Pista continua

Patentado en 1832 por John Heathcoat (también Heathcote), diputado por Tiverton , el arado de vapor Heathcote se presentó en 1837 y, afortunadamente, la prensa publicó un grabado en madera de este singular vehículo de orugas. ^{[ 4 ]} Las orugas continuas estaban hechas de secciones de madera de 215 cm (7 pies) atornilladas a bandas de hierro continuas que eran impulsadas por tambores en cada extremo. Un robusto chasis proporcionaba los cojinetes para los tambores y soportaba la máquina de vapor, el combustible y el cabrestante. El chasis se apoyaba en numerosas ruedas o rodillos pequeños que rodaban sobre las bandas de hierro inferiores, las cuales formaban una vía perfectamente portátil y lisa para la plataforma.  

Los tambores tenían un diámetro de 275 o 305 cm (9 o 10 pies) , separados por 790 cm (26 pies) . Las orugas tenían un ancho de 215 cm (7 pies) cada una , con un espacio de 215 cm (7 pies) entre ellas, lo que daba un ancho total de 640 cm (21 pies) . El motor de vapor de dos cilindros podía usarse para accionar el cabrestante del arado o para impulsar el vehículo, a una velocidad de hasta 150 cm/min (5 pies/min) . Aunque la máquina pesaba 30 toneladas con 6 toneladas de combustible, su presión sobre el suelo era de solo 869 kg/m² ⁽ 178 lb/pie² ) , considerablemente menor que la de una persona.               

La demostración exitosa se llevó a cabo el 20 de abril de 1837 en Red Moss , en Bolton-le-Moors . El arado de vapor se perdió al hundirse accidentalmente en un pantano y fue abandonado, ya que el inventor no contaba con los fondos necesarios para continuar su desarrollo. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

Aunque no se trata de una vía continua como las que se ven hoy en día, el ingeniero británico James Boydell patentó en 1846 una rueda de acorazado o «rueda de ferrocarril sin fin». En el diseño de Boydell, una serie de patas planas se fijan a la periferia de la rueda, distribuyendo el peso. ^{[ 7 ]} Varios carros, carretas y cureñas tiradas por caballos se utilizaron con éxito en la Guerra de Crimea , librada entre octubre de 1853 y febrero de 1856, y el Arsenal Real de Woolwich fabricó ruedas de acorazado. Sir William Codrington, el general al mando de las tropas en Sebastopol, firmó una carta de recomendación. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

Boydell patentó mejoras en su rueda en 1854 (n.º 431), el año en que su rueda de acorazado se aplicó por primera vez a una máquina de vapor, y en 1858 (n.º 356), siendo esta última una medida paliativa impracticable que consistía en levantar una u otra de las ruedas motrices para facilitar el giro.

Varios fabricantes, entre ellos Richard Bach, Richard Garrett & Sons , Charles Burrell & Sons y Clayton & Shuttleworth, aplicaron la patente de Boydell bajo licencia. El ejército británico se interesó en la invención de Boydell desde una fecha temprana. Uno de los objetivos era transportar el mortero de Mallet , un arma gigante de 36  pulgadas que estaba en desarrollo, pero, al final de la Guerra de Crimea, el mortero no estaba listo para el servicio. Un informe detallado de las pruebas de tracción a vapor, realizadas por un comité selecto de la Junta de Artillería, se publicó en junio de 1856, ^{[ 10 ]} fecha en la que la Guerra de Crimea había terminado, por lo que el mortero y su transporte se volvieron irrelevantes. En esas pruebas, se puso a prueba un motor Garrett en Plumstead Common. El motor Garrett se exhibió en el espectáculo del alcalde de Londres, y al mes siguiente ese motor fue enviado a Australia. Un tractor de vapor que empleaba ruedas de acorazado se construyó en la fábrica de Bach en Birmingham y se utilizó entre 1856 y 1858 para arar en Thetford; y la primera generación de máquinas Burrell/Boydell se construyó en la fábrica de St. Nicholas en 1856, también después del fin de la Guerra de Crimea. ^{[ 11 ]}

