EL TRACTOR FORESTAL

INTRODUCCIÓN

Un tractor es una máquina automóvil que se encarga de efectuar la tracción. Esto y el hecho de que esté diseñado con capacidad todo terreno es lo único en común que tienen un tractor forestal y uno agrícola.

De entre las diferencias que tienen, las dos más notables son el que el tractor forestal no está diseñado como vehículo portaherramientas intercambiables y que el reparto de pesos entre ejes en vacío es exactamente el inverso entre ambos: en uno forestal se reparte ²/₃ en el eje delantero y ¹/₃ en el eje trasero, al revés que en uno agrícola.

La primera diferencia es muy importante desde el punto de vista conceptual. Debe entenderse que el tractor forestal no lleva una barra portaherramientas al estilo de los tractores de cadenas -"dozers"- ni el sistema de anclaje de tres puntos de los tractores agrícolas.

Por tanto, aunque diferentes tractores forestales que realizan tareas diferentes tengan un diseño común, por ejemplo una cosechadora y un autocargador, no debe pensarse que se desengancha el remolque de carga para ponerle un apero con un brazo de grúa y un cabezal. Debe entenderse como una máquina cuyo diseño básico sirve para que, en fábrica, se hagan las modificaciones pertinentes.

Características fundamentales de un tractor forestal

Lo que caracteriza a un tractor forestal es como se han resuelto en él los problemas a los que debe hacer frente en el difícil medio que para una máquina supone el monte.

1. La capacidad de tracción.

Son tractores con más de unos 70 y hasta unos 175 cv (desde unos 51 a unos 130 kW) , que trabajan a bajas velocidades, con tracción total, y ruedas muy anchas.

- La potencia incide sobre el peso, ya que a mayor potencia el motor es más robusto y el peso del conjunto aumenta. Por ello la potencia posible tiene un límite, en especial cuando se pretende proteger los suelos

- El ancho de las ruedas determina la superficie de contacto, la presión sobre el suelo e influye en la capacidad de tracción, al igual que la tracción total, que permitirá que todas las ruedas realicen trabajo.

2. La capacidad todo terreno.

Como en cualquier otro vehículo todo terreno, lo fundamental será la altura del vehículo sobre el suelo, los ángulos de ataque y de salida y las pendientes longitudinal y transversal que es capaz de salvar. Este último aspecto se tendrá en cuenta en el apartado de seguridad.

Eje delantero basculante. Se observa la protección del cárter que cierra el chasis. - Foto: CAT

La altura del vehículo sobre el suelo se maximiza por medio de unas ruedas de gran diámetro y mediante suspensiones que no la disminuyan. El efecto fundamental de la suspensión (conseguir que todas las ruedas estén en todo momento en contacto con el suelo) se consigue mediante dos métodos: o bien uno de los ejes es basculante -foto izquierda- o bien ambos semichasis se articulan mediante un elemento que permite el giro de uno de ellos respecto al otro en el plano vertical -foto abajo derecha-.

3. La capacidad de maniobra.

Para conseguir una adecuada maniobrabilidad en el interior de la masa forestal, el tractor forestal es estrecho y tiene un radio de giro pequeño.

La anchura de un tractor forestal debe ser lo suficientemente pequeña como para caber en el interior de la masa, pero sin comprometer la estabilidad lateral. El pequeño radio de giro se consigue mediante el semichasis.

EL SEMICHASIS

La articulación en semichasis consiste en la división del chasis tradicional en dos partes, cada una de las cuales tiene su propio eje, ambos motrices y ninguno de ellos accionado por la dirección.

Cuando se acciona el volante, se obliga a que un semichasis gire en la dirección requerida mediante uno o dos émbolos situados en la articulación. El giro se produce alrededor de un pasador (a veces más) que permite que el semichasis delantero gire respecto del trasero en el plano horizontal en el sentido de giro del volante.

