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Los tipos de correas de transmisión que más han crecido en los últimos años han sido las correas en V de borde cortado, las correas poliendentadas (Figura 2) y las correas sincrónicas (Figura 3). Las correas en V de borde cortado ofrecen una mayor eficiencia de transmisión, una elevada capacidad de transmisión de potencia, una larga vida útil y un alto ahorro energético en comparación con las correas en V recubiertas. Además de los beneficios propios de las correas en V de borde cortado, las correas poliendentadas también combinan la flexibilidad de las correas planas, altas relaciones de transmisión y elevadas capacidades de velocidad. Los sistemas de transmisión mediante correas sincrónicas constituyen una combinación de transmisiones por correa, por cadena y por engranaje. Como resultado, estas correas están encontrando un número cada vez mayor de aplicaciones, una tendencia que seguirá consolidándose en el futuro en el desarrollo de correas de transmisión.
Los procesos de producción y los equipos de fabricación de las correas en V, las correas poliendentadas y las correas sincrónicas de última generación son fundamentalmente similares, y la única diferencia radica en algunos procedimientos específicos y etapas adicionales de procesamiento. La fabricación incluye los procesos de componentes (extrusión de láminas, empalme de láminas cargadas con fibras cortas, costura de tejido elástico de nailon, corte de tejido), ensamblaje, vulcanización, rectificado, corte y controles de calidad (aspecto exterior, dimensiones y rendimiento).
2.1 Construcción
Las máquinas constructoras de tambor simple normalmente fabrican correas en V de borde cortado, correas multicanal y correas sincrónicas. Para eliminar el efecto de torsión del cordón de tracción en las correas sincrónicas, se requieren dos sistemas de tensado independientes para colocar simultáneamente cordones con direcciones de torsión diferentes (es decir, torsiones «S» y «Z»). Varios fabricantes chinos, en los primeros años, importaron máquinas constructoras de la empresa alemana SCHOLZ. En aquella época, solían adquirir máquinas constructoras multifuncionales (máquinas universales) debido a factores de inversión. Estas máquinas son aplicables en la fabricación de correas en V revestidas, correas en V de borde cortado, correas multicanal y correas sincrónicas, así como en el corte de fundas protectoras y el rectificado de la cara posterior de las correas sincrónicas, y correas en V de vanguardia y correas sincrónicas. La máquina cuenta con un accionamiento principal, un tambor de construcción, un tambor de corte, una unidad de corte, una unidad de rectificado, un contrapunto, un sistema de desenrollado de cuatro estaciones (en forma de tira), una unidad de colocación de cordones, un sistema de desenrollado de cordones de dos estaciones y un sistema de control eléctrico.
Mediante la integración o diferenciación de algunas funciones de la máquina multifuncional de fabricación de correas en V, se han creado equipos especializados, como máquinas de rectificado/corte que combinan las funciones de corte y rectificado posterior, así como máquinas monofuncionales de fabricación, máquinas de corte y máquinas de rectificado posterior. Estructuralmente, estas máquinas son idénticas: básicamente conservan los componentes funcionales necesarios y eliminan los innecesarios de la máquina multifuncional de fabricación de correas en V.
En China, la empresa Qingdao Yilida no es la única compañía que ha asumido y cumplido con éxito el proyecto nacional de ciencia y tecnología conocido como el Noveno Plan Quinquenal; otras fabricantes también producen máquinas para la fabricación de correas en V de alta tecnología, correas poliendentadas y correas sincrónicas. Estas máquinas tienen principios operativos bastante similares, y sus productos son simples o sofisticados según el nivel de requisitos del usuario.
2.2 Vulcanización
Las correas en V de borde cortado, las correas sincrónicas y las correas poliendentadas se vulcanizan del mismo modo que las correas en V envueltas, utilizando autoclaves de vulcanización, y todas pueden vulcanizarse en autoclaves de vulcanización verticales con manguito de caucho. Según el método de presurización, existen dos tipos de autoclaves con manguito de caucho: calentamiento y presurización por vapor, y calentamiento por vapor con presurización hidráulica. Actualmente, tanto los autoclaves importados como los autoclaves nacionales DLT son del tipo de calentamiento y presurización por vapor. Utilizan un control PID (Proporcional, Integral y Derivativo), ofrecen una alta precisión en el control de la temperatura, una elevada eficiencia productiva y una alta calidad del producto, pero requieren una caldera de vapor de presión media o alta.
