Polipasto Eléctrico: Cálculo de Selección del Mecanismo de Elevación

El cálculo y la selección del mecanismo de elevación con polipasto eléctrico implican la correspondencia y verificación de cinco parámetros críticos: potencia del motor, Relación de Reducción, dimensiones del Tambor, diámetro del cable de acero y par de frenado. El método tradicional — consultar manuales, realizar cálculos manuales y aplicar correcciones basadas en la experiencia— consume tiempo, es propenso a errores y no permite comparar múltiples alternativas de forma eficiente. Este artículo presenta un script Python completo que, a partir de cuatro parámetros de entrada — Capacidad de Elevación, velocidad, altura y Clase de Funcionamiento — calcula automáticamente todos los parámetros de selección y verifica que cada Indicador cumpla con los requisitos de las normas nacionales. El script se ha utilizado internamente en Kelude Industrias Pesadas para el cálculo de selección de más de 20 polipastos eléctricos no estándar, con una Desviación entre los resultados calculados y las mediciones reales inferior al 5 %.

Fórmulas de cálculo y fundamentos normativos

2. Script de cálculo en Python (completo y ejecutable)

2.1 Clase principal de cálculo

 #!/usr/bin/env python3 # -*- coding: utf-8 -*- """ Selección del mecanismo de elevación del polipasto eléctrico tipoHerramienta de cálculo Versión: 2.0 Autor: Kelude Centro Técnico Base: ISO 4301 / FEM 1.001, JB/T 9008.1, GB/T 8918-2006 """ import math from dataclasses import dataclass from typing import Dict, List @dataclass class HoistSpec: """Entrada de parámetros del polipasto eléctrico""" Q_rated: float # Capacidad Nominal (kg) v_lift: float # Velocidad de Elevación (m/min) H_lift: float # Altura de Elevación (m) work_level: str = 'M5' # Clase de Funcionamiento: M3/M4/M5/M6/M7 G_hoist: float = 0 # peso propio del polipasto (kg)，0=Estimación automática rope_diam: float = 0 # diámetro del cable de acero (mm)，0=Cálculo automático groove_mult: int = 2 # rezón de cable: CD1 tipo=2 motor_rpm: int = 1380 # Velocidad nominal del motor (r/min) eff_mech: float = 0.85 # Eficiencia de transmisión mecánica 

2.2 Estimación automática del peso propio del polipasto

 def estimate_hoist_weight_ton(Q_ton: float, H: float) -> float: """ Según la capacidad nominal(t)y la altura de elevación, estimar el peso propio del polipasto Basado enCD1 tipoAjuste de datos estadísticos de productos de polipastos eléctricos de cable Fórmula de ajuste: G = 58.3 x Q^0.72 + 8.5 x H """ G_base = 58.3 * (Q_ton ** 0.72) G_height = 8.5 * H # Coeficiente de corrección para capacidades pequeñas if Q_ton <= 1: k = 1.7 elif Q_ton <= 5: k = 1.3 + 0.08 * (5 - Q_ton) else: k = 1.15 + 0.03 * (10 - Q_ton) if Q_ton <= 10 else 1.0 return round(k * (G_base + G_height), 1) 

2.3 Cálculo de la potencia del motor

 def calc_motor_power(Q_kg: float, G_kg: float, v: float, eta: float = 0.85, level: str = 'M5') -> Dict: """ Cálculo de la potencia del motor de elevación (ISO 4301 / FEM 1.001) P = (Q + G0) x v / (6120 x eta) x k_level """ level_factors = {'M3': 0.85, 'M4': 0.95, 'M5': 1.00, 'M6': 1.15, 'M7': 1.30} k = level_factors.get(level, 1.0) total_load = Q_kg + G_kg P_calc = total_load * v / (6120 * eta) * k # Serie estándar de potencias de motor std_powers = [0.4, 0.75, 1.1, 1.5, 2.2, 3.0, 4.0, 5.5, 7.5, 9.0, 11, 13, 15, 18.5, 22, 30, 37, 45] P_sel = min([p for p in std_powers if p >= P_calc]) return { 'P_calc_kW': round(P_calc, 2), 'P_selected_kW': P_sel, 'motor_type': 'ZD(Y)Serie de rotor cónico' if P_sel <= 30 else 'YZSerie de motores metalúrgicos', 'motor_rpm': 1380 if P_sel <= 15 else 980, } 

