Cálculo técnico del mecanismo de elevación con polipasto eléctrico
Punto clave Los tres pilares del cálculo técnico del mecanismo de elevación con polipasto eléctrico: selección del diámetro del cable de acero (según el método del factor de seguridad de la norma ISO 4301 / FEM 1.001, Fmax×n, D/d≥20~25), diseño del tambor (D0≥d×e, número de ranuras Z=H·m/πD0+2) y potencia del motor (P=Q×v/1000η, φ₂=1+0.71v). Este artículo desarrolla paso a paso desde la fórmula de diseño hasta el ejemplo de cálculo, e incluye tres casos completos de 5t/10t/16t.
El polipasto eléctrico (tipos CD1/MD1/HC) es el componente de elevación más crítico de la grúa. La correcta correspondencia entre el diámetro del cable de acero, los parámetros del tambor y la potencia del motor determina directamente el rendimiento general y el nivel de seguridad del equipo. Los polipastos eléctricos con capacidad de elevación ≥3t están sujetos a la supervisión de equipos especiales. El diseño del mecanismo de elevación debe cumplir con la norma ISO 4301 / FEM 1.001 «Reglas para el diseño de grúas» y la norma JB/T 9008.1-2014 «Polipasto eléctrico de cable, parte 1: tipos y parámetros básicos». Este artículo presenta de forma sistemática los tres cálculos fundamentales del mecanismo de elevación: selección del cable de acero, diseño de parámetros del tambor y correspondencia de potencia del motor, con ejemplos de cálculo completos.
Para consultar los precios y parámetros de selección de polipastos eléctricos de distintas capacidades, puede visitar Preguntas frecuentes sobre precios de polipastos eléctricos. Para ver la aplicación del polipasto eléctrico en puentes grúa, consulte Puente grúa eléctrico de viga única tipo LD y Puente grúa con polipasto tipo LH.
Esquema estructural del polipasto eléctrico CD1/MD1
Simulación de funcionamiento de polipasto eléctrico de 5t
Cálculo del diámetro del cable de acero
El diámetro del cable de acero se determina mediante el método del factor de seguridad según la norma ISO 4301 / FEM 1.001. La fórmula básica es Smin=Fmax×n. Fmax se calcula a partir de la capacidad nominal, el peso de la eslinga de elevación, la multiplicación del polipasto y su rendimiento: Fmax=(Q+q)×g/(m×ηp). El factor de seguridad n se selecciona según la clase de funcionamiento: M3=4,0; M4=4,5; M5=5,0; M6=6,0; M7=7,0; M8=9,0.
Ejemplo de cálculo para CD1 de 5t: Q=5000kg, q=50kg, m=2, ηp=0,98, n=5,0 (M5)
Fmax=(5000+50)×9,81/(2×0,98)=25276N
Smin=25,3×5,0=126,5kN → se selecciona cable de φ15mm (fuerza de rotura 129,5kN)
Ejemplo de cálculo para CD1 de 10t: Q=10000kg, m=4 (doble multiplicación), n=5,0
Fmax=(10000+80)×9,81/(4×0,97)=25494N
Smin=127,5kN → se selecciona cable de φ16mm
Diseño y cálculo de parámetros del tambor
El diámetro de paso del tambor D0≥d×e (e: M3=20, M4=22,4, M5=25, M6=28, M7~M8=31,5). La longitud total del cable es L=H×m+Lfijación, el número de ranuras útiles es Z=L/(π×D0)+2 (vueltas de seguridad), y la longitud del tambor es Ltambor=Z×p+Lextremos (p≈d+2mm). El espesor de pared δ≥0,7d, y la tensión de compresión σc=Smax/(p×δ)≤[σc] (HT250 ≈ 100~120MPa).
Tambor para CD1 de 5t: d=15mm, M5e=25, D₀=375 → se adopta 400mm
H=9m, m=2, L=19m, Z=19/(π×0,4)+2≈18 ranuras
p=17mm, Ltambor=18×17+40=346mm
δ=12mm, σc=25276/(17×12)=123,9MPa → supera el límite de HT250, se adopta acero fundido ZG270-500
Cálculo de potencia y selección del motor de elevación
La potencia en régimen permanente es PN=(Q+q)×g×v/(1000×η), donde η=ηp×ηd×ηr≈0,85~0,90. El factor de carga dinámica de elevación es φ₂=1+0,71v (v en m/s). La selección del motor debe corresponderse con el ciclo de trabajo JC (M3~M4: 25%; M5: 40%; M6: 60%) y con el par de frenado del freno (≥1,5 veces el par nominal de la carga).
