Parámetros técnicos del tambor para cables de grúa: diámetro del tambor, longitud y selección del tambor en función del cable
📌 Puntos clave El tambor de cable metálico es el componente cilíndrico del mecanismo de elevación de una grúa que sirve para enrollar el cable metálico. ① El diámetro del tambor D ≥ diámetro del cable metálico d × 20 (GB/T 3811); Krude Heavy Industry aplica la norma D ≥ d × 25; ② El espesor de la pared del tambor, δ, debe ser ≥ 0,8d y ≥ 12 mm; ③ El cable debe conservar al menos tres vueltas de seguridad en el tambor; ④ Los tambores de Krued Heavy Industry se fabrican mediante laminado y soldadura de chapa de acero Q355B, y la ranura para el cable se somete a un temple de media frecuencia con una dureza HRC de 40 a 45.
Estructura y especificaciones de los rollos
El tambor está compuesto por el cuerpo del tambor, los rebordes izquierdo y derecho (placas de sujeción del cable), la ranura para el cable y las abrazaderas. El tambor se conecta al motor reductor mediante un acoplador, y el cable de acero se enrolla siguiendo el orden de las ranuras. El diámetro, la longitud y las dimensiones de las ranuras del tambor deben ajustarse con precisión al diámetro del cable de acero y a la altura de elevación. La norma GB/T 3811 establece que el diámetro del tambor D debe ser ≥ d × 20; Krud Heavy Industry aplica la norma D ≥ d × 25 para prolongar la vida útil del cable de acero frente a la fatiga. La longitud del tambor L viene determinada conjuntamente por la longitud total del cable de acero, el número de capas de enrollado y el paso de las ranuras.
| Diámetro d del cable de acero (mm) | Diámetro del rollo D (mm) | Longitud del cilindro L (mm) | Paso de la ranura de la cuerda p (mm) | Espesor de la pared δ (mm) | Altura de elevación aplicable (m) |
|---|---|---|---|---|---|
| 8 | 200 | 300~400 | 10 | 12 | ≤12 |
| 11 | 300 | 400~550 | 13 | 14 | ≤18 |
| 13 | 350 | 500~700 | 16 | 16 | ≤24 |
| 15 | 400 | 600~850 | 18 | 18 | ≤30 |
| 17.5 | 500 | 750~1000 | 21 | 20 | ≤36 |
| 21.5 | 600 | 900~1300 | 25 | 22 | ≤42 |
| 26 | 750 | 1100~1600 | 30 | 25 | ≤50 |
| 32 | 900 | 1400~2000 | 36 | 28 | ≤60 |
Nota: El diámetro D del tambor se calcula como D ≥ d × 25, y el espesor de la pared δ se calcula como ≥ 1,0 × d y ≥ 12 mm. Los tambores de Krude Heavy Industry se fabrican de serie con chapa de acero Q355B laminada y soldada, y las ranuras para el cable se someten a un tratamiento de temple por inducción de media frecuencia.
Cálculos técnicos del diámetro y la longitud de los rollos
El diámetro D del tambor debe cumplir, según la norma GB/T 3811, la relación D ≥ d × 20 (siendo d el diámetro del cable de acero); en Krude Heavy Industry se aplica la relación D ≥ d × 25. La longitud L del tambor viene determinada por la longitud total de enrollamiento del cable de acero, el número de capas de enrollamiento y el paso de las ranuras del tambor.
[Ejemplo 1] Se sabe que el diámetro del cable de acero es d = 15 mm, la altura de elevación H = 24 m, el número de poleas m = 4 y que quedan 3 vueltas de seguridad en el tambor. Calcula el diámetro y la longitud del tambor.
Solución: ① El diámetro del rollo D ≥ 25 × 15 = 375 mm; se tomará el valor estándar D = 400 mm.
② Paso de la ranura de la cuerda p = d + 3 = 18 mm.
③ Longitud total del cable de acero L₀ = H × m + vueltas de seguridad × πD = 24 × 4 + 3 × 3,14 × 0,4 = 96 + 3,77 ≈ 100 m.
④ Número de vueltas en una sola capa n = L/(p × πD) = 100/(0,018 × 3,14 × 0,4) ≈ 4422 vueltas. Si se toma una longitud de bobina de L = 600 mm, el número de vueltas que cabe en una sola capa es L/p = 600/18 ≈ 33 vueltas, por lo que el número de capas necesarias sería 4422/33 ≈ 134 capas… Lo cual, evidentemente, no es razonable.
