Estabilidad e Inestabilidad del Tractor

No hay otra maquinaria que se identifique más con los peligros en la finca que un tractor. Hoy en día los tractores son muy eficientes en potencia y economía de combustible. Los motores de gran potencia, los componentes y accesorios hidráulicos y eléctricos, las tomas de fuerza (incluso en la parte delantera de algunos tractores) y una selección en constante evolución de los tipos de transmisión (de transmisión manual a transmisiones con tecnología electro-hidráulica) proporcionan máxima potencia y eficiencia del combustible.

Si bien los tractores modernos son más seguros debido a las opciones adicionales, el tema de la estabilidad y la posible inestabilidad del tractor sigue siendo muy importante. Esta hoja informativa trata sobre el centro de gravedad y la línea de base de estabilidad en relación a la fuerza centrífuga, el torque del eje trasero y el acoplamiento a la barra de tiro. Cualquier tractor puede volcar debido a uno de estos principios físicos, el tipo de uso y la topografía sobre la que se opera.

Centro de Gravedad

El concepto central en la estabilidad / inestabilidad del tractor es el Centro de Gravedad (CG). El CG de un tractor es el punto donde todas las partes se balancean unas con otras. Por ejemplo: Cuando un tractor de tracción de dos ruedas tiene todas las ruedas sobre un terreno nivelado, el CG se encuentra normalmente cerca de 10 pulgadas (25.4 cm) por encima y dos pies (0.6 m) por delante del eje trasero al mirar desde atrás hacia adelante y en el centro del chasis del tractor si se mira de izquierda a derecha. Esto significa que aproximadamente el 30 por ciento del peso del tractor está en el eje delantero y el 70 por ciento en el eje trasero. En el caso de tractores con tracción de cuatro ruedas y tractores de centro-articulado, el centro de gravedad se encuentra un poco más adelante. Se afecta el CG cuando se agrega una carga al tractor.

El CG debe permanecer dentro de la línea de base la estabilidad del tractor para que un tractor permanezca en posición vertical. Las líneas de base de estabilidad (Figura 1) son líneas imaginarias trazadas entre los puntos donde los neumáticos del tractor se ponen en contacto con el suelo. La línea que conecta los puntos de contacto de los neumáticos traseros es la línea de base de estabilidad trasera, mientras que las líneas que conectan los neumáticos traseros y delanteros en el mismo lado son las líneas de base de estabilidad laterales. Existen líneas de base de estabilidad frontales pero tienen un uso limitado en relación a la estabilidad / inestabilidad y normalmente no se las incluyen en este tipo de información. La Figura 1 muestra una ilustración del CG y de las líneas de base de estabilidad de un tractor. Así como los pesos añadidos afectan el centro de gravedad también lo hace el ancho de la configuración de las ruedas traseras, el uso de ruedas dobles o de un tractor oruga.

Si bien el CG de un tractor no se mueve, su relación con las líneas de base de estabilidad puede cambiar y ocurre con mayor frecuencia cuando el tractor se mueve de un lugar nivelado a un lugar en pendiente. Un cambio en la relación entre el CG y la linea de base de estabilidad implica que el tractor se mueve hacia una posición inestable. Si la relación CG-lineas de base de estabilidad cambia significativamente (por ejemplo, el CG del tractor se mueve más allá o fuera de la línea de base de estabilidad), el tractor vuelca. Lo que ocurre con el CG de un tractor no es diferente a lo que ocurre con el CG en cualquier otro vehículo. La diferencia es que los tractores tienen un centro de gravedad más alto en comparación a la mayoría de los otros vehículos como automóviles y camiones. El CG más alto en los tractores modernos es una característica de diseño inherente y se debe a la necesidad de tener mayor despeje en areas con cultivos y terrenos difíciles. Si se cambia el diseño de los tractores para que el CG sea más bajo, se contrarrestaría en gran medida el propósito del uso de los tractores agrícolas.