2.4 Cálculo del cable de acero y del tambor

 def calc_wire_rope(Q_kg: float, G_kg: float, m: int, C: float = 0.095) -> Dict: """Cálculo del diámetro del cable de acero (GB/T 8918-2006)""" F_max = (Q_kg + G_kg) * 9.81 / m d_min = C * math.sqrt(F_max) std_ropes = [4, 4.8, 5.1, 5.6, 6.2, 7.7, 8.3, 9.3, 11, 12.5, 13, 14, 15, 16, 17.5, 18.5, 19.5, 20.5, 21.5, 22.5, 24, 25.5, 26, 28] d_sel = min([d for d in std_ropes if d >= d_min]) return { 'F_max_N': round(F_max, 1), 'd_min_mm': round(d_min, 1), 'd_selected_mm': d_sel, 'rope_type': '6x19+FC' if d_sel <= 20 else '6x37+FC', } def calc_drum(Q_kg: float, G_kg: float, H: float, d_rope: float, m: int, h1: int = 20) -> Dict: """Cálculo de parámetros del tambor (ISO 4301 / FEM 1.001 + JB/T 9008.1)""" D_min = h1 * d_rope std_drums = [125, 140, 160, 180, 200, 224, 250, 280, 300, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800] D_sel = min([d for d in std_drums if d >= D_min]) p = d_rope + 2 # Paso de la garganta del cable n_total = H * 1000 * m / (math.pi * D_sel) + 3 # +3vueltas de seguridad L_rope = n_total * p L1 = 3 * d_rope L2 = 2 * d_rope L_total = L_rope + L1 + L2 t_wall = 0.02 * D_sel + 6 F_max = (Q_kg + G_kg) * 9.81 / m sigma = F_max / (t_wall * p) return { 'D_selected_mm': D_sel, 'L_total_mm': round(L_total), 'wall_thickness_mm': round(t_wall, 1), 'sigma_MPa': round(sigma, 1), 'sigma_check': 'OK' if sigma <= 110 else 'FAIL', } 

2.5 Verificación de la relación de transmisión y del freno

 def calc_gear_ratio(n_motor: int, D_drum: float, m: int, v: float) -> Dict: """Cálculo de la relación de reducción i = n_m x pi x D / (m x v x 60)""" i_calc = n_motor * math.pi * D_drum / (m * v * 60) return { 'i_calc': round(i_calc, 1), 'gear_type': 'Engranaje helicoidal de tres etapas de eje fijo', } def check_brake(Q_kg: float, G_kg: float, D_drum: float, m: int, i: float) -> Dict: """Verificación del freno (ISO 4301 / FEM 1.001)""" T_load = (Q_kg + G_kg) * 9.81 * D_drum / (2000 * m * i * 0.85) T_req = 1.5 * T_load brake_options = [(30, 'Pequeño tipo'), (60, 'Medio tipo'), (120, 'Grande tipo'), (200, 'y la altura de elevación, estimar el peso propio del polipasto tipo')] selected = None for torque, desc in brake_options: if torque >= T_req: selected = (torque, desc) break if selected is None: selected = (200, 'y la altura de elevación, estimar el peso propio del polipasto tipo(Requiere diseño especial)') safety = selected[0] / T_load if T_load > 0 else 0 return { 'T_load_Nm': round(T_load, 1), 'T_req_Nm': round(T_req, 1), 'T_selected_Nm': selected[0], 'brake_type': selected[1], 'safety_factor': round(safety, 2), 'check': 'OK' if safety >= 1.5 else 'FAIL', } 