⑤ Corrección: se utiliza un bobinado de varias capas; tomando una longitud del cilindro L = 800 mm, el número de vueltas por capa = 800/18 ≈ 44 vueltas, el número de capas necesarias = πD(L₀/πD)/(L/p) = L₀ × p/(πD × L) = 100 × 0,018/(3,14 × 0,4 × 0,8) ≈ 1,79 capas; se tomarán 2 capas.
[Ejemplo 2] Grúa puente de doble viga de 32 t, cable de acero d = 21,5 mm, altura de elevación H = 30 m, factor de multiplicación m = 6; el diámetro del tambor D ≥ 25 × 21,5 = 537,5 mm; se toma el valor estándar D = 600 mm. El paso entre ranuras p ≈ 25 mm; la longitud del tambor se fija en L = 1000 mm, lo que permite 1000/25 = 40 vueltas en una sola capa; el número real de capas necesarias se calcula en función de la longitud total del cable, por lo que se diseña con dos capas de enrollado.
Cálculo del espesor de la pared del tambor y verificación de la resistencia
El espesor de la pared del tambor, δ, se calcula según la fórmula empírica δ ≥ 0,8d y ≥ 12 mm (siendo d el diámetro del cable de acero). Krude Heavy Industry aplica un valor de δ ≥ 1,0d, lo que proporciona un margen de seguridad mayor. Para el cálculo exacto del espesor de la pared es necesario tener en cuenta la presión radial y la tensión de flexión generadas por el enrollamiento del cable de acero:
Tensión de compresión radial σ = 0,5 Fₘₐₓ/(δ × p), donde Fₘₐₓ es la fuerza máxima de tracción del cable de acero.
Tensión admisible [σ] = σₛ/n; la resistencia al límite elástico σₛ del acero Q355B es ≥ 355 MPa; el coeficiente de seguridad n es ≥ 1,5; por lo tanto, [σ] ≤ 236 MPa.
[Ejemplo 3] Se sabe que la fuerza de tracción máxima del cable de acero Fₘₐₓ = 50 kN, que el espesor de la pared del tambor δ = 20 mm y que el paso entre las ranuras del tambor p = 25 mm.
σ = 0,5 × 50 000 / (20 × 25) = 50 MPa < 236 MPa ✅; la resistencia cumple los requisitos.
Proceso de fabricación e inspección de bobinas
Proceso de fabricación de tambores de Krud Heavy Industry: ① Corte de chapas de acero Q355B → ② Curvado con curvadora (redondez del cuerpo del tambor ≤ 1 mm) → ③ Soldadura de la junta longitudinal (soldadura automática por arco sumergido, alambre de soldadura H10Mn2) →④ Inspección no destructiva de las soldaduras (detección por ultrasonidos + detección por partículas magnéticas; soldaduras conformes con el grado II) →⑤ Torneado de las superficies de las bridas y los rebordes en ambos extremos →⑥ Mecanizado de las ranuras para el cable (torneado con torno CNC) →⑦ Templado de media frecuencia de las ranuras para el cable (HRC 40~45, profundidad de la capa de endurecimiento ≥ 2 mm) → ⑧ Montaje del acoplador y del soporte de cojinetes → ⑨ Prueba de carga estática de 1,5 veces la carga nominal realizada pieza por pieza antes de la salida de fábrica. Cada tambor va acompañado de un informe de inspección de soldaduras y un informe de inspección dimensional.
Defectos comunes en la soldadura de bobinas y medidas de prevención: ① Grietas de soldadura: temperatura de precalentamiento ≥ 100 ℃ (cuando el espesor de la chapa es > 20 mm); mantener el calor tras la soldadura y enfriar lentamente; ② Poros: secar los electrodos y el fluxo; limpiar el aceite y el óxido del chaflán antes de soldar; ③ Falta de penetración: garantizar el ángulo del chaflán y las dimensiones del borde romo; ajustar los parámetros de soldadura.