Entre finales de 1856 y 1862, Burrell fabricó no menos de una veintena de máquinas equipadas con ruedas de acorazado. En abril de 1858, la revista The Engineer publicó una breve descripción de una máquina Clayton & Shuttleworth equipada con ruedas de acorazado, que no fue suministrada a los Aliados occidentales, sino al gobierno ruso para el transporte de artillería pesada en Crimea en el período de posguerra. ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]} Los tractores de vapor equipados con ruedas de acorazado presentaban varias deficiencias y, a pesar de las creaciones de finales de la década de 1850, nunca se utilizaron ampliamente. ^{[ 9 ] [ 15 ]}

En agosto de 1858, más de dos años después del fin de la Guerra de Crimea , John Fowler presentó la patente británica n.  ° 1948 para otra forma de "Ferrocarril sin fin". En su ilustración de la invención, Fowler utilizó un par de ruedas de igual diámetro a cada lado de su vehículo, alrededor de las cuales un par de ruedas dentadas corrían una "vía" de ocho segmentos articulados, con una rueda de apoyo/motriz más pequeña entre cada par de ruedas, para sostener la "vía". Compuestas por solo ocho secciones, las secciones de la "vía" son esencialmente "longitudinales", como  en el diseño inicial de Boydell. ^{[ 16 ]} La disposición de Fowler es un precursor de la vía de oruga de múltiples secciones en la que se utiliza un número relativamente grande de peldaños "transversales" cortos, como propuso Sir George Caley en 1825, ^{[ 17 ]} en lugar de un pequeño número de peldaños "longitudinales" relativamente largos.

A raíz de la patente de Fowler de 1858, en 1877, el ruso Fyodor Blinov creó un vehículo de orugas llamado " vagón que se desplazaba sobre raíles sin fin". ^{[ 18 ]} Carecía de autopropulsión y era tirado por caballos. Blinov obtuvo la patente de su "vagón" en 1878. Entre 1881 y 1888 desarrolló un tractor de orugas a vapor. Este vehículo autopropulsado fue probado con éxito y se presentó en una exposición agrícola en 1896. ^{[ 18 ]}

Las máquinas de tracción a vapor se utilizaron a finales del siglo XIX en las Guerras de los Bóeres . Pero no se utilizaron ni ruedas de acorazado ni vías continuas, sino que se colocaron vías de tablones de madera enrollables bajo las ruedas según se requería. ^{[ 19 ]} En  resumen, si bien el desarrollo de la vía continua atrajo la atención de varios inventores en los siglos XVIII y XIX, el uso y la explotación generalizados de la vía continua pertenecieron al siglo XX, principalmente en los Estados Unidos e Inglaterra .

Un inventor estadounidense poco conocido, Henry Thomas Stith (1839-1916), desarrolló un prototipo de oruga continua que, en múltiples versiones, fue patentado en 1873, 1880 y 1900. ^{[ 20 ] [ 21 ]} La última patente fue para la aplicación de la oruga a un prototipo de bicicleta todoterreno construido para su hijo. ^{[ 1 ]} El prototipo de 1900 se conserva en poder de su familia.

Frank Beamon (1870–1941), un inventor británico menos conocido pero significativo, diseñó y construyó orugas y obtuvo patentes para ellas en varios países, en 1900 y 1907. ^{[ 22 ]}

Alvin Orlando Lombard inventó e implementó una vía continua eficaz para el transportador de troncos a vapor Lombard . ^{[ 23 ]} Obtuvo una patente en 1901 y construyó el primer transportador de troncos a vapor en Waterville Iron Works en Waterville, Maine, ese mismo año. En  total, se sabe que se construyeron 83  transportadores de troncos a vapor Lombard hasta  1917, cuando la producción cambió por completo a máquinas con motor de combustión interna, finalizando con una unidad Fairbanks con motor diésel en  1934. Alvin Lombard también pudo haber sido el primer fabricante comercial del tractor de orugas.