Se reduce la distancia entre el CG y la línea de base de estabilidad del tractor cuando un tractor se encuentra en una pendiente. Si el equipo (como por ejemplo: un cargador frontal, un elevador de pacas redondas de heno o un tanque de agroquímicos) se acopla a un lado del tractor, el peso agregado desplaza el centro de gravedad hacia ese equipo. A medida que el equipo se eleva, el CG se eleva. En muchas situaciones de trabajo comunes, la combinación del terreno y el equipo agregado reducen la distancia entre el CG y las líneas de base de estabilidad del equipo.

La fuerza centrífuga (CF), el torque del eje trasero (RAT) y el acopamiento de la barra de remolque (DBL) constituyen otros factores importantes para la estabilidad/inestabilidad del tractor ya que pueden alterar el CG. Cada uno de estos factores están relacionados al CG. En otras palabras, cada uno de estos factores puede provocar que el CG del tractor salga de la línea de base la estabilidad del tractor y causar un vuelco.

Fuerza Centrífuga

La fuerza centrífuga es la fuerza que impulsa hacia fuera los objetos o vehículos que se mueven en forma circular. En el contexto de la estabilidad y la inestabilidad del tractor, la FC es la fuerza que trata de volcar el tractor cuando el mismo está girando. La fuerza centrífuga aumenta cuando el ángulo de giro del tractor es más cerrado y cuando la velocidad del tractor aumenta durante un giro. El aumento de la FC es directamente proporcional al ángulo de giro del tractor. Hay un aumento equivalente de la FC por cada grado de ángulo que el tractor gira más cerrado. Debido a que los tractores tienen un centro de gravedad más alto, los mismos requieren menos FC para volcar en comparación a un vehículo con un centro de gravedad más bajo.

A su vez, la relación entre la FC y la velocidad del tractor no es directamente proporcional. La fuerza centrífuga varía en proporción al cuadrado de la velocidad del tractor. Por ejemplo, si se duplica la velocidad del tractor de 3 mph a 6 mph la potencia de la fuerza centrífuga aumenta cuatro veces (22 = 2 x 2 = 4). Si se triplica la velocidad del tractor de 3 mph a 9 mph la FC aumenta nueve veces (32 = 3 x 3 = 9).

La fuerza centrífuga es frecuentemente un factor en los vuelcos laterales de un tractor. Cuando la distancia entre el CG del tractor y de la línea de base de estabilidad lateral se reduce al estar en una colina, se necesita solamente una pequeña cantidad de fuerza centrífuga para que el tractor vuelque. La fuerza centrífuga es la fuerza que generalmente ocasiona el vuelco de un tractor cuando se gira demasiado rápido o se conduce por la carretera. Los caminos en mal estado en una carretera pueden causar que las ruedas delanteras del tractor reboten y aterricen en una posición de giro. Otro ejemplo que ilustra porque la FC es un factor en los vuelcos laterales es tratar de maniobrar excesivamente cuando el tractor comienza a desviarse en la carretera. Los operadores desconocen la ubicación del CG y la cantidad de FC que afectan la estabilidad/inestabilidad del tractor.

Torque del Eje Trasero

El torque del eje trasero involucra la transferencia de energía entre el motor del tractor y el eje trasero de los tractores de tracción de dos ruedas. Se genera una fuerza de torsión (llamada torque) en el eje trasero al usar el embrague en este tipo de tractores. Luego el torque se transfiere a los neumáticos del tractor. En circunstancias normales, el eje trasero (y los neumáticos) deben rotar y el tractor se mueve hacia delante. Es decir, el eje trasero básicamente gira alrededor del chasis del tractor. Si el eje trasero no puede rotar, el chasis del tractor gira alrededor del eje. Este rotación inversa hace que la parte delantera del tractor se levante del suelo hasta que el CG del tractor pasa la línea de base de estabilidad trasera. En este punto, el tractor continuará yendo hacia atrás por su propio peso hasta que choca contra el suelo u otro obstáculo. Algunos ejemplos son: llantas traseras congeladas en el suelo, estancadas en el barro o fueron bloqueadas por el operador.