Acoplamiento de tambor y estructura de soporte
El tambor se conecta al eje de salida del reductor mediante un acoplamiento para tambor. En los tambores de gran capacidad, en un extremo se utiliza un acoplamiento dentado cilíndrico tipo GIICL (desplazamiento angular de compensación ≤ 1,5°), mientras que en el otro extremo se apoya sobre un rodamiento de rodillos esféricos. El acoplamiento del tambor debe soportar la carga radial generada por el peso propio del tambor y la tracción del cable de acero; la selección del modelo se calcula multiplicando el par transmitido por un coeficiente de seguridad de 1,5.
[Ejemplo 4] Par de entrada del tambor T = 20 000 N·m, coeficiente de seguridad 1,5; par de selección T₀ = 20 000 × 1,5 = 30 000 N·m. Consultando la tabla de modelos de la serie GIICL, se observa que el par nominal del modelo GIICL8 es de 31 500 N·m ≥ 30 000 N·m, por lo que se selecciona el acoplador GIICL8 (rango de diámetro del orificio del eje: 90-150 mm). Los acoplamientos de tambor de Krud Heavy Industry presentan una superficie dentada con tratamiento de cementación y temple con una dureza HRC de 58 a 62, lo que les confiere una excelente resistencia al desgaste.
Aspectos a tener en cuenta a la hora de elegir un carrete
Preguntas frecuentes
Pregunta: ¿Por qué hay que dejar tres vueltas de seguridad en el carrete?
Respuesta: La función del anillo de seguridad es evitar que la abrazadera del cable de acero soporte directamente la tracción. Cuando el gancho se encuentra en su posición más baja, siguen quedando tres vueltas de cable de acero en la abrazadera que actúan como amortiguador por fricción, lo que evita que la abrazadera se deslice. La norma GB/T 3811 exige que los tambores de Krud Heavy Industry lleven una marca roja en la posición de la abrazadera para indicar la ubicación del anillo de seguridad.
Pregunta: ¿A partir de qué grado de desgaste hay que sustituir la ranura de la cuerda del carrete?
Respuesta: Es necesario sustituir el tambor cuando el desgaste de la ranura para el cable alcance el 25% de su dimensión original o cuando el desgaste del espesor de la pared del fondo de la ranura alcance el 15% de su dimensión original. Las ranuras para cables de los tambores de Krud Heavy Industry se someten a un tratamiento de temple por radiofrecuencia, lo que les confiere una vida útil más del doble que la de los tambores convencionales. Si durante las inspecciones rutinarias se detecta que el cable metálico está flojo dentro de la ranura, se oyen ruidos extraños o se observa un desgaste escalonado, se debe detener inmediatamente la máquina para realizar una inspección.
Pregunta: ¿Cómo se solucionan los ruidos extraños y los enredos en el carrete?
Respuesta: Causas de los ruidos anormales en el tambor: ① Rotura de los cojinetes o falta de lubricación; ② Desvío del cable de acero de su ranura o enredamiento cruzado; ③ Desviación en la coaxialidad del acoplador; ④ grietas en el tambor. El enredo del cable suele deberse a un ángulo de desviación excesivo, a un fallo del guía-cables o a un manejo incorrecto. Krude Heavy Industry recomienda comprobar primero el ángulo de desviación (≤3,5°) y el estado del guía-cables, y después revisar los cojinetes y el acoplador.
Pregunta: ¿Cómo se calcula el diámetro del rollo? ¿Se puede aumentar?
Respuesta: El diámetro del tambor D ≥ d × 20 (límite inferior según la norma GB/T 3811). Aumentar el diámetro del tambor permite reducir la tensión de flexión del cable de acero y prolongar su vida útil, pero reduce la velocidad de elevación (velocidad v = πDn; cuanto mayor es D, mayor es la velocidad a la misma velocidad de giro). Krud Heavy Industry puede fabricar tambores con diámetros no estándar a medida, para lo cual es necesario recalcular la potencia del motor y la relación de transmisión.
Lo anterior constituye una guía técnica completa sobre las especificaciones y la selección de tambores para cables de grúa. Krude Heavy Industry ofrece una gama completa de tambores soldados de acero Q355B, así como servicios de personalización, y admite diámetros, longitudes y dimensiones de las ranuras para el cable no estándar. Si necesita asesoramiento sobre el cálculo del diseño de los tambores o sobre su selección, póngase en contacto con el equipo técnico de Krude Heavy Industry.