2.3 Corte de correas en V de borde cortado
2.3.1 Corte con tambor único
En el corte de tambor simple, se utiliza una máquina de corte de tambor simple, incluida la máquina multifuncional para la fabricación de correas en V descrita anteriormente. Previo al corte, se debe cortar una funda protectora de corte sobre un tambor expansible y rectificarla hasta lograr una forma circular perfecta. La funda se cortó en correas en V independientes con bordes de corte mediante dos cuchillas circulares de disco. La sección transversal de la correa es homogénea y la capacidad de fabricación es elevada. Sin embargo, el costo del tambor expansible es elevado, y la operación de colocación de la funda protectora es laboriosa y requiere mucho tiempo.
2.3.2 Corte de doble tambor
En el corte de doble tambor, se utiliza una máquina de corte de doble tambor para cortar la funda de correa vulcanizada en correas individuales según los estándares de anchura y ángulo. Este sistema fue inventado inicialmente por Berstorff en Alemania. Varios fabricantes chinos, como los de Shanghái y Kaifeng, han ido importando sucesivamente dichas máquinas desde Alemania. Este tipo de equipo ha sido desarrollado por empresas nacionales como Qingdao Yilida, Qingdao Moson y Shaoxing Junma. La máquina de corte de doble tambor consta de un accionamiento principal, un tambor de corte, un tambor tensor, un dispositivo de corte y un sistema de control. Mediante el control de la distancia entre el tambor tensor y el tambor de corte, es posible cortar correas con una circunferencia interior comprendida entre 680 y 3000 mm. La máquina de corte de doble tambor no requiere un tambor expansor ni una funda protectora de corte, lo que reduce la inversión en equipos. Sin embargo, presenta menor precisión de corte y las correas cortadas deben medirse en longitud y rectificarse.
2.4 Rectificado de correas multirranuradas
La funda de correa multinervada vulcanizada se moldea en la superficie nervada mediante una máquina rectificadora de correas multinervadas. Estas máquinas pueden clasificarse como máquina rectificadora de correa multinervada individual y máquina rectificadora de funda completa multinervada, según el modo de procesamiento.
2.4.1 Rectificado de correa multinervada individual
La máquina rectificadora de correa multinervada individual es una máquina compuesta por una unidad de rectificado, una polea motriz, una polea tensora y un sistema de control eléctrico. La correa en bruto se corta al ancho necesario, se coloca alrededor de la polea motriz y se tensa mediante la polea tensora; a continuación, la correa se rectifica mediante la rotación a alta velocidad de una muela abrasiva con perfil especial. Esta máquina puede utilizarse para rectificar los nervios de correas multinervadas de tipo PJ, PK y PL, con una circunferencia de correa de 600–2500 mm y un ancho inferior a 30 mm, a una velocidad lineal de rectificado de 30 m/s.
2.4.2 Rectificado de funda completa multinervada
El principio de la máquina rectificadora de correas multirranuradas de manga completa es el siguiente: la manga de correa vulcanizada, junto con su molde, se fija al eje principal de la máquina rectificadora y gira conjuntamente con él. Una vez que se ha rectificado una sección, la unidad rectificadora se desplaza transversalmente una distancia específica para proceder con la rectificación de la siguiente sección, hasta que se haya rectificado toda la manga de la correa. La máquina rectificadora de correas multirranuradas es una máquina de manga completa que resulta más eficiente en la producción y ofrece mayor precisión dimensional en sus productos que la máquina de correa individual. Sin embargo, requiere mayor precisión en los equipos, los moldes y los sistemas de control, por lo que se requiere una inversión mayor en equipos. Esta máquina también puede utilizarse para rectificar la cara posterior de las correas sincrónicas.
