema son de tipo
resistencia variable por lo tanto se usa como divisor de
voltaje para tomar la señal en el conversor de voltaje
a corriente.
Figura 1: Circuito conversor de resistencia a corriente
Conociendo que el voltaje de carga tolerado para un
sistema de 12V está entre 13,8 y 14,4V, es necesario
leer el valor directamente desde el acumulador a través
de un divisor de tensión.
Para el monitoreo de este parámetro se diseñó un
divisor de tensión a n de que la variación de la carga
de la batería sea proporcional a la variación de voltaje
que ingresa al PLC, asumiendo que el máximo de
voltaje que pueda cargar la batería sea de 13.8 voltios,
esto representará 5 voltios de ingreso al PLC y también
será lo máximo.
Ec.5
Figura 2.- Circuito para monitorear la carga de la batería.
Se implementó un HMI a través del touch panel, con
el objetivo de facilitar el control y visualización de las
variables presentes en el tractor.
El diseño del HMI es amigable y ecaz con el
usuario, ya que debe comunicarse con los sensores para
controlar a todas las variables del prototipo en forma
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manual o en forma automática, llevando el monitoreo
de las variables de los sistemas del tractor así como
también el encendido y apagado del electroventilador,
también recibir la señal dada por los diferentes
sensores de (nivel, temperatura, presión, proximidad,
acelerómetro), visualización del estado de la batería y
posteriormente promocionará el conteo de las horas de
trabajo del tractor agrícola monoplaza a diésel.
El diagrama de acoplamiento electrónico de los
elementos constitutivos del sistema del tractor
monoplaza a diésel se observa en la gura 3.
Figura 3: Diagrama de bloques de acoplamiento electrónico
Para determinar la programación del proyecto se
basó en el siguiente diagrama de ujo:
Figura 4 Diagrama de ujo del programa principal
Para el HMI se implementó de forma visual los datos
que arroja el algoritmo de programación para cada
sensor , se puede observar los valores de medición de
cada variable del tractor.
Tabla 1. Botones principales del tablero
M
ODO
DESCRICIÓN
GRAFICA
NIVEL
muestra los
niveles del
tanque de
combustible y
el tanque de
aceite
hidráulico
KM
Recorrido
muestra los
kilómetros
totales y las
RPM del motor
Km
PRESIÓN
muestra la
presión del
motor y presión
de la bomba
hidráulica
PSI
MANTENIMIENTO
Muestra los
diferentes
procesos para
el
mantenimiento
del tractor
según las horas
de trabajo.
INCLINACIÓN
Muestra los
diferentes
grados de
inclinación del
tractor.
TEMPERATURA
°C
Muestra la
temperatura del
refrigerante y la
temperatura del
aceite
hidráulico
HOROMETRO
Muestra las
horas de trabajo
de todo el
sistema.
Las pruebas realizadas al sistema son de vital
importancia en el ciclo de desarrollo tanto del hardware
como el software, consistiendo en la revisión nal de
los requerimientos, análisis y diseño para nalmente
obtener los resultados requeridos.
Figura 5: Implementación del diseño mecánico.
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RESPECTIVOS PROTOCOLOS DEL PROTOTIPO DE TRACTOR AGRÍCOLA MONOPLAZA A DIÉSEL.
Se utilizó el software de diseño SolidWorks para el
análisis de la inclinación máxima a la que se someterá
el tractor.
Realizando un estudio de movimiento estático
rotacional, con puntos jos se obtuvo la siguiente
simulación:
El tractor agrícola monoplaza a diésel se encuentra
montado sobre una plataforma de prueba para
determinar el vuelco máximo al que puede estar
sometido el tractor.
Figura 6: Tractor agrícola sobre plataforma de prueba
Como se observa en la gura 7 se empieza el análisis
de vuelco aplicando una velocidad de 2 rpm sobre la
plataforma para iniciar el giro.
Figura 7: Inicio de simulación
Como se observa en la gura 8 a medida que se va
inclinando la plataforma va determinando el ángulo
de vuelco al que está sometido el tractor el cual se
determina a los 52°C, determinando una precaución
a los 42°C.
Figura 8: Máximo grado de inclinación del tractor
3. Resultados y Discusión
Las tablas a continuación se describen los
resultados obtenidos bajo tres parámetros de análisis
encendido, apagado y encendido con falla; en los
cuales se puede observar los valores óptimos de
funcionamiento como el nivel de combustible lleno
a 6 litros, presión motora 60 PSI, presión sistema
hidráulico 400 PSI, inclinación máxima de trabajo
30 grados entre otros valores de funcionamiento.
4. Conclusiones
Tabla 2. Nivel de combustible en línea recta
Aceleración
Recorrido Consumo
Equivalencia
1.88 m/min
200 m 1 litros.
BAJO
800 m 4 litros.
MEDIO
1200 m 6 litros.
LLENO
Tabla 3. Consumo de combustible en pendiente
Aceleración
pendiente
consumo
0.66 m/min
10 °
0,5 litros.
