Cómo detectar y reparar la deformación del carro de un puente grúa

La estructura del carro de un puente grúa es la plataforma estructural que soporta el mecanismo de elevación (motor eléctrico, reductor, freno, tambor) y el mecanismo de traslación del carro. Normalmente está formada por una estructura de vigas en H soldadas o vigas de cajón. Bajo condiciones de carga pesada prolongada, arranques y paradas frecuentes y cargas excéntricas, la estructura del carro puede sufrir deformaciones como alabeo del plano, torsión diagonal y hundimiento de las superficies de montaje, lo que provoca desgaste de pestaña de rueda, aumento de la desviación de alineación de ejes del reductor y falta de sincronización en el frenado. Detectar la deformación a tiempo y realizar la corrección dentro de los límites seguros es un paso clave para garantizar el funcionamiento seguro de la grúa.

Este artículo se basa en los requisitos de la norma ISO 4306 para Puentes grúa de uso general y de la norma ISO 4301 para Especificación de diseño de grúas, y presenta de forma sistemática los 5 métodos de detección de deformación de la estructura del carro, los criterios de evaluación de deformación admisible, las especificaciones de construcción para el enderezado por llama y la corrección mecánica, así como el proceso de verificación posterior a la corrección.

Métodos de medición de deformación de la estructura del carro

La medición de la deformación de la estructura del carro debe realizarse en vacío, con el carro estacionado en el centro de la luz de la viga principal y con la superficie limpia de aceite y residuos. Antes de medir, se debe preparar la superficie de referencia con un cepillo de alambre o una amoladora angular para garantizar una rugosidad superficial de Ra≤6,3 μm. A continuación se presentan 5 métodos de medición, de menor a mayor precisión, aplicables tanto en campo como en laboratorio.

Método con nivel topográfico — Se utiliza un nivel automático de grado DS3 o DL con regla de invar, estableciendo 5 puntos de medición en las cuatro esquinas y el centro de la estructura del carro. Cada punto se lee 3 veces y se calcula el promedio para determinar la desviación de cota relativa. La precisión de planicidad con este método es de ±0,3 mm/m, adecuado para inspecciones rutinarias y para la detección rápida en puentes grúa de tamaño pequeño y mediano (capacidad de elevación ≤50 t). Según la norma ISO 4306, la diferencia diagonal de planicidad de la estructura del carro no debe superar los 5 mm, y la desviación de cota en las cuatro esquinas no debe exceder los 3 mm.

Método con rastreador láser — Se emplea un rastreador láser Leica AT960 o API Radian con reflector de esfera (SMR) para capturar una nube de puntos de coordenadas tridimensionales en la superficie superior y en las superficies de montaje críticas de la estructura del carro. La precisión de medición de un solo punto alcanza 15 μm + 6 μm/m, lo que permite completar la detección de planicidad de toda la superficie superior (aproximadamente 2 m × 3 m) en 10 minutos y generar un mapa de calor de desviación tridimensional en tiempo real. Es adecuado para la inspección previa al envío en fábrica de puentes grúa de gran tamaño (capacidad de elevación ≥50 t) o para la inspección de precisión tras una revisión general, permitiendo evaluar simultáneamente múltiples tolerancias geométricas como planicidad, paralelismo y perpendicularidad.

Método de tensado de alambre — Se utiliza un alambre de piano de 0,3 mm de diámetro tensado con una pesa de 3 kg, trazando diagonales en cruz tomando como referencia las cuatro esquinas de la estructura del carro. Con un micrómetro de interiores se mide punto a punto la distancia entre el alambre y la superficie superior de la estructura. Este método ofrece una precisión de aproximadamente ±0,1 mm y un coste de equipo muy bajo (el juego completo cuesta menos de 500 CNY), siendo la solución más económica y práctica en campo para detectar la distorsión diagonal. Sin embargo, la eficiencia de medición es baja (aproximadamente 30 minutos por serie de datos) y se ve afectada por la velocidad del viento y la temperatura ambiente.

Método con estación total — Se utiliza una estación total Leica TS16 o TS60, empleando el método de estación libre con 3~4 puntos de control alrededor de la estructura del carro. Las coordenadas tridimensionales de cada punto de medición se obtienen mediante el principio de medición por coordenadas polares. La precisión es de aproximadamente ±1 mm + 2 ppm, adecuado para la medición no contactada a larga distancia de estructuras de carro de gran luz (superior a 6 m). Con software de medición especializado, se puede realizar el ajuste automático y la generación de informes gráficos.