Un tractor puede volcar con un torque del eje trasero antes que el operador se dé cuenta que el vuelco es inminente. Recuerde que el centro de gravedad de un tractor se encuentra más cerca del eje trasero que del eje delantero. Por lo tanto, un tractor solamente tiene que levantarse unos 75 grados para que su CG cruce la línea de base de estabilidad trasera y continúe el vuelco hacia atrás. Esta posición se conoce comúnmente como el "punto de no retorno". Las investigaciones hechas sobre este tema han demostrado que un tractor puede alcanzar esta posición en ¾ de segundo y que un operador necesita más tiempo para reaccionar. En muchas situaciones en las que se utiliza un tractor se tiene menos de ¾ de segundo para reconocer y reaccionar ante el vuelco inminente de un tractor. Por ejemplo: La distancia entre el CG y la parte trasera de línea de base la estabilidad del tractor se estrecha cuando un tractor está estancado en un hoyo profundo o está subiendo por una pendiente pronunciada. Si hay un torque excesivo en el eje trasero, el tractor alcanzará el "punto de no retorno" más rápidamente.

Los tractores de tracción de cuatro ruedas tienen menos posibilidades de tener un torque del eje trasero que los tractores de tracción de dos ruedas porque el torque se produce en las ruedas y en los ejes delanteros y traseros.

A su vez, el CG se mueve hacia delante porque se lleva más peso en el eje delantero. Estas características reducen la tendencia de la parte delantera de tractores de tracción de cuatro ruedas a levantarse del suelo. Sin embargo, una vez que la parte delantera se levanta, prácticamente hay poca diferencia entre los tractores de tracción de dos y cuatro ruedas.

Utilización de la Barra de Remolque

La barra de remolque también está relacionada con la estabilidad/inestabilidad y por lo tanto con el vuelco hacia atrás de un tractor. Los neumáticos de las ruedas traseras ejercen presión contra el suelo cuando un tractor de tracción de dos ruedas está remolcando una carga. Simultáneamente, la carga está tirando hacia atrás y hacia abajo en contra del avance del tractor. Se dice que la carga está tirando hacia abajo porque la carga está apoyada sobre la superficie del suelo. El eje trasero se convierte en un punto de pivote debido a la fuerza que se ejerce hacia atrás y hacia abajo, por lo tanto la carga actúa como una fuerza que trata de volcar el tractor hacia atrás. Se crea un "ángulo de remolque" entre la superficie del suelo y el punto de unión en el tractor. Cuanto más pesada es la carga, el "ángulo de remolque" es mayor y por lo tanto la carga tiene más posibilidades de volcar el tractor hacia atrás.

Un tractor con su barra de remolque está diseñado para evitar el vuelco hacia atrás cuando se remolcan cargas. Este diseño no será efectivo en evitar un vuelco hacia atrás si la carga está enganchada en cualquier otro punto del tractor. Un ejemplo de enganche seguro e inseguro es un tractor tirando de un tronco de árbol. Suponemos que el tronco del árbol no se mueve, la cadena no se rompe y el tractor tiene neumáticos lastrados adecuadamente y un motor que no deja de funcionar.

Supongamos que el tractor se engancha de manera segura con una cadena alrededor del tronco de un árbol y a la barra de remolque del tractor. El tractor arranca y comienza a tirar del tronco. Si el tronco del árbol no sale, el tractor reaccionará en una de las dos siguientes maneras. La reacción más esperada es el movimiento giratorio de los neumáticos traseros. Esto continuará hasta que el operador detiene el tractor. La segunda reacción también puede implicar un movimiento giratorio de los neumáticos traseros pero el deslizamiento puede ser difícil e inconsistente. Se puede deslizar con movimientos bruscos y un neumático puede resbalar más que el otro. Cualquiera de estas condiciones puede desencadenar una elevación de la parte delantera del tractor.