3. Inspección
La inspección general de las correas de transmisión incluye los aspectos relativos al aspecto exterior (tamaño de la sección transversal, longitud), las propiedades físicas y mecánicas, y el comportamiento dinámico (potencia de transmisión y vida útil a la fatiga).
3.1 Medición de la longitud
Desde la reforma y apertura de China, las normas chinas sobre correas de transmisión se han revisado y elaborado sucesivamente para alinearse con las normas internacionales y europeo-estadounidenses. La longitud de las correas de transmisión se regula actualmente según el sistema de referencia y el sistema efectivo, en lugar del sistema de circunferencia interior que China utilizó durante varias décadas. Por lo tanto, se requiere equipamiento especializado para la medición de longitudes. A mediados de la década de 1980, el Instituto de Diseño e Investigación Aeronáutica de Shanghái diseñó una máquina de ensayo de longitud de correas trapezoidales para automoción, con el fin de cumplir con la formulación de la norma sobre dimensiones de dichas correas. Cuando entró en vigor en China la nueva norma sobre correas trapezoidales, esta máquina de ensayo de longitud se convirtió en un equipo obligatorio para los fabricantes.
Las máquinas de ensayo de longitud de correas sincrónicas requieren un rendimiento más preciso y suelen adoptar un método de medición relativo. La Fábrica de Caucho de Wuxi importó una máquina de ensayo de longitud de correas sincrónicas de SCHOLZ, en Alemania. SEU y QINGDAO MOSON también diseñan este tipo de máquinas de ensayo.
3.2 Vida útil a la fatiga
Las pruebas de vida útil bajo fatiga se pueden clasificar en métodos sin par de torsión y con par de torsión; el primero se conoce como ensayador de flexión. Se ha desarrollado un ensayador sin par de torsión para adaptarse a la nueva norma china para correas en V (GB1174-96). Durante la prueba, la correa no transmite potencia, sus caras interna y externa no deslizan respecto a la polea y su tensión interna no varía con la rotación de la polea. Esta prueba simula únicamente la flexión de la correa al pasar sobre una polea, contando el número de flexiones y midiendo la elongación. Normalmente, esta prueba requiere entre 5 y 7 días para completarse, aunque se puede acelerar la tasa de desgaste reduciendo el diámetro de la polea o la tensión inicial. Este método presenta una baja correlación con las condiciones reales de funcionamiento de las correas de transmisión y resulta más adecuado para el control de calidad.
Los métodos basados en el par pueden determinar de forma integral y relativamente precisa la calidad de la correa de transmisión en un corto período de tiempo. Las máquinas extranjeras para ensayar la vida útil a la fatiga de correas trapezoidales automotrices han sido importadas a China por los fabricantes de Guiyang, Wuxi y Kaifeng. Las máquinas para ensayar la vida útil a la fatiga de correas trapezoidales automotrices utilizadas anteriormente por la Fábrica N.º 2 de Productos de Caucho de Shanghái fueron diseñadas durante cierto tiempo por el Instituto de Tecnología de Harbin. Un fabricante de Wuxi ha importado una máquina para ensayar la vida útil a la fatiga de correas automotrices multirranuradas, que también cuenta con capacidad para ensayos de fatiga a alta temperatura.
Las máquinas de ensayo de vida útil por fatiga de correas asincrónicas para automóviles se utilizan poco en China. Wang Jiemin diseñó la máquina de ensayo de vida útil por fatiga de correas asincrónicas para automóviles para la fábrica Liaoyang Jidai sobre la base de la patente «dispositivo dinámico de ensayo de rendimiento integral para correas de transmisión» (número de solicitud de patente: 99258441), adaptada a la norma GB/T 18183-2000 (equivalente a ISO 10917:1995) «Método de ensayo de la vida útil por fatiga de las correas asincrónicas para automóviles». Puede realizar ensayos de fatiga con pulverización de agua a alta temperatura.