Al parecer, al menos una de las máquinas de vapor de Lombard aún funciona. ^{[ 24 ]} Un transportador Lombard a gasolina se exhibe en el Museo Estatal de Maine en Augusta. Además, es posible que se hayan fabricado hasta el doble de versiones del transportador de troncos a vapor Phoenix Centipede bajo licencia de Lombard, con cilindros verticales en lugar de horizontales. En 1903, el fundador de Holt Manufacturing, Benjamin Holt , pagó a Lombard 60 000 dólares por el derecho a producir vehículos bajo su patente. ^{[ 25 ]}

Casi al mismo tiempo, una empresa agrícola británica, Hornsby en Grantham , desarrolló una oruga continua que patentó en 1905. ^{[ 26 ]} El diseño se diferenciaba de las orugas modernas en que se flexionaba en una sola dirección, de modo que los eslabones se unían para formar un riel sólido sobre el que rodaban las ruedas. Los vehículos de orugas de Hornsby fueron probados como tractores de artillería por el Ejército Británico en varias ocasiones entre 1905 y 1910, pero no fueron adoptados.

Los tractores Hornsby fueron pioneros en un sistema de embrague de dirección sobre orugas, que constituye la base del funcionamiento moderno de las orugas. La patente fue adquirida por Holt.

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  Primer tractor de orugas (1905, Richard Hornsby & Sons)
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  Tractor de orugas Hornsby (versión mejorada de 1907)

El nombre Caterpillar surgió de un soldado durante las pruebas del tractor de orugas Hornsby: «Las pruebas comenzaron en Aldershot en julio de 1907. Los soldados bautizaron inmediatamente a la máquina n.º 2 de 70 CV como "la oruga"». ^{[ 27 ]} Holt adoptó ese nombre para sus tractores de orugas. Holt comenzó a pasar de los diseños a vapor a los de gasolina, y en 1908 lanzó el "Holt Model 40 Caterpillar" de 40 caballos de fuerza (30 kW) . Holt constituyó la Holt Caterpillar Company a principios de 1910, y ese mismo año registró la marca «Caterpillar» para sus orugas continuas. ^{[ 28 ]} 

La empresa Caterpillar Tractor Company se fundó en 1925 a partir de la fusión de Holt Manufacturing Company y CL Best Tractor Company , uno de los primeros fabricantes exitosos de tractores de orugas.

Con la Caterpillar D10 en 1977, Caterpillar resucitó un diseño de Holt y Best, la transmisión de piñón alto, conocida desde entonces como " High Drive ", ^{[ 29 ]} que tenía la ventaja de mantener el eje de transmisión principal alejado de los golpes del suelo y la suciedad, ^{[ 30 ]} y que todavía se utiliza en sus excavadoras más grandes.

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  Dos tractores de orugas Holt 45 a gasolina se unieron para tirar de una larga caravana de vagones en el desierto de Mojave durante la construcción del acueducto de Los Ángeles en 1909.
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  Caterpillar D9 High Drive . La rueda dentada de transmisión elevada ofrece ventajas a las grandes máquinas de movimiento de tierras. ^{[ 31 ]}

En un memorándum de 1908, el explorador antártico Robert Falcon Scott presentó su opinión de que el transporte humano al Polo Sur era imposible y que se necesitaba tracción motorizada. ^{[ 32 ]} Sin embargo, los vehículos para la nieve aún no existían, por lo que su ingeniero Reginald Skelton desarrolló la idea de una oruga para superficies nevadas. ^{[ 33 ]} Estos motores de orugas fueron construidos por la Wolseley Tool and Motor Car Company en Birmingham, probados en Suiza y Noruega, y pueden verse en acción en el documental de Herbert Ponting de 1911 sobre la Expedición Antártica Terra Nova de Scott . ^{[ 34 ]} Scott murió durante la expedición en 1912, pero el miembro de la expedición y biógrafo Apsley Cherry-Garrard atribuyó a los "motores" de Scott la inspiración para los tanques británicos de la Primera Guerra Mundial, escribiendo: "Scott nunca conoció sus verdaderas posibilidades; pues fueron los antepasados ​​directos de los 'tanques' en Francia". ^{[ 35 ]}

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  Minicargadora de ala de nieve con orugas

Con el tiempo, sin embargo, se desarrolló una amplia gama de vehículos para la nieve y el hielo, incluyendo máquinas pisanieves , motos de nieve e innumerables vehículos comerciales y militares.