Cuando la parte delantera del tractor se levanta, se baja la barra de remolque trasera del tractor. Esta es una función de la geometría del tractor. Cuanto más se eleve el extremo delantero, la barra de remolque estará más baja. A medida que la barra de remolque baja, el "ángulo de tracción" y la influencia que tiene la carga para inclinar un tractor hacia atrás también se reduce. Por diseño, una carga siempre perderá su capacidad de inclinar un tractor hacia atrás antes de que el CG del tractor alcance la línea de base de estabilidad trasera. A medida que la carga pierde su capacidad de volcar el tractor hacia atrás, la parte delantera cae nuevamente al suelo. Si el operador del tractor no detiene la tracción, todo el proceso se repite, lo que resulta en un rebote de la parte delantera del tractor.

Por otro lado, si se engancha de la forma incorrecta, por ejemplo en un punto más alto que la barra de remolque, se aumenta el "ángulo de tracción" y el apalancamiento de una carga. A medida que la parte delantera del tractor se levanta hacia atrás, es posible que no se lo pueda reducir a un nivel seguro antes que el CG del tractor alcance la línea de base la estabilidad trasera.

Cuando se engancha una carga al eje trasero, el "ángulo de tracción" y el apalancamiento no se reducen a medida que la parte delantera se levanta porque el punto de enganche (eje trasero) permanece constante mientras el tractor se levanta hacia atrás.

Un punto de enganche más alto también aumenta la presión de los neumáticos traseros contra el suelo. Esto puede evitar que los neumáticos traseros giren; cuando los neumáticos traseros dejan de girar, el torque del eje trasero comenzará a levantar la parte delantera. Los informes de accidentes indican que la mayoría de los casos de enganche incorrecto se relacionan a tirar y remolcar objetos inmóviles como por ejemplo leños, troncos, postes de cercas, rocas y equipos sin ruedas cuando los comederos y tanques para el ganado y los equipos agrícolas quedan atrapados en el barro. El operador del tractor muchas veces tiende a enganchar por encima de la barra de remolque para levantar la carga mientras tira de la misma.

En el caso de un tractor que trata de remolcar una carga en una pendiente se necesita menos apalancamiento para voltearlo hacia atrás porque el CG del tractor está más cerca de la línea de base de estabilidad trasera. Cuando la carga está enganchada correctamente a la barra de remolque es posible voltear un tractor hacia atrás cuando existen los siguientes factores. Si el tractor avanza demasiado rápido en una pendiente y la carga (como por ejemplo un tronco de gran tamaño) de repente se clava en el suelo, el tirón hacia atrás puede ser tan rápido y fuerte que el mismo puede resultar en un vuelco.

Estructura de Protección contra Vuelcos y Cinturón de Seguridad

Los objetos más importantes para proteger a los operadores durante el vuelco de un tractor son la estructura de protección contra vuelcos (ROPS) y el cinturón de seguridad cuando son usados. Es importante recordar que el ROPS no impide el vuelco del tractor pero sí evita que el operador sea aplastado durante un vuelco. El operador debe permanecer dentro del marco de protección del ROP para que el mismo pueda proporcionar la mejor protección. Por lo tanto, el operador debe usar el cinturón de seguridad. No usar el cinturón de seguridad contrarresta el propósito principal de los ROPs.

Un ROP frecuentemente limita el grado de vuelco, lo cual también reduce la probabilidad de que el operador se accidente. Un ROPS con una cabina cerrada reduce aún más la probabilidad de una lesión grave. El operador está protegido por los lados y las ventanas de la cabina siempre y cuando las puertas de la cabina y las ventanas no se hayan quitado con anterioridad.

Dennis J. Murphy, Profesor de Seguridad y Salud Agrícola Nationwide Insurance. Traducido por María Gorgo-Gourovitch.