Como el mercado automovilístico chino sigue expandiéndose progresivamente y el rendimiento de los vehículos ha mejorado considerablemente, los requisitos respecto al rendimiento de las correas asincrónicas para automóviles se vuelven cada vez más exigentes. Por tanto, acelerar el desarrollo, la producción y la difusión de máquinas de ensayo de vida útil por fatiga de correas asincrónicas para automóviles en China constituye una tarea de gran importancia.
4. Perspectivas
Situación y perspectivas del equipamiento para la fabricación de correas de transmisión en China (2005)
Aunque la fabricación de correas de transmisión ha experimentado una gran promoción gracias a años de importación, imitación, asimilación y desarrollo independiente, lo que refleja en cierta medida el nivel actual de desarrollo de la industria nacional de correas de transmisión, aún existe una brecha comparada con los fabricantes extranjeros. Las principales manifestaciones son:
(1) El nivel de fabricación de correas de transmisión dentro del sector presenta diferencias desiguales; los equipos son rudimentarios y los productos de baja calidad perjudican gravemente el desarrollo saludable del mercado de correas de transmisión, especialmente la promoción y aplicación de nuevas correas.
(2) En cuanto a precisión, nivel de automatización, integración mecatrónica y adopción de nuevas técnicas, los equipos de fabricación nacionales aún presentan una brecha comparados con los de los fabricantes extranjeros.
(3) Equipos de fabricación de ciertos tipos de correas de transmisión que no se han producido en la industria nacional: equipos de fabricación y tecnología de proceso para correas trapezoidales moldeadas con múltiples nervios, correas de transmisión dentadas bidireccionales, correas de transmisión de unión por reacción inyectada, correas de transmisión reforzadas con fibras cortas y correas de transmisión dentadas helicoidales (o en espiga), así como correas para transmisiones continuamente variables (CVT).
(4) Prácticamente no existen derechos independientes de propiedad intelectual en algunos aspectos. Empresas extranjeras avanzadas en fabricación poseen patentes propias sobre tecnologías y equipos. Desde que China ingresó a la OMC y reforzó la protección de la propiedad intelectual, el desarrollo sostenible y la competitividad internacional de la industria china de correas de transmisión se ven limitados en gran medida.
(5) Métodos antiguos de ensayo e inspección. Los grandes fabricantes extranjeros centran su investigación y desarrollo en el rendimiento y el control de calidad; algunos ya han logrado ensayos en línea automáticos. Las grandes empresas extranjeras disponen de más de cien tipos de máquinas de ensayo dinámico, utilizadas para ensayos integrados desde múltiples ángulos, cada una con su propio método de ensayo. Sin embargo, entre los limitados fabricantes nacionales, la mayoría dispone únicamente de una o dos máquinas de ensayo de vida útil por fatiga, muchas de las cuales se encuentran fuera de servicio.
Teniendo en cuenta todos los hechos mencionados anteriormente, el autor considera que la tendencia futura del desarrollo de equipos para la fabricación de correas de transmisión debería ser:
(1) Seguir mejorando la precisión, la fiabilidad y el nivel de automatización de los equipos de fabricación actuales, utilizando nuevas técnicas informáticas para lograr la interacción hombre-máquina.
(2) Desarrollar con urgencia equipos nacionales de fabricación, tales como máquinas para correas trapezoidales multicanal moldeadas, prensas de vulcanización rotatoria para correas en V y equipos de fabricación de correas dentadas bidireccionales.
(3) Fortalecer la investigación y el desarrollo de nuevas técnicas y equipos, como correas de transmisión de unión por reacción por inyección, correas de transmisión reforzadas con fibras cortas, correas de transmisión dentadas en espiral (en espiga), correas en V de elastómero termoplástico y correas para variadores continuos (CVT).
(4) Nacionalizar los equipos de ensayo, mejorar la fiabilidad de las máquinas de ensayo, especialmente promoviendo la máquina de ensayo para correas polivía de alta temperatura, la máquina de ensayo de vida útil por fatiga de correas asincrónicas para automóvil con rociado de agua a alta temperatura y la máquina de ensayo de vida útil por fatiga de correas CVT para motocicletas.
(5) Aquellos fabricantes cuyas condiciones lo permitan deberían desarrollar activamente su propia tecnología y equipos de producción.