Motor para CD1 de 5t: v=0,133m/s, η=0,87
PN=(5000+50)×9,81×0,133/(1000×0,87)=7,56kW
φ₂=1+0,71×0,133≈1,09, Pmax=8,24kW
JC 40% → se selecciona motor de rotor cónico tipo ZDⅠ de 7,5kW
Verificación del par de frenado: T≥51,6×1,5=77,4N·m
Tabla comparativa de parámetros de diseño habituales en polipastos CD1/MD1 Capacidad (t) | Diámetro del cable (mm) | Diámetro del tambor (mm) | Potencia del motor (kW) | Velocidad de elevación (m/min) | Multiplicación del polipasto 1 | 7,4 | 200 | 1,5 | 8 | 2 2 | 11 | 250 | 3,0 | 8 | 2 3 | 13 | 300 | 4,5 | 8 | 2 5 | 13~15 | 400 | 7,5 | 8/0,8 | 2 10 | 15~17 | 500 | 13 | 7/0,7 | 4 16 | 18 | 550 | 18,5 | 3,5/0,35 | 4 20 | 20 | 600 | 22 | 3,5/0,35 | 4
Puente grúa Kelude: eficiencia y seguridad para entornos industriales exigentes
En el sector de la maquinaria pesada, la fiabilidad y la precisión son innegociables. Los puentes grúa de Kelude están diseñados para satisfacer las demandas de los entornos industriales más exigentes, ofreciendo una solución robusta para la manipulación de cargas. Este artículo analiza en detalle las características técnicas, las ventajas operativas y los criterios de selección de estos equipos, con el objetivo de proporcionar una guía clara para profesionales de la ingeniería y la logística.
Diseño y normativa aplicable al puente grúa
La estructura de un puente grúa debe garantizar la máxima rigidez y durabilidad. Los equipos de la serie QD, como el modelo QD32/5t, se fabrican conforme a la norma ISO 4301, que establece las clasificaciones de los mecanismos y la estructura en función de su estado de servicio. Esta homologación asegura que cada componente, desde la viga principal hasta el carro, está dimensionado para soportar ciclos de trabajo intensivos sin deformaciones permanentes.
La norma ISO 12480 regula los requisitos de seguridad en la operación, incluyendo los sistemas de limitación de carga y los dispositivos de frenado. La integración de estos estándares en el diseño original garantiza que el equipo no solo cumpla con la normativa europea, sino que también ofrezca una vida útil prolongada con un mantenimiento mínimo.
| Parámetro técnico | Valor / Cumplimiento |
| Capacidad de carga | 32 t (modelo QD32/5t) |
| Clasificación de servicio | ISO 4301 |
| Seguridad operativa | ISO 12480 |
| Norma de diseño estructural | FEM 1.001 |
5. Consideraciones de diseño en ingeniería
El radio de la ranura del tambor debe ser R=(0,53~0,56)d, con un ángulo de desviación del cable de acero ≤4°. La potencia del motor no debe sobredimensionarse: un exceso de potencia provoca un mayor impacto de arranque, un frenado más prolongado y un aumento de los costes. El polipasto de caja cuadrada tipo HC es adecuado para condiciones de servicio pesado de M5 a M6. El coeficiente D/d se toma como e=28 según M6, y el reductor es de flanco de diente endurecido con eje paralelo. Los dispositivos de seguridad deben incluir Limitador de Altura de Elevación, Limitador de Sobrecarga (error combinado ≤5%) y Seguro de gancho. Para capacidades de elevación ≥3t, se requiere inspección de supervisión.
Normas recomendadas
• ISO 12480 — Polipasto eléctrico de cable: Procedimiento de seguridad
• FEM 1.001 — Polipasto eléctrico de cable, Parte 2: Especificaciones técnicas
Preguntas frecuentes sobre el polipasto eléctrico de cable
P: ¿Qué diferencia hay entre un factor de seguridad del cable de acero de 4 y uno de 6?
R: Un factor de seguridad de 4 corresponde a M3: el cable es más fino y el coste es menor, pero la vida a fatiga se reduce. Un factor de seguridad de 6 corresponde a M6: el cable es más grueso, el tambor aumenta de tamaño y el coste es mayor, pero la redundancia de seguridad es superior. La selección debe determinarse según la Clase de Funcionamiento real.
P: ¿Qué consecuencias tiene un espesor de pared insuficiente en el tambor?
R: Si el espesor es insuficiente, la tensión de compresión radial supera el límite elástico del material, provocando deformación por abombamiento en la pared del tambor. En casos leves, el arrollamiento del cable se ve afectado; en casos graves, el tambor puede fracturarse y causar la caída de la carga. En Kelude, el espesor de pared de todos los tambores se determina tras la verificación de resistencia.
P: Si el motor calculado es de 7,56 kW, ¿por qué se instala uno de 7,5 kW y no de 11 kW?
R: El motor de 7,5 kW ofrece una capacidad de sobrecarga de 1,6 a 1,8 veces al 40% JC, y su potencia máxima a corto plazo cubre la carga dinámica. Elegir 11 kW proporciona más margen, pero aumenta el impacto de arranque y el coste. En Kelude se verifican simultáneamente tres parámetros: potencia en régimen estable, par de arranque y capacidad térmica.
P: ¿Cómo se determina la relación de transmisión del reductor?
R: i=nmotor/ntambor, donde ntambor=60×v×m/(π×D₀). Para el modelo CD1 de 5t: nmotor=1380rpm, ntambor≈12,7rpm, i≈109. En la práctica se utiliza un reductor de tres engranajes con una relación de transmisión de 100 a 120.