Este sistema de giro consigue que el radio con que lo hace sea pequeño y que las ruedas traseras pasen por la misma rodada de la del eje delantero, con lo que se facilita la maniobra, pero tiene un inconveniente serio: 

Considerando que un tractor no volcará mientras la proyección horizontal de su centro de gravedad esté contenida dentro del cuadrilátero que definen sus puntos de apoyo sobre el suelo -las ruedas-, al girar la superficie definida por ese cuadrilátero disminuye, por lo que el riesgo de vuelco -desestabilización transversal- aumenta. Por ello, los tractores forestales trabajarán en mejores condiciones en línea de máxima pendiente, por las calles de desembosque, procurando realizar los giros en llano en las vías sobre las que se apoyan las calles.

4. La robustez

El tractor forestal debe ser robusto y resistente por que las condiciones del medio de trabajo serán muy duras. Como consecuencia, estos vehículos estarán provistos de motores diesel y chasis cerrados, que protegerán los bajos de golpes contra obstáculos que puedan dañar sistemas del motor o elementos, como el cárter -foto arriba-.

5. La seguridad

La seguridad de operación de uno de estos vehículos se consigue combinando una serie de elementos que, en muchos casos, no sólo actúan sobre este aspecto, si no sobre otras cuestiones que caracterizan al tractor forestal.

Las medidas de seguridad más importantes en un tractor forestal son las siguientes:

- Embrague hidráulico (convertidor de par):

Permite que se pueda reducir el número de velocidades de la caja de cambios, no siendo necesario cambiar tantas veces de velocidad, ya que exige prestaciones al motor de forma más progresiva, en comparación con un embrague tradicional y además la posibilidad de calado del motor en este tipo de sistema es prácticamente nulo. 

Con ello disminuye el riesgo de pérdida de estabilidad longitudinal del vehículo por fallos en los cambios que en grandes pendientes pondrían en jaque al conductor.

También se reduce el gasto por mantenimiento, debido al menor desgaste de estos embragues respecto de los mecánicos, ya que no funcionan por fricción.

- Frenos:

Deben ser lo suficientemente potentes. Normalmente son frenos de discos en todas las ruedas, refrigerados y con independencia en los circuitos.

Como medida de seguridad adicional en este sentido, el tractor forestal puede estar provisto de una hoja "dozer" que sirve tanto para dejar frenado el vehículo cuando este está parado -por ejemplo para recoger carga- como de freno de emergencia si los frenos fallasen por el motivo que fuere.

Además, como se comenta en "tractores de arrastre", este elemento le da una cierta independencia al vehículo al moverse por el monte, ya que puede realizar con él accesos desde los terraplenes hacia la masa, cuando el paso directo es difícil.

-Medidas de seguridad que inciden directamente en la estabilidad longitudinal y transversal del vehículo:

• Sobre la estabilidad longitudinal:

A parte del convertidor de par -medida de seguridad activa-, sobre la estabilidad longitudinal influye el propio diseño de los tractores forestales -seguridad pasiva-: el reparto de pesos entre ejes, como se señaló al hablar de las diferencias con los tractores agrícolas,  siendo de ²/₃ en el eje delantero y ¹/₃ en el eje trasero.

• Sobre la estabilidad transversal:

Un tractor no volcará en tanto en cuanto la proyección horizontal de su centro de gravedad esté contenida dentro del cuadrilátero que definen sus puntos de apoyo sobre el suelo -ver gráfico más arriba-.

Para esta condición y en lo que se refiere a los giros, se ha visto más arriba los riesgos existentes y de que forma se evitan, cuando se habló del semichasis.

Pero además, esta condición, será función de la pendiente y de la altura del centro de gravedad. Dicho esto, cabe plantearse las siguientes cuestiones:

• Primero: Cuanto más ancho un vehículo, más estable... y menor capacidad de maniobra, por la dificultad de moverse en el interior de la masa.

La solución adoptada por los fabricantes es una solución de compromiso que permite el trabajo en el interior de la masa forestal con un ancho que garantiza la estabilidad lateral hasta pendientes de un 35% aproximadamente -se ve modificada por la existencia de obstáculos-.

• Segundo: Cuanto más bajo un vehículo, más estable... y menor capacidad todo terreno, como se vio en el apartado correspondiente.