Método de escaneo láser 3D — Se utiliza un escáner 3D portátil (como el Creaform HandySCAN 307, con precisión de ±0,05 mm y resolución de 0,1 mm) para realizar un escaneo tridimensional de toda la superficie de la estructura del carro, generando una nube de puntos de alta densidad (espaciado entre puntos de 0,2 mm). Mediante el software Geomagic o PolyWorks, se realiza una comparación de desviación 3D con el modelo teórico CAD, lo que permite visualizar de forma clara la ubicación, el alcance y la magnitud de las zonas deformadas. Este método se utiliza ampliamente en fábricas de estructuras soldadas de gran tamaño y en organismos de inspección externos, aunque la inversión en equipo es elevada (aproximadamente 300.000~500.000 CNY por equipo).

Comparativa de precisión y selección de métodos de medición

Los 6 métodos de medición presentan diferencias en cuanto a precisión, eficiencia, coste y ámbito de aplicación. A la hora de elegir, se deben considerar las dimensiones de la estructura del carro (luz de 2~8 m), los requisitos de precisión (inspección general / inspección de precisión / inspección de arbitraje) y las condiciones del lugar (interior / exterior, variaciones de temperatura, interferencias por vibración). La siguiente tabla resume los niveles de precisión y los modelos de equipo recomendados para cada método:

Deformación admisible de la estructura del carro y criterios de aceptación

La evaluación de la deformación de la estructura del carro debe cumplir simultáneamente los requisitos de varias normas. La norma ISO 4306 establece los criterios de fabricación y aceptación para puentes grúa completos, incluyendo en su apartado 5.3 las tolerancias geométricas relacionadas con la estructura del carro. Por su parte, la norma ISO 12480 especifica con mayor detalle los valores admisibles de deformación para estructuras de acero soldadas. En la práctica de ingeniería, Kelude Industrias Pesadas recomienda adoptar estándares internos de control un 30%–50% más estrictos que los exigidos por la norma, con el fin de reservar margen de deformación para el uso prolongado.

Planicidad — Se determina a partir de los valores de cota en las cuatro esquinas y el centro de la superficie superior de la estructura del carro (5 puntos de referencia), calculando la diferencia entre el punto más alto y el más bajo como desviación de planicidad. Una desviación ≤3 mm se considera aceptable; entre 3 y 5 mm es admisible pero requiere detección periódica; y mayor de 5 mm exige corrección y reparación obligatorias. Cuando la diferencia entre las mediciones diagonales supera los 5 mm, indica que la estructura del carro ha sufrido deformación por torsión, por lo que se debe priorizar la inspección de los cordones de soldadura en las cuatro esquinas para detectar posibles fisuras.

Planicidad de las superficies de montaje — La superficie de montaje del reductor debe presentar una planicidad ≤0,5 mm en un área de 500 mm × 500 mm (según ISO 4306) o ≤0,3 mm (según ISO 12480, más restrictiva que la anterior). La coaxialidad entre las superficies de montaje de los soportes de rodamiento del tambor debe ser ≤0,2 mm, y la diferencia de cota entre las líneas centrales de los dos soportes no debe superar 0,15 mm. La planicidad de la base de montaje del freno debe ser ≤0,1 mm/100 mm.

Normativa de enderezado por llama

El enderezado por llama aprovecha el principio físico de la dilatación y contracción térmica del metal: mediante un calentamiento localizado se genera una deformación plástica por compresión en la zona afectada que, al enfriarse, produce tensiones de contracción que corrigen la deformación. Este método es adecuado para estructuras soldadas de acero Q235B o Q345B con desviaciones de planicidad en la estructura del carro comprendidas entre 0,5 y 5 mm. El enderezado por llama resulta económico (no requiere equipos de gran tamaño), pero exige un alto nivel técnico en su ejecución, debiéndose controlar estrictamente tres parámetros: la temperatura de calentamiento, la forma de la zona calentada y el método de enfriamiento.

