El truco fue imposible. O debería haberlo sido.
En un comercial de la Toyota Tundra CrewMax, los ingenieros montaron una escena en Sierra Rock Quarry en Placerville, California. El escenario era dramático. Un desnivel de 180 pies. Un contenedor de transporte, que pesa exactamente 6.400 libras, colgando de una grúa como un péndulo pesado. Un cable metálico iba desde el enganche del contenedor hasta el punto de remolque del camión.
Por un momento, la grúa aguantó el peso. Luego, se soltó.
El contenedor cayó. El cable se tensó. La Tundra fue arrastrada hacia el borde del acantilado. Es de esperar que se resbale. En cambio, los neumáticos mordieron el asfalto. La suspensión trasera se agachó bajo la carga repentina. El camión se mantuvo firme y empujó la masa de 6,400 libras cuesta arriba.
Parecía magia. No lo fue.
Era física. Específicamente, fue tirar de la barra de tiro.
¿Qué es la tracción de la barra de tiro?
Vemos esta fuerza todos los días, aunque rara vez la nombramos.
Piense en un tren de carga. La locomotora no se mueve sola; arrastra tras de sí decenas de toneladas de coches. Eso es tirar de la barra de tiro. Mira los remolcadores en un aeropuerto. Esos vehículos de bajo perfil que empujan o tiran de aviones de pasajeros están generando enormes cantidades de fuerza en un punto de enganche. Incluso el tractor en un paseo en carro utiliza la barra de tiro para arrastrar un carro lleno de gente.
El término se refiere a la fuerza de tracción que ejerce un vehículo en su acoplador. Es la tensión generada en la dirección del movimiento. Los ingenieros lo miden en libras o Newtons. Es distinto de los caballos de fuerza. Los caballos de fuerza tienen que ver con la velocidad y la energía a lo largo del tiempo. La tracción de la barra de tiro se trata de fuerza bruta en un punto específico.
Por qué la tundra no se deslizó
El truco comercial pone de relieve un malentendido común. La gente confunde la capacidad de remolque con el poder de retención estático. La capacidad de remolque es una clasificación. Le indica lo que el fabricante dice que el camión puede manejar de manera segura en una carretera. La tracción de la barra de tiro es una realidad física. Depende de la tracción, la distribución del peso y el par motor.
Cuando el contenedor cayó, la Tundra no dependía sólo de su motor. Depende de la gravedad misma. El peso del camión presionó las ruedas traseras. Más peso significa más fricción. La fricción evita que los neumáticos patinen. Si los neumáticos no patinan, el camión no patina.
La parte trasera se agachó porque la fuerza del tirón levantó ligeramente la parte delantera, desplazando el peso hacia atrás. Esto aumentó la fuerza normal sobre las ruedas motrices. Los neumáticos agarraron con más fuerza. El motor proporcionó el par. La fricción proporcionó el ancla. El resultado fue una carga de 6,400 libras arrastrada cuesta arriba.
Cómo calcularlo
No necesitas un acantilado para probar esto. Puedes calcular la fuerza de tracción de tu propio vehículo si sabes tres cosas:
- Peso sobre las ruedas motrices.
- Coeficiente de fricción entre los neumáticos y la superficie.
- Par del motor y relaciones de transmisión.
La ecuación básica consiste en multiplicar el peso sobre el eje motriz por el coeficiente de fricción. Eso te da la máxima fuerza de fricción estática. Si el motor puede producir suficiente torque para exceder la resistencia de la carga, el vehículo se mueve. Si el peso de la carga excede el límite de fricción, las ruedas patinan.
En el caso de la Tundra, el coeficiente de fricción sobre asfalto seco es elevado. El peso en vacío del camión proporcionó una gran fuerza hacia abajo. El motor diésel o de gasolina entregaba par a través de un sistema de reducción de engranajes que multiplicaba la fuerza. El resultado fue una atracción neta positiva.
Más allá del truco
El escenario de la cantera estaba diseñado para vender camiones. Pero el principio se aplica a todo, desde tractores hasta camiones cisterna.
Cuando compra un vehículo de remolque, observa la clasificación de capacidad de remolque. Ese número supone condiciones ideales. Asume una distribución perfecta del peso. Se supone buenos neumáticos. Se supone que no estás en una pendiente de 15 grados mientras tiras una carga que se desliza hacia un acantilado.