La oruga continua se aplicó por primera vez a un vehículo militar en el prototipo de tanque británico Little Willie . Los oficiales del ejército británico, el coronel Ernest Swinton y el coronel Maurice Hankey , se convencieron de que era posible desarrollar un vehículo de combate que pudiera ofrecer protección contra el fuego de ametralladora. ^{[ 36 ]}

Durante la Primera Guerra Mundial , los tractores Holt fueron utilizados por los ejércitos británico y austrohúngaro para remolcar artillería pesada e impulsaron el desarrollo de tanques en varios países. Los primeros tanques en entrar en combate, los Mark I , fabricados por Gran Bretaña, fueron diseñados desde cero e inspirados en los Holt, aunque no se basaron directamente en ellos. Los tanques franceses y alemanes, que aparecieron un poco más tarde, se construyeron sobre chasis Holt modificados.

Mientras tanto, Lombard construyó una autocaravana a gasolina para Holman Harry (Flannery) Linn de Old Town, Maine , para remolcar el carro de equipo de su espectáculo de perros y ponis. La autocaravana se parecía a un tranvía , pero con ruedas delanteras y orugas Lombard en la parte trasera. Linn ya había experimentado con vehículos a gasolina y a vapor, así como con tracción a las seis ruedas, y en algún momento entró a trabajar para Lombard como demostrador, mecánico y agente de ventas. Esto dio lugar a una disputa sobre la titularidad de los derechos de patente después de que se construyera una locomotora de carretera a gasolina con orugas traseras, de tipo triciclo, para reemplazar la autocaravana más grande en 1909 debido a problemas con los antiguos y pintorescos puentes de madera. Esta disputa provocó que Linn abandonara Maine y se trasladara a Morris, Nueva York, para construir una oruga flexible mejorada, con suspensión independiente , de tipo semioruga , que seguía el contorno del terreno y que, posteriormente, funcionaba con gasolina y diésel . Aunque se entregaron varias para uso militar entre 1917 y 1946, Linn nunca recibió grandes pedidos militares. La mayor parte de la producción entre 1917 y 1952, aproximadamente 2500 unidades, se vendió directamente a departamentos de carreteras y contratistas. Las orugas de acero y la capacidad de carga permitieron que estas máquinas trabajaran en terrenos que normalmente harían que los neumáticos de caucho de menor calidad que existían antes de mediados de la década de 1930 giraran inútilmente o se destrozaran por completo.

Linn fue pionero en la remoción de nieve antes de que esta práctica se popularizara en las zonas rurales, con una pala quitanieves en V de acero de nueve pies y alas niveladoras ajustables de dieciséis pies a cada lado. Una vez pavimentada la red de carreteras, la remoción de nieve pudo realizarse con camiones de tracción en las cuatro ruedas equipados con neumáticos de diseño mejorado, y Linn se convirtió en un vehículo todoterreno para la tala de árboles , la minería , la construcción de presas, la exploración ártica , etc.

Las vías modernas se construyen a partir de eslabones modulares que, en conjunto, forman una cadena cerrada. Los eslabones están unidos por una bisagra, lo que permite que la vía sea flexible y se enrolle alrededor de un conjunto de ruedas para formar un circuito continuo. Los eslabones suelen ser anchos y pueden estar fabricados de acero de aleación de manganeso para obtener alta resistencia, dureza y resistencia a la abrasión. ^{[ 49 ]}

La construcción y el montaje de las orugas dependen de la aplicación. Los vehículos militares utilizan una zapata integrada a la estructura de la cadena para reducir su peso. Este menor peso permite que el vehículo se mueva más rápido y disminuye el peso total, facilitando así su transporte. Dado que el peso de la oruga no está suspendido , su reducción mejora el rendimiento de la suspensión a velocidades donde el impulso de la oruga es significativo. En cambio, los vehículos agrícolas y de construcción optan por orugas con zapatas que se fijan a la cadena mediante pernos y no forman parte de su estructura. Esto permite que las zapatas se rompan sin comprometer la movilidad del vehículo ni disminuir la productividad, pero aumenta el peso total de la oruga y del vehículo.