Control de temperatura de calentamiento — Se utiliza una llama neutra de oxiacetileno, y la temperatura de calentamiento debe mantenerse estrictamente entre 600 y 750 °C (la superficie del acero adquiere un color rojo cereza oscuro). Por debajo de 550 °C, la deformación plástica es insuficiente y el efecto correctivo resulta notablemente reducido. Por encima de 850 °C, el grano del acero se engrosa, lo que puede provocar una disminución de las propiedades mecánicas (reducción del límite elástico del 10 % al 15 %). Se debe supervisar la temperatura en todo momento con una pistola de medición por infrarrojos (precisión ±2 °C) o con lápices termométricos (TemPil de 650 °C, 700 °C y 750 °C). Para el acero Q345B, el límite superior de temperatura de calentamiento debe ser aproximadamente 50 °C inferior al del Q235B (es decir, 550–700 °C), con el fin de evitar un crecimiento excesivo del grano en la zona afectada térmicamente.

Selección de la zona de calentamiento — La forma de la zona calentada se elige según el tipo de deformación: ① Para deformaciones onduladas en el plano se emplean zonas de calentamiento triangulares (con el vértice orientado hacia la zona convexa de la deformación, base de 20–40 mm de ancho y altura de 80–120 mm), con una separación entre triángulos de 200–300 mm; ② Para deformaciones por flexión longitudinal se utilizan zonas de calentamiento en banda (de 20–30 mm de ancho y longitud que abarque toda la sección deformada), distribuyendo uniformemente de 3 a 5 cintas calefactoras a lo largo del componente; ③ Para deformaciones angulares (provocadas por la contracción de la soldadura) se realiza un calentamiento lineal en el reverso del cordón de soldadura (de 8–12 mm de ancho), a una distancia de 15–20 mm de la línea central del cordón. El calentamiento debe comenzar por la zona de mayor deformación y avanzar progresivamente hacia los extremos.

Selección del método de enfriamiento — Tras el calentamiento por llama, se emplea normalmente el enfriamiento natural al aire (velocidad de enfriamiento aproximada de 5–10 °C/min) para permitir una liberación uniforme de las tensiones correctivas. Para deformaciones severas superiores a 3 mm, cuando la temperatura de la zona calentada descienda a 300–400 °C, se puede acelerar el enfriamiento local con un paño húmedo (escurrido hasta que no gotee) para generar mayores tensiones de contracción. Sin embargo, está terminantemente prohibido rociar agua directamente para un enfriamiento brusco (velocidad de enfriamiento superior a 100 °C/min), ya que esto podría provocar el temple superficial del acero (aumento de dureza de HB50 a HB80) e incluso la aparición de microgrietas.

Proceso de enderezado mecánico por presión

El enderezado mecánico por presión utiliza gatos hidráulicos, prensas de husillo o equipos de enderezado especializados para aplicar un momento flector inverso sobre el componente deformado, induciendo una deformación plástica que corrige la deformación. Este método es adecuado para la corrección de la curvatura lateral y la contraflecha en componentes tipo viga (como la viga principal o la viga transversal de la estructura del carro), así como para deformaciones severas superiores a 5 mm sin grietas en la soldadura. En comparación con el enderezado por llama, el enderezado mecánico no altera la microestructura metalúrgica del material, pero requiere equipos de mayor capacidad.

Carga por etapas y mantenimiento de presión — Se utiliza un gato hidráulico (presión nominal ≥20 MPa, carrera ≥100 mm) junto con soportes rígidos (bastidores temporales soldados con viga en H) para aplicar la fuerza inversa sobre la zona deformada. La carga se aplica en 5–6 etapas, incrementando cada vez un 15 %–20 % de la fuerza correctiva objetivo, y manteniendo la presión durante 5–10 minutos después de cada etapa para permitir una transmisión y redistribución adecuada de las tensiones. La fuerza total aplicada no debe superar el 80 % del límite elástico del material del componente (aproximadamente 188 MPa para Q235B y 276 MPa para Q345B), para evitar el aplastamiento local. La sobrecurvatura (deformación previa inversa) debe ser de 1,2 a 1,5 veces la corrección objetivo, para compensar la recuperación elástica.

Disposición de los puntos de apoyo y de carga — El esquema de tres puntos (dos apoyos y una carga) es el método de corrección por flexión en tres puntos más común. La distancia entre los puntos de apoyo debe ser del 70 %–80 % de la longitud de la sección deformada, y las superficies de apoyo deben estar provistas de chapas de acero de 15–20 mm de espesor para dispersar las tensiones de contacto. El punto de carga se sitúa en el punto medio entre los dos apoyos; antes de aplicar la fuerza, se coloca una placa de cobre o aluminio de 8–10 mm de espesor en el punto de carga para proteger la superficie del componente contra daños. Para deformaciones severas superiores a 8 mm, se puede emplear un esquema de cuatro puntos (dos apoyos y dos cargas), creando una zona de flexión pura en el centro de la sección deformada, lo que produce un efecto correctivo más uniforme.