La solución pasa por fijar la altura mínima en más o menos 50 cm y procurar que no se produzcan elevaciones innecesarias del c.d.g. al salvar obstáculos. En esta última consideración es en la que incide el "bogie".

EL BOGIE

Bogie en tractor de doble eje. Foto: Valmet

Se trata de un elemento que une dos ejes y que se interpone como elemento de unión entre estos y el chasis del vehículo. El bogie se une al chasis por su punto medio que, a su vez, sirve de eje de basculación del conjunto cuando una de las ruedas del bogie se encuentra con un obstáculo.

En ese momento, en vez de elevarse el eje de la rueda que se encuentra con el obstáculo una altura igual a la altura de este, el bogie bascula, la rueda delantera se levanta para salvar el obstáculo, mientras la trasera permanece en contacto con el suelo.

La altura que se eleva el c.d.g. al toparse el vehículo con el obstáculo es la mitad de la altura que este tenga y la mitad, por tanto, que si el bogie no estuviese, disminuyendo el riesgo de vuelco y aumentando, consecuentemente, la estabilidad lateral.

Otra importante utilidad del bogie es la de duplicar la superficie de contacto sobre la que se apoya la carga, disminuyendo así la compactación del suelo por el paso de maquinaria.

 

Bogie. Foto: Timberjack

- Medidas de seguridad preventivas:

Este tipo de medidas de seguridad pasiva consisten en una serie de elementos, añadidos al tractor, cuya misión es la de minimizar los riesgos de daños sobre el operario cuando las medidas de seguridad activas han fallado o no han sido suficientes, o cuando se produce un accidente ajeno a la operación del tractor, como la caída de un pie en una dirección no prevista.

Los principales elementos añadidos que inciden en la seguridad desde el punto de vista indicado son el extintor y los sistemas F.O.P.S. y R.O.P.S.

Los tractores forestales suelen llevar uno o dos extintores con un doble objetivo: por un lado, evitar que un conato de incendio en el vehículo pueda pasar a mayores, por otro y de forma ajena a la propia operación de la máquina, evitar que se produzca un incendio forestal en caso de que saltasen chispas del sistema de escape al monte.

LOS SISTEMAS F.O.P.S. Y R.O.P.S.

Se trata de dos sistemas consistentes en una serie de elementos agregados a cualquier vehículo, en este caso está referido a los tractores forestales, cuya finalidad es evitar o minimizar los daños debidos a accidentes sobre el habitáculo, para proteger al operador o conductor de maquinaria o vehículos en general.

El sistema F.O.P.S., iniciales del inglés "Fallen Objects Protection Sytem" -Sistema de Protección contra Caída de Objetos- consiste en un enrejado que detiene los posibles objetos que puedan caer o que puedan invadir el habitáculo y poner en riesgo la integridad física del operador.

Se utiliza, fundamentalmente, en los tractores de arrastre, para evitar la invasión de ramas y en los autocargadores, para evitar que la carga invada el habitáculo en las bajadas.

El sitema R.O.P.S., del inglés "Roll Over Protection System" -Sistema de Protección Antivuelco- consiste en un refuerzo de la estructura de la cabina y en la inclusión de unas barras que evitan el hundimiento de esta en el caso de que el tractor volcase.

Izquierda: Sistema FOPS en un autocargador. Foto: Valmet. Centro: sistema ROPS, derecha: sistema FOPS en un tractor de arrastre desde el interior de la cabina. Ambas fotos: Timberjack

6. Las medidas preventivas del Impacto Ambiental:

Se trata ahora de elementos instalados en los tractores forestales, que los caracterizan y que pretenden conseguir que la incidencia sobre el medio natural que representa el monte sea afectado de la forma menos intensa posible.

Los riesgos que la presencia de maquinaria representan para el monte en este aspecto son la pérdida de líquidos del motor y sus sistemas -gasoil, aceite, líquido hidráulico, grasas, electrolito de las baterías...-, el riesgo de que chispas provenientes del motor comiencen un incendio y la compactación del suelo.

El primero de estos riesgos, las pérdidas de líquidos del motor y sus sistemas, se previene cerrando adecuadamente el chasis, como se indicó más arriba, con el objetivo de evitar roturas del cárter u otros elementos del motor y el goteo de otros líquidos.

