Cálculo de resistencia de viga y carga por rueda en grúas pórtico
Punto clave Cálculo mecánico de los tres tipos principales de viga principal en grúas pórtico: viga de caja de viga única Tipo MH (Wx=BH²/6-bh³/6H, f=5qL⁴/384EI+φQL³/48EI≤L/700), viga de celosía Tipo MHhs (fuerza axial en cordón N=M/h₀, fuerza en diagonal Nd=V/sinα), y viga de caja de vigas principales dobles (cada viga soporta Mtotal/2). Carga por rueda Rmax=(G/2+φ₂Q(L-Lmin)/L)/n×ψ. Se incluyen ejemplos de cálculo para 10t/20t/32t.
La viga principal de la grúa pórtico es el componente estructural que soporta la carga de elevación; su resistencia, rigidez y estabilidad determinan directamente la seguridad general y la vida útil del equipo. Kelude Industrias Pesadas fabrica grúas pórtico en tres configuraciones estructurales: viga de caja de viga única Tipo MH, viga de celosía Tipo MHhs y viga de caja de vigas principales dobles. Este artículo desarrolla de forma sistemática los métodos de cálculo del momento flector, la verificación de la sección transversal y el control de la deflexión para cada tipo, e incluye el procedimiento completo de cálculo de la carga por rueda.
Para consultar los parámetros de selección y precios de grúas pórtico, visite Precio y parámetros de grúa pórtico y Guía de selección y precios por modelo de grúa pórtico. Para el cálculo del mecanismo de elevación con polipasto eléctrico, consulte Cálculo de ingeniería del mecanismo de elevación con polipasto eléctrico.
Esquema estructural de grúa pórtico
Determinación de cargas en la viga principal
Según la norma ISO 4301 / FEM 1.001, las cargas se clasifican en cargas regulares (peso propio GG + carga de elevación Q + factor de carga dinámica φ₂=1,1~1,3), cargas adicionales (viento, fuerzas laterales por desviación) y cargas especiales (amortiguación por impacto, carga de ensayo 1,25GN). Combinación de cargas A (servicio normal): GG+φ₂·(Q+q)+Pviento servicio.
Cálculo de viga de caja de viga única Tipo MH
Mmax = qG·L²/8 + φ₂·(Q+q)·L/4
σ = M/Wx ≤ [σ](Q235B:160MPa,Q345B:230MPa)
f = 5qL⁴/384EI + φ₂QL³/48EI ≤ L/700~L/800
Ejemplo de cálculo Tipo MH 10t: L=22m, Q345B, grupo A5
B×H=500×900mm, Wx=6,80×10⁶mm³
Mmax=814kN·m, σ=119,7MPa≤230MPa
ftotal=54,7mm＞[f]=27,5mm → se requiere contraflecha o H≥1200mm
Cálculo de viga de celosía Tipo MHhs
La fuerza axial en el cordón es N=M/h₀, y en la diagonal Nd=V/sinα. El momento de inercia equivalente es Iequivalente=Acordón·h₀²/2; la deflexión debe multiplicarse por un factor de amplificación por deformación de celosía de 1,1~1,3.
Ejemplo de cálculo Tipo MHhs 10t: L=28m, Q235B, grupo A4, h₀=1200mm
Mmax=922,6kN·m, fuerza axial en cordón N=769kN
Sección HW200×200 (A=6420mm²), σ=119,8MPa≤160MPa
Iequivalente=4,62×10⁹mm⁴, f=36,1mm≤40mm (L/700)
El peso propio de la celosía es solo el 40%~60% del de la viga de caja
Cálculo de sección de caja de vigas principales dobles
Cada viga principal soporta Mtotal/2, por lo que Wx requerido=Mindividual/[σ].
Ejemplo de cálculo doble viga 32t: L=30m, Q345B, grupo A6
B×H=600×1300mm, σ=147,8MPa≤230MPa
ftotal=85,3mm＞[f]=37,5mm
Se requiere contraflecha de 50~60mm o aumentar H a 1600mm
Cálculo de la carga por rueda
Rmax=(GG/2+φ₂·(Q+q)·(L-Lmin)/L)/nruedas×ψ. La carga adicional por viento sobre las ruedas es ±Mviento/(Bdistancia entre ejes×nruedas lado).
Carga por rueda en doble viga 32t: GG=450kN, nruedas=4, ψ=1,15
Rmax=183,8kN/rueda (carril P43 admite 250kN/rueda)
Con viento de nivel 11: Rmax viento=235,8kN/rueda≤250kN
Comparativa de parámetros de diseño entre las tres estructuras
Polipastos eléctricos de cable Kelude para uso industrial
En el sector de la manipulación de cargas, los polipastos eléctricos de cable de Kelude ofrecen una solución robusta y fiable para entornos industriales exigentes. Diseñados para optimizar el ciclo de trabajo y garantizar la seguridad operativa, estos equipos se adaptan a las necesidades específicas de cada aplicación, desde talleres de mecanizado hasta líneas de montaje de gran tonelaje.
Preguntas frecuentes sobre la grúa pórtico
P: ¿Una deflexión excesiva obliga a aumentar la sección de la viga?
R: No necesariamente. Se puede aplicar una contraflecha de L/1000 a L/500, o aumentar el canto de la viga principal (I∝H³: un incremento del 10% en el canto supone un 33% más de rigidez). Solo en casos de desviación severa (>L/350) es imprescindible aumentar la sección. Kelude Industrias Pesadas verifica la contraflecha de cada viga principal en producción aplicando 1,2 veces la carga nominal.
P: ¿Es suficiente la seguridad de una grúa pórtico de celosía?
R: La estructura de celosía se verifica según la norma ISO 4301 / FEM 1.001 en cuanto a resistencia, estabilidad y rigidez. El material se concentra en los cordones (alejados del eje neutro), lo que ofrece un rendimiento superior al de la sección de cajón. Es preciso prestar especial atención a la calidad de las uniones soldadas.
P: ¿Cómo se utiliza la carga por rueda para seleccionar el carril?
R: Rmax debe ser menor o igual que la carga admisible del carril (P43 ≈ 250 kN/rueda, QU80 ≈ 320 kN/rueda, QU100 ≈ 400 kN/rueda). Para el diseño de la cimentación se considera un ángulo de difusión de 45° en la placa base.
P: ¿Qué software se utiliza para el diseño de la viga principal de una grúa pórtico?
R: Se emplea un sistema de verificación en tres niveles: cálculo preliminar con Excel, análisis detallado con ANSYS y análisis de fatiga con Nastran. Para estimaciones iniciales también pueden aplicarse las fórmulas mencionadas mediante cálculo manual.