El peso del vehículo se transfiere a la parte inferior de la oruga mediante varias ruedas de rodadura, o conjuntos de ruedas llamados bogies . Si bien la maquinaria de construcción sobre orugas generalmente carece de suspensión debido a que el vehículo solo se mueve a bajas velocidades, en los vehículos militares las ruedas de rodadura suelen estar montadas sobre algún tipo de suspensión para amortiguar la marcha sobre terrenos irregulares. El diseño de la suspensión en vehículos militares es un área importante de desarrollo; los primeros diseños a menudo carecían por completo de suspensión. Las suspensiones de ruedas de rodadura desarrolladas posteriormente ofrecían solo unos pocos centímetros de recorrido mediante resortes, mientras que los sistemas hidroneumáticos modernos permiten varios metros de recorrido e incluyen amortiguadores . La suspensión de barra de torsión se ha convertido en el tipo de suspensión más común en vehículos militares. Los vehículos de construcción tienen ruedas de rodadura más pequeñas, diseñadas principalmente para evitar el descarrilamiento de la oruga, y normalmente están contenidas en un solo bogie que incluye la rueda tensora y, a veces, la rueda dentada.

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  Ruedas de carretera superpuestas e intercaladas de un tanque pesado alemán Tiger I.
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  Unidades semioruga de un Sd.Kfz. 11 , mostrando las llantas de sus seis juegos de ruedas de carretera superpuestas/entrelazadas Schachtellaufwerk para cada unidad de oruga por lado.

Las orugas se pueden clasificar en orugas vivas o muertas . Las orugas muertas tienen un diseño simple en el que cada placa está conectada a las demás mediante pasadores articulados. Estas orugas quedan planas al colocarlas en el suelo; la rueda dentada motriz las arrastra alrededor de las ruedas sin ayuda de la propia oruga. Las orugas vivas son un poco más complejas, ya que cada eslabón está conectado al siguiente mediante un buje que provoca que la oruga se curve ligeramente hacia adentro. Un tramo de oruga viva que se deja en el suelo se curva ligeramente hacia arriba en cada extremo. Aunque la rueda dentada motriz aún debe arrastrar la oruga alrededor de las ruedas, la oruga tiende a curvarse hacia adentro, ayudando ligeramente a la rueda dentada y adaptándose en cierta medida a las ruedas.

Las orugas suelen estar equipadas con almohadillas de goma para mejorar el desplazamiento sobre superficies pavimentadas, haciéndolo más rápido, suave y silencioso. Si bien estas almohadillas reducen ligeramente la tracción todoterreno del vehículo, evitan daños al pavimento. Algunos sistemas de almohadillas están diseñados para desmontarse fácilmente para su uso en combate militar todoterreno .

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  Pequeñas orugas en una máquina de obras viales. Nótese las almohadillas de goma para reducir el desgaste de la calzada.
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  Pastillas de oruga desgastadas y nuevas en un tanque de batalla principal M1 Abrams
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  Orugas de goma ( Case IH 8240 )
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  Transporte de larga distancia en remolques para equipos mediante vehículos oruga

Desde finales de la década de 1980, muchos fabricantes comenzaron a utilizar orugas de caucho en lugar de acero, especialmente para aplicaciones agrícolas. En vez de una oruga compuesta por placas de acero unidas, se utiliza una banda de caucho reforzada con dibujo en forma de espiga .

En comparación con las orugas de acero, las de caucho son más ligeras, consumen menos energía por fricción interna, generan menos ruido y no dañan el pavimento. Sin embargo, ejercen mayor presión sobre el suelo bajo las ruedas, ya que  no distribuyen la presión tan bien como el mecanismo rígido de las placas de oruga, especialmente las orugas con resorte . Otra desventaja es que no se pueden desmontar y, por lo tanto, no se pueden reparar, debiendo desecharse completas si se dañan.

Los sistemas de orugas anteriores, como los utilizados en los semiorugas durante la Segunda Guerra Mundial, no eran tan resistentes y se dañaban con facilidad en combate. La primera oruga de goma fue inventada y construida por Adolphe Kégresse y patentada en 1913; históricamente, a las orugas de goma se las suele llamar orugas Kégresse . El primer tractor agrícola con orugas de goma fue el Oliver Farm Equipment HGR, fabricado entre 1945 y 1948, un modelo adelantado a su tiempo que solo se produjo a pequeña escala.