El riesgo de incendios se evita mediante los mata chispas del tubo de escape, que además está elevado y mediante los extintores de los que se habló previamente.

El riesgo de compactación del suelo es el problema más importante de cuantos la maquinaria induce en el monte. Se minimiza con un elemento ya señalado por incidir en la capacidad de tracción del tractor forestal: la instalación de ruedas muy anchas.

Ruedas de gran ancho para tractores forestales. A la izquierda, rueda típica en un tractor de arrastre. A la derecha, ruedas típicas en tractores autocargadores y cosechadores de ruedas, en las que se pueden leer las medidas. -Fotos: firestone

Con ello se consigue que la superficie de contacto del vehículo con el suelo sea mayor y por tanto la presión por unidad de superficie -el empuje sobre el suelo- disminuye y con ello la compactación.

Otro elemento que incide sobre la disminución de la compactación del suelo es el "bogie", visto más arriba, ya que aumenta aun más la superficie de contacto con el suelo al aumentar el número de ruedas, de gran anchura, sobre los que recae el peso, sin los inconvenientes que se tienen con la inclusión de varios ejes.

PRINCIPALES MODIFICACIONES EN LOS TRACTORES FORESTALES

A parte del "bogie", modificación aplicada sobre el tractor forestal con objetivos de seguridad y de reducción del impacto ambiental sobre el suelo y comentado más arriba, las modificaciones más importantes, tomando como base un tractor forestal tipo como el visto hasta aquí, son las siguientes:

TRANSMISIÓN

La transmisión mecánica tradicional; constituida por el motor, el embrague mecánico -o los embragues, pues el tractor forestal puede llevar otro para la toma de fuerza-, el árbol y los ejes; plantea serios problemas en el ámbito forestal debido a cuestiones de seguridad, como las comentadas arriba en el apartado del embrague hidráulico, de dificultad de adaptación a las especiales condiciones de trabajo, fundamentalmente la pendiente y la escabrosidad del terreno, y mecánicas.

Por este motivo, una de las principales modificaciones que se introducen en un tractor forestal tiene que ver con el tipo de transmisión que lleva. Los posibles tipos de transmisión que puede llevar un tractor forestal son alguno de los siguientes:

• Transmisión mecánica, (TM) ya apuntada. Como se ha dicho, da serios problemas en el ámbito forestal y ese es el motivo por el que a penas se usa, siendo sustituida, por alguna de las siguientes.

   

  TM ó THD-M. Foto: CAT

• Transmisión hidrodinámico-mecánica (THD-M), constituida por el motor, el embrague hidráulico (o convertidor de par) y el servocambio.

  Embrague hidráulico

El embrague hidráulico, como se ha visto más arriba, permite el uso de menor número de velocidades, permite que los esfuerzos del motor sean más progresivos y, al no trabajar por fricción, se produce un menor desgaste y un menor coste de mantenimiento.

Los embragues hidráulicos tienen problemas al trabajar con cajas de cambios mecánicas. Para resolverlos se intercalan servocambios, que son un tipo de caja de cambios compatibles con los embragues hidráulicos y capaces de trabajar con un número reducido de velocidades. 

• Transmisión hidrostático-mecánica (THS-M), también llamada hidrostática parcial.

Está constituida por el motor, una bomba hidráulica, distribuidor de presión, un circuito hidráulico cerrado, un único motor hidráulico, a veces un servocambio y una transmisión mecánica final.

• Transmisión hidrostática (THS), con el motor, la bomba hidráulica, el distribuidor de presión, un circuito hidráulico y tantos motores hidráulicos como ruedas motrices tenga el tractor.

A este último tipo se le presta más atención en página a parte por que, conociendo la TM, esta es la que mayores diferencias tiene con ella.

De esta forma se conocerá, aunque sea a grandes rasgos, la TM y la THS, pudiéndose entonces entender el concepto de las cuatro, partiendo de la idea de que la THD-M es una modificación de la TM mediante la sustitución del embrague mecánico y de la caja de cambios, y que la THS-M viene a ser una especie de híbrido entre los extremos TM y THS, en la que a la primera se le intercala la segunda para aprovecharse de la mayor capacidad de control de los esfuerzos del motor. 

