Embora apresente custo mais elevado, sistema é reconhecidocomo um excelente meio de transmissão de energia quandose requer uma velocidade variável de saída

Foto: Linde

Tecnicamente, as transmissões hidrostáticas são soluções superiores às de marchas escalonadas devido à possibilidade de variação contínua da relação de velocidade. O sistema é amplamente reconhecido como um excelente meio de transmissão de energia quando se requer uma velocidade variável de saída. Também propicia uma resposta mais rápida e permite a variação contínua da velocidade, de zero até a máxima.

Seu custo, contudo, é mais alto que o de uma transmissão mecânica com a mesma capacidade. Mesmo assim, as transmissões hidrostáticas constituem uma alternativa econômica para muitas aplicações. Recentemente, os fabricantes têm lançado modelos menores e mais leves, com controles eletrônicos avançados, que viabilizam sua utilização.

Mesmo ainda não sendo econômicos para todas as aplicações, os controles proporcionais propiciam um retorno interessante na maioria dos sistemas de tração e locomoção, seja por meio do aumento da produtividade e da economia de combustível, como pelas possibilidades de diagnóstico e monitoramento de desempenho, alertando sobre a iminência ou ocorrência de falhas. Esses recursos são de adição simples, uma vez que as variáveis envolvidas já estão sendo medidas para controle.

As primeiras transmissões hidrostáticas foram desenvolvidas para aplicações mais simples, de menor custo, como máquinas agrícolas. Posteriormente, os aperfeiçoamentos introduzidos no sistema tornaram essas transmissões adequadas para muitas outras aplicações.

Transmissões acima de 50 hp são amplamente usadas em grandes equipamentos agrícolas e de construção. Foto: John Deere

Como resultado, as transmissões menores (abaixo de 20 hp) são usadas até mesmo em equipamentos de manutenção de campos de golfe e pequenas máquinas-ferramenta, por exemplo. Já os modelos médios (25 a 50 hp) equipam minicarregadeiras, valetadeiras, colheitadeiras e outras máquinas, sendo que as transmissões para serviço pesado (acima de 50 hp) são amplamente usadas em grandes equipamentos agrícolas e de construção.

Em grande parte, isso se deve à evolução do projeto das bombas e motores hidráulicos, que conseguiram melhorar o desempenho e aumentar a pressão e a vazão em unidades cada vez mais compactas. Como exemplo, as unidades mais antigas tinham uma vazão de saída de 0,125 gpm por libra (0,02 l/s por kg) de bomba, enquanto as atuais têm quatro vezes mais.

Da mesma forma, os motores antigos tinham uma saída de 0,5 hp por libra (1,103 hp/kg) de motor, enquanto os atuais fornecem cinco vezes mais.

VARIANTES

Sistemas de acionamento de ponta compõem as unidades atuais, incluindo sistemas hidrostáticos, transmissões powershift com conversor hidrodinâmico e, mais recentemente, transmissões hidrostático-mecânicas abertas. Os sistemas hidrostáticos têm um desempenho superior em situações como reversão ou entrada na pilha de material solto. Além disso, utilizam freios hidrostáticos, que não apresentam desgaste. Contudo, têm menor eficiência em rotações mais altas.

As transmissões powershift com conversor dinâmico têm um comportamento oposto, apresentando desempenho superior em alta rotação graças ao uso de lock-up, embora apresentem um maior consumo de combustível na reversão e carregamento, devido principalmente ao pior desempenho do conversor em baixa velocidade decorrente do deslizamento.

As transmissões hidrostático-mecânicas abertas buscam combinar as vantagens das duas soluções acima. Conceitualmente, são uma solução mista, na qual há velocidades puramente hidrostáticas e outras combinadas com soluções mecânicas, que dificultam a reversão e aumentam o consumo de combustível. O uso de conjuntos hidrostáticos adicionais reduz o problema de mudança de marcha e, assim, melhora o desempenho.

Até pouco tempo atrás, essas transmissões não eram usadas em equipamentos de construção, para os quais tinham preferência as transmissões mecânicas, powershift hidrodinâmicas ou totalmente hidrostáticas, dependendo da faixa de potência.

Custo adicional da tecnologia deveria ser compensado pela economia no custo de combustível. Foto: Reprodução

Normalmente, são oferecidas três alternativas de saída, começando por potência e torque variável. Flexível e cara, essa opção utiliza uma bomba de deslocamento variável acoplada a um motor de deslocamento variável, permitindo a combinação de torque e potência constante.

Por sua vez, a alternativa de torque constante e potência variável utiliza uma bomba de deslocamento variável acoplada a um motor de deslocamento fixo sob carga constante, com controle da velocidade feito através da variação da vazão da bomba. São as mais versáteis entre as três, usadas em muitas aplicações. Já o conceito de potência constante e torque variável utiliza uma bomba de deslocamento variável com limitador de potência, que aciona um motor de deslocamento fixo. Nesse caso, são as mais eficientes.

A montagem utiliza duas configurações básicas, aberta e fechada. A configuração aberta conta com bomba, trocador de calor, filtros, válvulas e controles montados no tanque, sendo que o motor é montado em uma posição remota, ligado ao conjunto por tubos e mangueiras. É usada com frequência em equipamentos pesados devido à maior flexibilidade de configuração, que permite melhor aproveitamento do espaço e distribuição de peso.

