Diseño y selección del mecanismo de elevación y bloque de ruedas

El mecanismo de elevación del puente grúa (Hoisting Mechanism) es el sistema ejecutivo central que permite la función de elevación y transporte de la grúa; está compuesto por el conjunto de tambor, el polipasto, el reductor y el freno. El bloque de ruedas constituye, por su parte, la base portante que permite el desplazamiento del puente grúa. Este artículo analiza de forma sistemática, conforme a la norma ISO 4301 / FEM 1.001, el cálculo del diámetro del tambor y la verificación del espesor de pared, la selección de poleas y los criterios de desgaste, así como los materiales de las ruedas y los tratamientos térmicos aplicados, ofreciendo parámetros de diseño completos y datos de ingeniería.

Diseño del conjunto de tambor

El tambor es el componente giratorio central del mecanismo de elevación que enrolla el cable de acero y transmite la fuerza motriz. Su diámetro se calcula según la fórmula D ≥ (h₁×h₂)×d de la norma ISO 4301 / FEM 1.001, donde h₁ es el coeficiente relacionado con la clase de funcionamiento (16 para la Clase A5 y 20 para la Clase A7), h₂ es el coeficiente que depende de la construcción del cable de acero (1,0 para cableado cruzado) y d es el diámetro del cable. Cuanto mayor es el diámetro del tambor, menor es la tensión de flexión sobre el cable y mayor su vida útil; sin embargo, también aumentan las dimensiones y el peso del tambor. En la práctica de ingeniería se suele adoptar el valor más pequeño que cumpla con los coeficientes, con el fin de reducir el peso propio del puente grúa.

Clase de Funcionamiento	h₁Coeficiente	Recomendado D/d Relación
A3~A4(Clase Ligera)	14	≥14×d
A5(Clase Media)	16	≥16×d
A6(Clase Pesada)	18	≥18×d
A7~A8(Clase Muy Pesada)	20	≥20×d

Diámetro del cable de acero (mm)	Tambor recomendado (mm)	Espesor de pared (mm)
6	200	8
8	250	10
10	300	12
12	350	14
14	400	16
16	450	18
18	500	20
20	560	22
22	630	25
24	710	28
26	800	30
28	900	32
30	1000	35

La tabla anterior ofrece una guía rápida para la selección del tambor según el diámetro del cable de acero, incluyendo el espesor de pared recomendado.

diámetro del cable de acero	A5diámetro del tambor	A7diámetro del tambor	Espesor de pared de fundición	Acero Fundido Espesor de pared de fundición
∅14mm	∅224mm	∅280mm	16mm	12mm
∅18mm	∅280mm	∅355mm	18mm	14mm
∅22mm	∅355mm	∅450mm	22mm	16mm
∅28mm	∅450mm	∅560mm	28mm	20mm
∅32mm	∅500mm	∅630mm	32mm	24mm
∅36mm	∅560mm	∅710mm	36mm	26mm

Parámetro	Valor
Carga de referencia	50 t
Cable de acero	∅28 mm
Diámetro del tambor	∅560 mm
Espesor de pared	20 mm
Material	ZG270-500
Tensión máxima	130 k N
Tensión de compresión en pared	≈92,5 MPa
Tensión admisible	125 MPa (factor de seguridad 4)
Margen de seguridad	26 %

La verificación de la resistencia del tambor se basa principalmente en la tensión de compresión en la pared. Para un puente grúa de 50 t (cable de acero ∅28 mm, tambor ∅560 mm, espesor de pared 20 mm, material ZG270-500, tensión máxima 130 kN), la tensión de compresión en la pared es de aproximadamente 92,5 MPa, con una tensión admisible de 125 MPa (factor de seguridad 4), lo que proporciona un margen de seguridad del 26 %. Los parámetros de la garganta del cable se dimensionan según la norma ISO 4301 / FEM 1.001 (equivalente a ISO 4301 / FEM 1.001): radio del fondo de la garganta R = (0,53~0,56) × d, profundidad de garganta h ≥ 0,35 × d, paso s = d + (2~4) mm.

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Diseño del polipasto: diámetro de polea y selección de materiales

El diámetro de la polea se calcula según la fórmula D_polea ≥ (h₃ × h₂) × d, donde el coeficiente h₃ es: 16 para los grupos A3 a A4, 18 para el grupo A5, 20 para el grupo A6, y 22,4 para los grupos A7 a A8. Ejemplos de selección rápida: cable de ∅14 mm con polea de ∅280 mm (grupo A5), cable de ∅28 mm con polea de ∅560 mm, cable de ∅32 mm con polea de ∅630 mm.