La TM a penas se usa en el tractor forestal, la THD-M es muy usada por los tractores de arrastre y autocargadores, la THS-M también es usada en los autocargadores y la THS se usa, fundamentalmente, en cosechadoras de ruedas, aunque no todas la llevan.

CABINAS NIVELABLE Y SUSPENDIDA

Estas modificaciones se hacen con un objetivo fundamental: mejorar las condiciones de trabajo del operario manteniendo la cabina siempre en posición horizontal, evitando posturas incómodas y cambiantes del operario durante horas.

Hasta cierto punto pueden mejorar en algo la estabilidad, al desplazar el centro de gravedad, aunque sea mínimamente, hacia el interior del área de seguridad vista más arriba.

Cabina suspendida.

Cabina nivelable. Se observan los émbolos de nivelación. Foto: Valmet

Las cabinas nivelables están provistas de émbolos hidráulicos que permiten que la inclinación de la cabina se adapte a las del terreno, para que en todo momento permanezca horizontal. Generalmente sólo actúan en un plano, el transversal, con dos émbolos, uno a cada lado de la cabina.

Las cabinas suspendidas están diseñadas de tal forma que el habitáculo cuelga de un mástil y consigue la horizontalidad por el efecto de la gravedad.

El mástil del que cuelga la cabina tiene forma de "C", de tal forma que la parte inferior de esta es solidaria al chasis por un eje que permite su giro, pudiéndose entonces girar la cabina en la dirección en la que se realiza el trabajo, para mayor comodidad del operario y seguridad de las acciones.

Características particulares de los tractores forestales de cadenas.

 

Foto: Timberjack

Las cadenas de los tractores forestales tienen tanto el ángulo de ataque como el de salida pequeños. Esto permite que se salven los obstáculos de forma progresiva, pero también consigue que la mayor parte de la longitud de la cadena esté en contacto con el suelo. La forma de lograrlo es situando los rodillos tensor y tractor pegados al suelo en vez de elevados.

Sistema de nivelación. foto: Timberjack

Los tractores forestales de cadenas típicos, es decir, aquellos cuya estructura recuerda a una retroexcavadora, por tener el chasis formando una plataforma sobre la que se instala en habitáculo, el motor y los elementos de trabajo y que descansa sobre un  tren de rodaje formado por un puente, al final del cual se encuentran las cadenas, tienen también un sistema para la nivelación, pero en este caso nivela el chasis entero, sistema este que constituye la principal diferencia con cualquier otra máquina y, especialmente, con la retroexcavadora.

En el caso del tractor de cadenas, el sistema de nivelación tiene también dos funciones, pero se diferencia del de nivelación de cabina de los tractores de ruedas en que la principal es la seguridad, mejorando la estabilidad, siendo la función de mejorar la comodidad del operario secundaria, a parte de que lo nivelado en este caso es el chasis completo -conviene recordar que los de ruedas también pueden tener un sistema de nivelación del chasis, más complejo, como se indica en el apartado de la transmisión hidrostática-.

Fotos: Timberjack

Además, en este caso se mejora tanto la estabilidad transversal como la longitudinal, ya que el sistema de nivelación de estas máquinas actúa en dos planos de forma independiente.

Además de observarse en ángulo de inclinación, se observa que el carro del fondo adopta un ángulo menor que ell primer plano. Foto: Timberjack

Los tractores de cadenas suelen estar dotados también de un sistema que permite que cada uno de los trenes de rodaje tomen un ángulo distinto en su eje longitudinal, pudiéndose adaptar de esta forma a las condiciones de pendiente y escabrosidad del terreno.

Precisamente la escabrosidad del terreno es el punto más débil de este tipo de tractores, ya que la superficie casi continua que representan las cadenas implica que, obstáculos que topen con cualquier parte de ella causen que el resto de la cadena pierda o disminuya su contacto con el suelo, perdiendo capacidad de tracción, apoyo y estabilidad.