Tirar de la barra de tiro en el mundo real es más complicado. El barro reduce la fricción. El hielo lo elimina. La mala presión de los neumáticos cambia la zona de contacto. Pero el concepto central sigue siendo el mismo. Fuerza en
Deje de adivinar cuánto peso puede transportar realmente su equipo. Las matemáticas detrás del tirón de la barra de tiro son sencillas una vez que se elimina la jerga de ingeniería. No se trata de números mágicos; se trata de torque, engranajes y fricción.
Necesita la tracción de la barra de tiro (DP) en libras. Esto le indica la fuerza neta disponible para mover una carga. Comience con el esfuerzo de tracción bruto. Tome el torque de su motor en libras-pulgada ($T$). Multiplique eso por la relación total de reducción de engranajes ($R$). Esto incluye la transmisión y el eje. Luego divida por el radio de la llanta motriz ($r$) en pulgadas.
$$DP_{bruto} = \frac{T \times R}{r}$$
Este resultado es tu poder de atracción bruto. Pero no estás tirando de un trineo sobre hielo. Estás luchando contra el suelo. Eso nos lleva a la segunda mitad de la ecuación: resistencia a la rodadura ($RR$).
Cálculos de resistencia a la rodadura
La resistencia a la rodadura es la fuerza necesaria para mantener el vehículo en movimiento sobre una superficie. Se calcula tomando el peso bruto del vehículo ($GVW$) en libras. Multiplique eso por el coeficiente de resistencia a la rodadura de la superficie ($R$). Este coeficiente generalmente se expresa en libras por 1000 libras de peso. Divide el total por 1000 para obtener la fuerza real en libras.
$$RR = \frac{PBV \times R}{1000}$$
Encontrar el coeficiente correcto es donde la mayoría de la gente se queda estancada. Necesita datos específicos de la superficie. El buen hormigón suele pesar alrededor de 15 libras por 1000 libras. ¿Tierra blanda? Ese número se dispara. Busque tablas para su terreno específico.
Aquí hay un ejemplo concreto para que esto funcione. Imagine un montacargas o un camión industrial que pesa 8,000 libras conduciendo sobre concreto en buen estado. El coeficiente es 15.
$$8,000 \veces 15 = 120,000$$
$$120,000 / 1,000 = 120 \text{ libras de resistencia a la rodadura}$$
Ahora tienes tu costo de fricción. Son 120 libras. Debe restar esto de su esfuerzo de tracción bruto para obtener la fuerza real de la barra de tiro.
Fórmula de tracción neta de la barra de tiro
Combine las dos partes en una ecuación maestra.
$$DP = \frac{T \times R}{r} – RR$$
Hagamos los números en una máquina hipotética. El motor produce 4.800 libras-pulgada de torque. Eso son 400 libras-pie. La reducción general de la marcha es de 10:1. El radio del neumático motriz es de 18 pulgadas.
Primero, encuentre el esfuerzo de tracción bruto:
$$4,800 \veces 10 = 48,000$$
$$48,000 / 18 = 2,667 \text{ libras (brutas)}$$
Ahora reste la resistencia a la rodadura que calculamos anteriormente (120 libras):
$$2,667 – 120 = 2,547 \text{ libras}$$
Su tracción neta en la barra de tiro es de 2547 libras. Eso es lo que realmente tienes que impulsar. Todo lo demás es sólo fricción.
¿Por qué esto importa? Porque si intentas tirar de una carga de 3000 libras, ya estás bajo el agua. Las matemáticas no mienten. Las relaciones de transmisión multiplican el par pero reducen la velocidad. Los neumáticos más grandes reducen la fuerza en la zona de contacto. Las condiciones de la superficie consumen su eficiencia.
No necesitas un título en ingeniería mecánica para resolver esto. Sólo necesitas las especificaciones de tu vehículo y las condiciones de la carretera. Verifique el radio de su neumático. Verifique la relación de su eje. Busque su coeficiente de superficie. Introduzca los números.
El resultado le indica si va a mover la carga o simplemente a hacer girar los neumáticos. Mantenga las ecuaciones a mano. Te evitan levantar el peso equivocado.