• Los vehículos de orugas tienen muchas menos probabilidades que los vehículos de ruedas de quedarse atascados en terrenos blandos, barro o nieve, ya que las orugas distribuyen el peso del vehículo sobre una superficie de contacto mayor, lo que disminuye su presión sobre el suelo . El tanque M1 Abrams de setenta toneladas tiene una presión sobre el suelo promedio de poco más de 15 psi (100 kPa ) . Dado que la presión de aire de los neumáticos es aproximadamente igual a la presión promedio sobre el suelo, un automóvil típico tendrá una presión promedio sobre el suelo de 28 psi (190 kPa ) a 33 psi (230 kPa ) .      
• Los vehículos de orugas tienen mejor movilidad en terrenos difíciles que los de ruedas: absorben mejor los baches, se deslizan sobre pequeños obstáculos y son capaces de cruzar zanjas o desniveles en el terreno. Viajar en un vehículo de orugas a gran velocidad se siente como navegar en un barco sobre fuertes olas.
• La mayor superficie de contacto, junto con los tacos o estrías de las orugas, proporciona una tracción muy superior que permite empujar o tirar de cargas pesadas con mucha más facilidad en terrenos donde los vehículos con ruedas se atascarían. Las excavadoras , que suelen ser de orugas, utilizan esta característica para rescatar a otros vehículos (como las cargadoras de ruedas ) que se han quedado atascados o hundidos en el suelo.
• Las orugas no se pueden perforar ni rasgar y son más resistentes en combate . Si una oruga se rompe, a menudo se puede reparar de inmediato con herramientas y repuestos especiales, sin necesidad de instalaciones especiales; esto puede ser crucial en situaciones de combate.

Las desventajas de las orugas son una menor velocidad máxima, una complejidad mecánica mucho mayor, una vida útil más corta y el daño que sus versiones totalmente de acero causan a la superficie por la que pasan: a menudo dañan terrenos menos firmes como céspedes, caminos de grava y campos de cultivo, ya que los bordes afilados de la oruga desgastan fácilmente el césped. Por consiguiente, las leyes de vehículos y las ordenanzas locales a menudo exigen orugas o almohadillas de goma. Existe una solución intermedia entre las orugas totalmente de acero y las totalmente de goma: la colocación de almohadillas de goma en los eslabones individuales de la oruga garantiza que los vehículos de oruga continua puedan circular de forma más suave, rápida y silenciosa sobre superficies pavimentadas. Si bien estas almohadillas reducen ligeramente la tracción todoterreno del vehículo, en teoría evitan daños en cualquier pavimento.

Además, la pérdida de un segmento de la oruga inmoviliza todo el vehículo, lo que puede ser una desventaja en situaciones donde la alta fiabilidad es importante. Las orugas también pueden salirse de sus ruedas guía, tensoras o piñones, lo que puede provocar que se atasquen o se salgan completamente del sistema de guía (esto se denomina oruga "desprendida"). Las orugas atascadas pueden quedar tan rígidas que sea necesario romperlas antes de poder repararlas, lo que requiere explosivos o herramientas especiales. Los vehículos multirruedas, por ejemplo, los vehículos militares 8x8 , a menudo pueden seguir circulando incluso después de la pérdida de una o más ruedas no consecutivas, dependiendo del patrón de ruedas base y del sistema de transmisión.

El uso prolongado somete a una enorme tensión la transmisión y la mecánica de las orugas, que deben revisarse o reemplazarse periódicamente. Es común ver vehículos de orugas, como excavadoras o tanques, transportados a largas distancias por vehículos con ruedas, como un transportador de tanques o un tren , aunque los avances tecnológicos han hecho que esta práctica sea menos frecuente entre los vehículos militares de orugas de lo que era antes .

• Vídeo promocional del tractor de cadena Hornsby (6:17, 1908) ( Instituto Británico de Cine )
• Maqueta del tractor Hornsby (Stapleford Steam, Leicestershire , 2008)
• Tractor Hornsby a escala 1/3