Norma JB/T 10222 para tambores de polipasto eléctrico
La norma JB/T 10222 «Tambor de polipasto eléctrico» establece la configuración estructural, los parámetros de la garganta del cable, el cálculo del espesor de pared, los requisitos de material y los criterios de desecho para los tambores de polipasto eléctrico. Constituye la base técnica para el diseño, fabricación e inspección en servicio de estos componentes.
JB/T 10222 Tambor de polipasto eléctrico Tipo de tambor Ranura en espiral / ranura recta Relación D/d ≥20 (tambor de polipasto) Radio de garganta R 0.53~0.56d Paso t d+(2~4)mm Material HT200/QT450/soldado Cálculo de espesor Pieza fundida ≥12mm Profundidad de garganta ≥0.3d Referencia de norma JB/T 10222 Criterios de desecho Desgaste de pared ≥15% Inspección Líquidos penetrantes / ultrasonidos Tolerancia ±1% del diámetro Acabado superficial Ra ≤ 3.2 μm Tratamiento térmico Temple superficial 45~50 HRC Prueba de carga 1.25 × carga nominal Vida útil ≥ 10⁵ ciclos Protección Galvanizado / pintura epoxi Nota: Los valores indicados son requisitos mínimos según JB/T 10222. Para condiciones de servicio especiales, se recomienda un análisis adicional.
El tambor es el componente clave del mecanismo de elevación del polipasto eléctrico que soporta y almacena el cable de acero. El movimiento de rotación del motor se transmite al tambor a través del reductor, que reduce la velocidad y aumenta el par. El cable de acero se bobina en la superficie del tambor en una o varias capas, permitiendo el movimiento de elevación y descenso del gancho. La norma JB/T 10222 establece los requisitos técnicos integrales para el diseño estructural, la selección de materiales, los parámetros de la garganta y la verificación de resistencia del tambor, sirviendo como referencia estandarizada para todo el ciclo de vida del tambor, desde el diseño hasta la inspección en servicio.
El diseño de la garganta del tambor influye directamente en la vida útil del cable de acero y en la regularidad del bobinado. La norma especifica dos tipos principales de garganta para los tambores de polipasto eléctrico: la ranura en espiral (la más común) y la ranura Lebus. La ranura en espiral se mecaniza como una ranura helicoidal continua en la superficie del tambor, con un paso de ranura t = d + (2~4) mm (donde d es el diámetro del cable de acero), un radio de fondo de ranura R = 0.53~0.56d y una profundidad h ≥ 0.3d. La ranura Lebus incorpora secciones paralelas y de retorno sobre la base de la ranura en espiral, lo que permite una transición más suave del cable en los puntos de inversión axial, reduciendo la compresión y el desgaste. Es adecuada para polipastos grandes con bobinado multicapa. Ambos extremos del tambor deben estar provistos de pestañas de retención del cable, cuya altura no debe ser inferior a 2 veces el diámetro del cable de acero.
Determinación del diámetro del tambor y reglas de coincidencia con el cable
La relación entre el diámetro de cálculo del tambor (diámetro del fondo de la garganta más el diámetro del cable) y el diámetro del cable de acero (D/d) es un parámetro crítico que afecta la vida a fatiga por flexión del cable. La norma JB/T 10222, basada en la norma ISO 4301 para el diseño de grúas, establece que la relación D/d para los tambores de polipasto eléctrico no debe ser inferior a 20. Este requisito es más estricto que el de D/d ≥ 18 para puentes grúa de uso general, debido a que los tambores de los polipastos eléctricos suelen tener diámetros menores, lo que provoca una mayor curvatura del cable y requiere una relación D/d mayor para compensar las tensiones de flexión. Para polipastos con gran Altura de Elevación (>30 m), se recomienda un valor de D/d ≥ 22.4 (seleccionado según la Clase de Funcionamiento correspondiente de la norma ISO 4308), para reducir aún más el riesgo de fatiga por flexión del cable.