Tratamiento de alivio de tensiones post-enderezado — Tras el enderezado mecánico, el componente presenta tensiones residuales internas considerables (que pueden alcanzar el 30 %–50 % del límite elástico del material), por lo que es obligatorio realizar un tratamiento de alivio de tensiones. Se recomienda el tratamiento de estabilización por vibración (VSR) durante 30–45 minutos, con una frecuencia de excitación seleccionada dentro del rango de 1/3 a 2/3 de la frecuencia natural del primer modo del componente, y una tensión dinámica controlada entre el 10 % y el 20 % del límite elástico del material. Si no se dispone de equipos VSR, se puede recurrir al envejecimiento natural (reposo durante 7–14 días) o a un revenido a baja temperatura (calentamiento a 200–250 °C, mantenimiento durante 2 horas y enfriamiento en horno hasta 150 °C antes de la extracción).

Verificación post-enderezado y criterios de reanudación del servicio

Una vez completada la corrección de la deformación, es imprescindible realizar una verificación sistemática para confirmar que las dimensiones geométricas, la integridad de las soldaduras y el rendimiento operativo cumplen los requisitos de la norma antes de reanudar el funcionamiento del equipo. La verificación se divide en tres etapas: remedición de las dimensiones geométricas, ensayo no destructivo de soldaduras y pruebas en vacío y con carga.

Primera etapa: remedición de las dimensiones geométricas — Se realiza una remedición de la estructura del carro utilizando métodos de medición con el mismo grado de precisión que la inspección inicial. La desviación de planicidad debe volver a estar dentro de los límites permitidos por la norma (diferencia de diagonales ≤5 mm, diferencia de cotas en las cuatro esquinas ≤3 mm). Si la desviación sigue siendo excesiva tras la corrección, se debe analizar la causa de la deformación residual (posible calentamiento insuficiente, presión inadecuada o recuperación elástica excesiva), ajustar los parámetros de corrección y realizar un segundo enderezado. No se recomienda repetir el enderezado por llama en la misma zona más de 3 veces; si se supera este número, se debe considerar la sustitución del componente.

Segunda etapa: ensayo no destructivo de soldaduras — Todas las soldaduras y zonas afectadas térmicamente en el área corregida y en un radio de 300 mm alrededor de la misma deben someterse a ensayos no destructivos. Se emplea el Ensayo por Ultrasonidos (UT, según el nivel de inspección B de la norma ISO 11666 / equivalente a GB/T 11345-2013) para detectar defectos internos, y la Inspección por Partículas Magnéticas (MT, según la norma ISO 17638 / equivalente a GB/T 26951-2011) para detectar grietas superficiales y subsuperficiales. Se debe prestar especial atención a los bordes de la zona calentada, los vértices de las zonas triangulares y las áreas bajo los puntos de apoyo del enderezado mecánico para detectar posibles grietas. Cualquier grieta debe eliminarse mediante esmerilado y rellenarse con soldadura, seguido de una nueva inspección combinada UT + MT.

Tercera etapa: pruebas en vacío y con carga — Tras el enderezado de la estructura del carro, se reinstalan los mecanismos de elevación y de traslación del carro, y se realiza primero una prueba de funcionamiento continuo en vacío de al menos 30 minutos (recorrido completo del carro en ambos sentidos ≥10 veces, recorrido completo de elevación en ambos sentidos ≥5 veces) para comprobar la suavidad de funcionamiento, la ausencia de ruidos anormales y de vibraciones anómalas. Una vez superada la prueba en vacío, se realiza una prueba con carga nominal (izaje de la carga nominal completando ciclos de elevación, descenso y traslación del carro ≥3 veces) para confirmar el funcionamiento correcto del reductor y del freno, así como la ausencia de deformaciones secundarias en las bases de montaje. Tras superar todas las pruebas, se registran la fecha del enderezado, los datos de medición y los resultados de las pruebas en el archivo del equipo.

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Preguntas frecuentes

P: ¿Es obligatorio realizar un ensayo por ultrasonidos después del enderezado por llama? ¿Qué zonas deben inspeccionarse y cuál es la norma de aceptación? ¿Qué puntos concretos deben revisarse?