Materiales recomendados para poleas: para grupos inferiores a A5 se utiliza fundición gris HT200 (bajo coste); para grupos superiores a A6 se emplea acero fundido ZG270-500 (alta resistencia y tenacidad al impacto). Para puentes grúa de alta velocidad se pueden utilizar poleas de acero laminado (diseño ligero). El rodamiento de polea recomendado es el rodamiento de rodillos esféricos, que ofrece autoalineación para resistir cargas excéntricas, con engrase mensual y una vida útil de 5000 a 10000 horas. Criterios de desgaste de la garganta del cable: se debe reemplazar la polea si el desgaste del radio del fondo supera el 20 % de la dimensión original o si el desgaste del espesor de la pared de la garganta supera el 20 %. Si la excentricidad radial de la garganta supera 1 mm, se puede reparar mediante torneado.

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Bloque de ruedas: materiales y tratamiento térmico

El bloque de ruedas del puente grúa está compuesto por la rueda, la caja de rodamiento de ángulo y el eje de la rueda. La selección del material de la rueda influye directamente en su capacidad de carga y vida útil; el tratamiento térmico es el factor clave para garantizar la resistencia al desgaste de la rueda.

Pieza	Material recomendado	Tratamiento térmico Método	Dureza Requisito	Profundidad de capa endurecida
Superficie de Rodadura	ZG50Mn2/ZG50MnMo	Temple Superficial(Frecuencia media/Llama)	HB 350~450	10~20mm
Pestaña de Rueda	ZG50Mn2/ZG50MnMo	Temple Superficial	HB 300~380	8~15mm
Engranaje Superficie del diente	40Cr/42CrMo	Superficie del diente Temple/Cementación	HRC 50~58	1~2mm
Engranaje Núcleo	40Cr/42CrMo	Temple y revenido	HB 250~300	Cuerpo completo
Tambor	ZG270-500	Normalizado+Revenido	HB 160~220	Cuerpo completo
Polea	HT200/ZG270-500	Alivio de tensiones Recocido	—	—

La superficie de rodadura de las ruedas se somete a temple superficial por inducción de media frecuencia para alcanzar una dureza HB 350~450, con una profundidad de capa endurecida de 10~20 mm, capaz de soportar las tensiones de contacto entre la rueda y el carril. La dureza de la pestaña de rueda es HB 300~380, ligeramente inferior a la de la superficie de rodadura para reducir el riesgo de propagación de grietas durante el desgaste. La superficie de los dientes de los engranajes se somete a cementación y temple para lograr una alta dureza de HRC 50~58, mientras que el núcleo se templa y revenido a HB 250~300 para mantener la tenacidad. Para la detección de desgaste de las ruedas, puede tomarse como referencia la experiencia de la tecnología de inspección de cables de acero del puente grúa (ver Inspección de Cables de Acero del Puente Grúa).

Configuración de frenos en el mecanismo de elevación

El frenado de seguridad del mecanismo de elevación es un requisito obligatorio según la norma ISO 4301 / FEM 1.001. El mecanismo de elevación debe estar equipado con dos frenos independientes: uno en el eje de alta velocidad (extremo del eje del motor) y otro en el eje de baja velocidad (extremo del tambor). El freno del eje de alta velocidad se utiliza para el frenado normal en servicio, mientras que el Freno de Seguridad del eje de baja velocidad actúa como frenado de emergencia y como segunda línea de defensa contra la caída de la carga. Para mecanismos de elevación de clase A6 o superior, se recomienda el uso de frenos de empuje hidráulico, con un par de frenado diseñado para 1,5 múltiplos de la carga nominal.

La inspección y el mantenimiento periódicos de los frenos pueden realizarse mediante la plataforma de monitoreo remoto digitalizada del puente grúa (ver Solución de Monitoreo Remoto Digitalizado para Puentes Grúa), que permite el Mantenimiento Predictivo mediante el seguimiento de parámetros como el número de ciclos de frenado, el tiempo de frenado y el incremento de temperatura del freno.

Componentes mecánicos para puentes grúa de Kelude

Kelude Industrias Pesadas ofrece una gama completa de componentes mecánicos para puentes grúa, incluyendo el Conjunto de Tambor (tambor soldado en HT200/ZG270-500/Q345B), el Polipasto (poleas en HT200/ZG270-500/acero laminado), el Bloque de Ruedas (ZG50Mn2/ZG50MnMo con temple superficial), reductores, Acoplamientos y frenos. Todos los componentes se fabrican conforme a las normas ISO 4301 / FEM 1.001 y GB/T 10051, y se suministran con informes completos de verificación de resistencia y documentación del proceso de Tratamiento térmico. Kelude Industrias Pesadas ofrece Consultoría técnica gratuita y servicios de selección de componentes.

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