Además de la relación D/d, la coincidencia entre el cable y el tambor debe considerar la tolerancia del diámetro del cable. El diámetro real del cable de acero debe estar dentro del rango de +2% a +5% del diámetro nominal (según GB/T 8918). El radio de la garganta R se fija entre 0.53 y 0.56 veces el diámetro nominal para acomodar esta tolerancia positiva. Si R es demasiado pequeño (<0.53d), el cable puede ser comprimido por las paredes laterales de la garganta, causando daños por aplastamiento; si R es demasiado grande (>0.56d), el área de contacto del cable en la garganta se reduce, aumentando la tensión de contacto. Después de instalar un cable nuevo, se deben realizar varios ciclos de elevación y descenso en vacío para verificar que el bobinado del cable en el tambor sea uniforme y que no haya saltos o superposiciones.
Cálculo del espesor de pared y verificación de resistencia del tambor
El diseño del espesor de pared del tambor debe cumplir con los requisitos de resistencia compuesta, incluyendo la tensión de aplastamiento por el bobinado del cable, la tensión de flexión y la tensión de corte por torsión. La norma JB/T 10222 proporciona dos métodos de cálculo: para tambores fundidos (material de fundición gris HT200 o fundición dúctil QT450-10), el espesor de pared se determina inicialmente mediante la fórmula empírica δ = 0.02D + (6~10) mm, con un espesor mínimo no inferior a 12 mm; para tambores soldados (fabricados con Chapa de Acero Q235B o Q345B), el espesor de pared puede ser 0.8 veces el del tambor fundido, pero no debe ser inferior a 10 mm. Una vez determinado el espesor preliminar, se debe realizar la verificación de tensiones según el anexo de la norma, considerando la tensión de aplastamiento por el bobinado del cable y las tensiones combinadas de torsión y flexión.
Para tambores sometidos a cargas elevadas o en aplicaciones críticas, la norma recomienda realizar un análisis de tensiones más detallado mediante el método de elementos finitos. Se debe prestar especial atención a tres zonas de concentración de tensiones: el radio de la raíz de la garganta (donde la tensión de aplastamiento es máxima), la soldadura de conexión entre el tambor y la Placa final (en tambores soldados), y el área alrededor de los orificios de los pernos de la placa de sujeción del extremo fijo del cable. Para tambores soldados, las soldaduras longitudinales y circunferenciales del cuerpo deben someterse al 100% de Ensayo por Ultrasonidos (aceptación Nivel II según GB/T 11345) o ensayo radiográfico (RT) (aceptación Nivel III según GB/T 3323). Las soldaduras de filete de las placas finales deben someterse a inspección por partículas magnéticas o líquidos penetrantes.
| Elemento de desecho | criterios de evaluación | Método de inspección | Medida de tratamiento |
|---|---|---|---|
| espesor de pared Desgaste | Desgaste Cantidad≥Originalespesor de paredde15% | medidor de espesor por ultrasonidos | Reemplazo inmediato Tambor |
| garganta del cable Desgaste | garganta del cable Reducción de profundidad≥diámetro del cable de acerode40% | calibre vernier/Plantilla | Reparar ranura o reemplazar |
| Grieta | Cualquier visible Grieta | Inspección visual+MT/PTDetección de defectos | Reemplazo inmediato Tambor |
| Deformación | Redondez Desviación≥0.5mm | comparador de carátula/Calibre de diámetro interior | Decidir tras evaluación |
| Corrosión | Corrosión Profundidad≥Originalespesor de pared10% | Calibre de profundidad/Ultrasónico | Evaluación tras desoxidación |
| placa de sujeción Aflojamiento | Perno Precarga Inferior al valor de diseño70% | Par Llave | Re-Apriete Hasta lo especificado Par |
Criterios de desecho e inspección en servicio del tambor
El tambor es el componente estructural que soporta directamente el cable de acero; su fallo puede provocar un desgaste anómalo del cable e incluso su fractura, con graves consecuencias. La norma JB/T 10222 establece de forma inequívoca los criterios de desecho del tambor, proporcionando a la unidad usuaria una base clara para la decisión de sustitución. El desgaste del espesor de pared es el modo de fallo más habitual: la fricción y compresión continuas del cable en la garganta del tambor profundizan progresivamente la ranura, reduciendo la sección transversal efectiva del tambor. La norma especifica que el tambor debe desecharse cuando la pérdida de espesor de pared por desgaste alcanza el 15% del espesor de diseño original.