0.88 m/min
25 °
0,7 litros.
0.88 m/min
45 °
1,5 litros.
Tabla 4. Nivel de aceite hidráulico
2 litros.
BAJO
14 litros.
MEDIO
20 litros.
LLENO
Tabla 5. Indicador de valores de presión motor
Rangos
(PSI)
Rangos
(BAR)
condiciones
0 PSI
0 BAR
APAGADO
De 60 a
50 PSI
De
4.136847 a
3.447372
BAR
FUGA
60 PSI
4.1368
BAR
ENCENDIDO
Funcionamiento
optimo
Menor a
42 PSI
Menor a
2.89 BAR
NO HAY
PRESIÓN
ALERTA
CON CARGA
100 Kg
60 PSI
4.1368 BAR
600 Kg
60 PSI
4.1368 BAR
Tabla 6. Indicador de valores de presión del sistema hidráulico
Rango
s (PSI)
Rangos
(BAR)
condiciones
0 PSI
0 BAR
EN PARADA
400
PSI
27.57897
9 BAR
DESPLAZAMIENT
O EN LINEA
RECTA
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DE
1000 A
1500
PSI
DE 68.95
a 103.42
BAR
Desplazamiento
Sobre Una Pendiente
No Mayor A 30
Grados
CON CARGA
100 Kg
1500 PSI
103.42 BAR
600 kg
2000 a
2200 PSI
Máximo
valor
mostrado
sobre una
pendiente
137.89 a 151.68 BAR
Tabla 7. Indicador de funcionamiento temperatura motor
Condiciones
Temperatura
Indicadores
Apagado
15 °C
TEMPERATUR
A AMBIENTE
Encendido
90 °C
TEMPERATUR
A NORMAL DE
FUNCIONAMIE
NTO
Encendido
con falla
100 °C
SOBRECALEN
TAMIENTO
Tabla 8. Indicador de funcionamiento de temperatura aceite hidráulico
Condiciones
Temperatura
Indicadores
Apagado
20 °C
TEMPERATURA
AMBIENTE
Encendido
De 40 °C
TEMPERATURA DE
FUNCIONAMIENTO
Encendido
con falla
100 °C
SOBRECALENTAMI-
ENTO
Tabla 9. Inclinación
Aceleración
Consumo de
combustible
Grados
Condiciones
0 m/min
0 lts. 0 °
DESPLAZAMI
ENTO
HORIZONTAL
0.88
m/min
0.7 lts. 3 0 °
INCLINACION
MÁXIMA POR
CADA ORUGA
0.88
m/min
1.5 lts.
52°
VUELCO
Se determinó el rendimiento mediante la simulación
con el uso del software SolidWorks y la realización de
cálculos matemáticos como se indica en la Figura 9:
Figura 9 Tractor agrícola monoplaza a diésel
Sumatoria de momentos
m A=0 Ec.6
Ec.7
5. Conclusiones
Se optimizó el tablero a bordo mediante
su digitalización y se elaboró el manual de
mantenimiento con sus respectivos protocolos en el
tractor agrícola monoplaza a diésel.
Se Implementó un sistema digital de registro de
las variables del automotor como presión de aceite
del motor, presión hidráulica de la transmisión,
temperatura del motor, estado de carga de la batería,
nivel de combustible, medidor de estabilidad, tiempo
de funcionamiento acumulado y revoluciones por
minuto.
Se desarrolló la Interfaz Humano Máquina (HMI)
para monitoreo de las variables descritas en un
sistema a bordo del tractor que son visualizadas en
tiempo real.
Se evaluó el rendimiento mecánico de los sistemas
que conforman el motor de combustión interna del
tractor en tiempo real mediante diferentes pruebas
de funcionamiento en diversos ambientes de trabajo
del tractor.
Se estableció los valores óptimos de funcionamiento
del tractor agrícola monoplaza a diésel para el
mantenimiento programado.
Se creó el protocolo o manual de mantenimiento
en función de las horas de trabajo de los sistemas
del tractor mediante la información obtenida del
monitoreo e inspecciones previas.
Se proporcionó seguridad en el funcionamiento
del vehículo, mediante la implementación de
instrumentos de información y mantenimiento.
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pp. 139-152.
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ehowenespanol.com/definicion-maquinaria-
pesada-hechos_104163/,. [Último acceso: 9
noviembre 2013].
7. Biografías
1
Cristina Sánchez Lara. - nació en
la ciudad de Latacunga-Ecuador.
Ingeniera Mecatrónica Universidad
de las Fuerzas Armadas ESPE –
Latacunga. Ingeniera de ejecución
de proyectos y automatización.
Instructora de Robótica Educativa
con Legos Mecatrónicos. Docente
Tiempo completo en el Instituto Superior Tecnológico
Guayaquil del área de automotriz – en la ciudad de
Ambato.
Autor para correspondencia:
csanchezlara@gmail.com
REGISTRO DE LA PUBLICACIÓN
Fecha recepción 02 septiembre 2019
Fecha aceptación 05 noviembre 2019