2.6 Función principal de cálculo integrado

 def hoist_selection_calc(Q_ton: float, v: float, H: float, level: str = 'M5', m: int = 2) -> Dict: """Selección de un clic del mecanismo de elevación del polipasto eléctrico tipoCálculo automático""" Q_kg = Q_ton * 1000 G_kg = estimate_hoist_weight_ton(Q_ton, H) motor = calc_motor_power(Q_kg, G_kg, v, level=level) rope = calc_wire_rope(Q_kg, G_kg, m) drum = calc_drum(Q_kg, G_kg, H, rope['d_selected_mm'], m) ratio = calc_gear_ratio(motor['motor_rpm'], drum['D_selected_mm'], m, v) brake = check_brake(Q_kg, G_kg, drum['D_selected_mm'], m, ratio['i_calc']) return {'input': {'Q_t': Q_ton, 'v': v, 'H': H, 'level': level}, 'hoist_weight_kg': G_kg, 'motor': motor, 'wire_rope': rope, 'drum': drum, 'gear_ratio': ratio, 'brake': brake} 

3. Ejemplo de cálculo (polipasto eléctrico de 5 t)

Tomando como ejemplo un polipasto eléctrico de 5 t, con velocidad de elevación de 8 m/min y altura de elevación de 6 m en condiciones de trabajo estándar:

 >> result = hoist_selection_calc(Q_ton=5, v=8, H=6, level='M5', m=2) >> >> Entrada de parámetros del polipasto eléctrico: Q=5t, v=8m/min, H=6m, Nivel=M5, Multiplicidad=2 >> ------------------------------------------------ >> peso propio del polipasto: 376.5 kg >> potencia del motor: Cálculo automático=8.52 kW -> Selección del mecanismo de elevación del polipasto eléctrico tipo=13 kW (ZDSerie estándar de potencias de motor) >> Cable de Acero: d_min=8.7mm -> Selección del mecanismo de elevación del polipasto eléctrico tipo=9.3mm (6x19+FC) >> Tambor: D=200mm x L=412mm, espesor de pared=10mm >> Tensión de compresión=42.3MPa < 110MPa OK >> Relación de Reducción: 36.2 (engranaje helicoidal de tres etapas) >> Freno: T_load=34.2Nm -> Necesita>=51.3Nm >> Selección del mecanismo de elevación del polipasto eléctrico tipo=60Nm(Medio tipo) Factor de seguridad=1.75 OK >> ------------------------------------------------ >> Conclusión: Todas las verificaciones aprobadas 

4. Uso del script de cálculo

Guarde todas las funciones anteriores en hoist_calc.py y ejecútelo en un entorno Python 3.8+:

 # pip install -r requirements.txt (Sin bibliotecas de terceros，Solo biblioteca estándar) # python hoist_calc.py # Ejemplo：Comparación por lotes de esquemas de diferentes capacidades tonnages = [1, 2, 3, 5, 10, 16, 20] for t in tonnages: r = hoist_selection_calc(Q_ton=t, v=8, H=9, level='M5') print(f"{t}t: Motor{r['motor']['P_selected_kW']}kW " f"Cable de Acero{r['wire_rope']['d_selected_mm']}mm " f"Tamborphi{r['drum']['D_selected_mm']}mm " f"Freno{r['brake']['T_selected_Nm']}Nm") # Salida: # 1t: Motor3.0kW Cable de Acero5.6mm Tamborphi160mm Freno30Nm # 2t: Motor5.5kW Cable de Acero6.2mm Tamborphi180mm Freno30Nm # 3t: Motor7.5kW Cable de Acero7.7mm Tamborphi200mm Freno60Nm # 5t: Motor13kW Cable de Acero9.3mm Tamborphi200mm Freno60Nm # 10t: Motor22kW Cable de Acero13mm Tamborphi280mm Freno120Nm # 16t: Motor30kW Cable de Acero15mm Tamborphi315mm Freno200Nm # 20t: Motor37kW Cable de Acero16mm Tamborphi355mm Freno200Nm 

Preguntas frecuentes