El desgaste de la garganta del cable afecta directamente al estado de servicio del cable de acero. Cuando la profundidad de la garganta se reduce más del 40% del diámetro del cable de acero (por ejemplo, en un tambor para cable de φ10 mm con una garganta original de 3 mm de profundidad, si tras el desgaste la profundidad es inferior a 1,8 mm), el cable no recibe la suficiente restricción lateral y puede producirse el salto de la garganta o la deformación por aplastamiento. En los casos en que el desgaste de la garganta no haya alcanzado el criterio de desecho, se puede recurrir al mecanizado de recuperación del perfil de la garganta, pero el espesor de pared resultante debe seguir cumpliendo el espesor mínimo exigido. En los tambores en servicio, se debe realizar una medición del espesor de pared y una inspección visual cada trimestre, prestando especial atención a la zona de la garganta del cable y a la zona del cordón de soldadura de la placa final.
Preguntas frecuentes sobre el tambor del polipasto eléctrico
P: ¿Qué relación D/d exige la norma JB/T 10222 para el tambor del polipasto eléctrico? ¿Por qué es superior a la de las grúas de uso general?
R: La norma establece para el tambor del polipasto eléctrico una relación D/d ≥ 20, superior al valor D/d ≥ 18 exigido para el puente grúa de uso general. Esto se debe a que el diámetro del tambor del polipasto eléctrico es generalmente menor (200~400 mm), lo que genera una mayor curvatura del cable de acero; se requiere una relación D/d mayor para reducir la tensión de flexión del cable y prolongar su vida a fatiga. Para polipastos con gran Altura de Elevación (>30 m), se recomienda D/d ≥ 22,4.
P: ¿Cuándo es necesario sustituir el tambor según el desgaste de la garganta del cable conforme a la norma JB/T 10222? ¿Cómo se evalúa en campo?
R: La norma especifica que el tambor debe desecharse cuando la profundidad de la garganta del cable se reduce más del 40% del diámetro del cable de acero, o cuando el desgaste del espesor de pared supera el 15% del espesor original. Método de medición en campo: utilizar un calibre vernier para medir la distancia desde el borde superior de la garganta hasta el diámetro exterior del tambor y compararla con el valor original; también se puede emplear una galga de perfiles para la garganta del cable (plantilla de acero fabricada según el contorno estándar de la garganta), introduciéndola en la ranura y comprobando el ajuste con una galga de espesores. Se recomienda priorizar el uso de un medidor de espesor por ultrasonidos para medir el espesor de pared en la zona del fondo de la garganta.
P: ¿Qué diferencias existen entre el tambor fundido y el tambor soldado en el cálculo del espesor de pared?
R: El tambor fundido se fabrica generalmente en fundición gris HT200 o fundición dúctil QT450-10; su espesor de pared se determina inicialmente según la fórmula δ = 0,02D + (6~10) mm, con un espesor mínimo de 12 mm. El tambor soldado se fabrica en Q235B (≈S235JR) o Q345B (≈S355J2); su espesor de pared puede ser 0,8 veces el del tambor fundido, con un mínimo de 10 mm. En el tambor soldado, los cordones de soldadura deben someterse al 100% de detección de defectos por UT o RT; en el tambor fundido no se permiten defectos de fundición como grietas o rechupes.
P: ¿Qué consideraciones técnicas deben tenerse en cuenta al fijar el cable de acero con la placa de sujeción? ¿Cómo evitar que el cable se salga del tambor?
R: El número de placas de sujeción no debe ser inferior a 2, y el par de apriete de los pernos de la placa se determina según la especificación del perno (por ejemplo, para un perno M12, aproximadamente 40~50 N·m). La placa de sujeción debe garantizar que el cable de acero mantenga al menos 2 vueltas de seguridad en el tambor (sin carga, solo por fricción); durante el funcionamiento normal, el número de vueltas restantes del cable en el tambor no debe ser inferior a 3. La altura del reborde de retención en ambos extremos del tambor no debe ser inferior a 2 veces el diámetro del cable de acero. Tras la sustitución del cable, deben realizarse varias maniobras de elevación y descenso en vacío para comprobar que no hay aflojamiento de los pernos de la placa de sujeción.
Este artículo ofrece una interpretación técnica basada en la versión vigente de la norma JB/T 10222 para el tambor de polipasto eléctrico. Los tambores de Kelude Industrias Pesadas se diseñan y someten a la Prueba de Aceptación en Fábrica conforme a esta norma, garantizando un funcionamiento seguro.