A configuração fechada (ou integrada) tem a bomba e o motor montados em uma carcaça da válvula, o que permite percursos muito curtos do óleo, reduzindo fluxos de retorno e possibilidade de vazamentos. Nessa configuração, a carcaça também funciona como reservatório, unidade de dissipação de calor e apoio estrutural para os componentes em rotação. Trata-se de um recurso típico em máquinas mais leves, onde há necessidade de conjuntos compactos devido à baixa disponibilidade de espaço.

Os recursos eletrônicos variam desde simples atuadores remotos até conjuntos que permitem a otimização completa do desempenho da máquina. Os recursos de equipamentos de pavimentação, por exemplo, não controlam só a transmissão (inclusive aceleração e desaceleração), como também a direção, altura do pavimento, fluxo de mistura, declividade, elevação das curvas e outros.

Configuração aberta é usada com frequência em equipamentos pesados devido à maior flexibilidade de configuração. Foto: Reprodução

EQUIPAMENTOS

Durante os últimos 60 anos, os fabricantes vêm desenvolvendo e produzindo transmissões e outras aplicações sofisticadas, particularmente em relação às transmissões hidrostático-mecânicas com divisão de torque, buscando atender às necessidades de desempenho dinâmico e reversão de sentido. Até recentemente, esse tipo de transmissão ainda não havia encontrado seu lugar nos projetos originais de máquinas de construção. A maioria dessas máquinas utilizava transmissões powershift, transmissões diretas mecânicas ou transmissões totalmente hidrostáticas em máquinas de menor potência.

Embora essas transmissões venham sendo usadas em tratores há muito tempo, os trabalhos desenvolvidos nos últimos tempos pelos fabricantes – voltados principalmente para a redução do consumo de combustível (o custo adicional da tecnologia deveria ser compensado pela economia no custo de combustível em um período de dois a três anos) – permitiram obter uma interação harmoniosa entre o operador e a máquina.

As decisões dos projetistas estavam baseadas principalmente na confiabilidade, durabilidade e custo. Algumas OEM desenvolveram estudos criteriosos sobre confiabilidade, durabilidade e eficiência desse modelo, chegando à conclusão de que o fluxo teria de ser dividido em todas as velocidades e em ambos os sentidos. Observou-se ainda que as velocidades estavam abaixo de 12 km/h durante 60% do tempo produtivo das máquinas e, portanto, era importante conseguir o máximo desempenho nessa faixa de velocidade.

A configuração básica trazia dois conjuntos de embreagens direcionais e dois ou três conjuntos de velocidades. Entre os dois tipos de embreagens foi instalado um variador de velocidade, composto por um conjunto planetário e um módulo de acionamento hidrostático. As embreagens de velocidade, portanto, utilizam a força mecânica e hidrostática ao mesmo tempo.

Uma parte da potência de entrada passa através da transmissão mecânica, enquanto a parte restante é transferida através das unidades hidrostáticas. A proporção varia conforme a relação de transmissão. Em uma transmissão com dois conjuntos de velocidade, a parte transmitida mecanicamente se inicia com 60% da potência de entrada, aumentando à medida que a rotação aumenta.

No final da faixa da primeira velocidade, o fluxo hidrostático cai para zero, enquanto a transmissão mecânica passa para 100%. Na segunda velocidade, a parte máxima de potência transmitida por via hidrostática é de 34%, caindo para zero no final da faixa, como ocorre na primeira. Os testes comparativos mostraram uma economia de até 28% em ciclos longos e de 8% em ciclos curtos, favorável às transmissões hidrostático-mecânicas em relação às transmissões totalmente hidrostáticas.

Custo adicional da tecnologia é compensado pela economia no consumo de combustível. Foto: Parker

As vantagens do sistema detransmissão hidrostática

Segundo informações da Jotaflex, que atua nos segmentos de oleohidráulica e pneumática, o sistema de transmissão hidrostática apresenta características como baixo número de partes móveis e de desgaste, o que facilita a instalação e montagem do equipamento, além de auxiliar na redução do custo operacional e de manutenção.
Há ainda eliminação de componentes mecânicos como diferencial e outros dispositivos, pois a compensação das velocidades das rodas em situação de curvas é efetuada de forma hidrostática e automática. A operação da máquina também é facilitada, oferecendo mais conforto e menor nível de ruído, assim como menor custo de operação, menos desgastes mecânicos e, consequentemente, queda nos custos de manutenção e redução do consumo de combustível.
Atuando em terreno acidentado ou com baixa resistência, o sistema proporciona melhor controle da distribuição de torque nas rodas, evitando a patinagem da máquina. Quando controlado eletronicamente, atua em conjunto com o motor, o que torna o sistema ainda mais versátil e eficaz, pois permite sincronismo entre os vários componentes da máquina e o sistema de tração. Também facilita o uso em assistência hidrostática para equipamentos rebocados ou com transmissão mecânica, fazendo com que não haja diferença de velocidade entre as diferentes partes.

Transmissão hidrostática apresenta baixo número de partes móveis e de desgaste. Foto: Valtra