Se tiene por tanto un sistema que permite que cada carro se sitúe en un plano, que la cabina se incline en el sentido de la pendiente, tanto longitudinal, aproximadamente un 50% hacia adelante, un 18% hacia atrás, como transversalmente, del orden de un 35% y, además, el conjunto puede girar alrededor del eje vertical de la máquina.

Hay que tener mucho cuidado con las inclinaciones indicadas, ya que no se refieren a pendientes salvables, si no a inclinaciones posibles del sistema de nivelación. Hay que considerar lo apuntado sobre la escabrosidad, que disminuirá considerablemente las pendientes alcanzables, especialmente en lo que se refiere a la pendiente de trabajo transversal.

 

Foto: Valmet

INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO.

Las investigaciones en el desarrollo de tractores forestales van encaminadas, fundamentalmente, a reducir el impacto sobre el suelo, que es el más importe de cuantos la maquinaria produce en el medio forestal.

El problema menos complejo a tratar es el que se presenta debido a la rigidez de los "bogies", especialmente en los autocargadores, debido a que las cargas son mayores y recaen, precisamente, sobre este.

Debe recordarse que el tractor forestal gira, no por acción de las ruedas, si no por acción de los émbolos de dirección sobre los semichasis o sobre el conjunto tractor-remolque -caso de los autocargadores de tractor de doble eje-. Así, cuando el vehículo gira y debido a la rigidez señalada, no permite que el conjunto tome un ángulo en la dirección del giro, las ruedas del "bogie" resbalan lateralmente, ensanchando las rodadas y dañando el suelo más de lo que de por si se daña debido a la presión.

Las soluciones propuestas van por dos caminos y ambas se presentan ya en algunos modelos comerciales.

Bogie trasero direccionable Foto: Rottne

• La primera parece más útil en autocargadores con tractor de doble eje y consiste en construir el "bogie" direccionable, bien sea por que uno de los pares de ruedas, generalmente la delantera en el "bogie" del tractor, la trasera en el del remolque, toma un ángulo que ayuda en el giro, o bien por que el "bogie" entero toma un ángulo en la dirección del giro. Esta solución suele ser más utilizada por su menor complejidad mecánica. -Foto derecha-.

• La segunda está pensada más para tractores autocargadores de semichasis y consiste en dividir el semichasis trasero en otros dos semichasis articulados, cada uno con su par de ruedas, con lo que desaparece el bogie. -Foto abajo izquierda-.

  Foto: Timberking

  Foto: Timberking

De esta forma se podría decir que "muerto el perro, se acabó la rabia", ya que lo que aparece es un nuevo sistema de tractor autocargador, de tres cuerpos articulados, cada uno con su par de ruedas y que, asociado a una transmisión hidrostática, permite que cada una de las ruedas se puedan situar en posiciones distintas, mediante suspensión sobre el brazo que une la rueda al chasis -foto derecha-.

El problema más complejo y que está dando lugar a la solución más espectacular, es el de eliminar el impacto, continuo en el espacio, por compactación del suelo, que inducen los trenes de rodaje convencionales, tanto de ruedas como de cadenas. Es decir, la sustitución de los trenes de rodaje convencionales.

La solución es de concepto tan simple como de desarrollo complejo: conseguir que el efecto no sea continuo en el espacio imitando la forma de desplazamiento de los animales. Consiste en un tractor montado sobre unas barras articuladas a modo de patas, de movimiento alterno.

Foto: Plustech

El tractor forestal resultante, desarrollado por la casa Plustech, perteneciente a Timberjack e incluida en el grupo de John Deere, es una máquina con seis patas capaces de dar tracción al tractor mediante movimientos alternos de estas. Existen varias posibilidades de qué patas se desplazan y cuales permanecen en el suelo, por imitación de las formas de caminar de los animales, pero al menos 3 siempre estarán apoyadas.

Este tractor fácilmente montará una grúa y un cabezal cosechador. No parece difícil que pueda, de alguna forma, ser un tractor forestal base para montar un tractor de arrastre. Sin embargo, no parece que sea fácil sustituir los autocargadores de ruedas por una de estas máquinas.

Por Víctor M. Bajo Pérez

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