Parámetros de Puente Grúa y Pórtico según GB/T 14407-2011
La norma GB/T 14407-2011 «Puentes grúa y grúas pórtico de uso general — Mecanismo de elevación» es la norma técnica específica para el mecanismo de elevación. La norma especifica los parámetros de tipo, la configuración de accionamiento, el sistema de frenado, el bobinado del cable de acero y la rezón de cable, entre otros requisitos de diseño. Se usa conjuntamente con las normas GB/T 14405 y GB/T 14406.
La norma GB/T 14407-2011 es la norma técnica específica para el mecanismo de elevación de puentes grúa y grúas pórtico de uso general, publicada e implementada en 2011. El mecanismo de elevación es el mecanismo de trabajo más crítico de la grúa, responsable directo del movimiento de elevación y descenso de la carga. Su calidad de diseño y fiabilidad de funcionamiento inciden directamente en el rendimiento del equipo y la seguridad de las operaciones. La norma es aplicable al diseño, fabricación e inspección del mecanismo de elevación de grúas eléctricas tipo puente y tipo pórtico.
Configuración del mecanismo de elevación y sistema de accionamiento
La norma especifica que el mecanismo de elevación se clasifica según el modo de accionamiento en dos tipos: accionamiento simple y accionamiento doble. El accionamiento simple utiliza un solo motor que impulsa el tambor a través de un reductor; su estructura es sencilla y es aplicable a grúas de uso general con capacidad nominal ≤50t. El accionamiento doble emplea dos motores y dos reductores que impulsan el mismo tambor (accionamiento en ambos extremos), y se utiliza en grúas de gran tonelaje de >50t, o en grúas de fundición con requisitos de fiabilidad extremadamente altos. En la configuración de accionamiento doble, si uno de los motores o reductores falla, el otro puede mantener el funcionamiento durante un período corto con una carga nominal reducida (aproximadamente 60%).
La configuración de accionamiento del mecanismo de elevación debe cumplir los siguientes requisitos: la potencia del motor se calcula en función de la capacidad nominal, la velocidad de elevación y la eficiencia del mecanismo (eficiencia de transmisión por engranajes 0,92~0,95; eficiencia del tambor 0,96~0,98), con un coeficiente de reserva de potencia del motor de 1,2~1,4. La capacidad de carga del reductor no debe ser inferior al grado 10 de AGMA (flanco de diente endurecido). La conexión entre el tambor y el eje de salida del reductor debe realizarse mediante un acoplamiento de dientes abombados o un acoplamiento de sujeción por expansión, que permita ciertas desviaciones angulares y radiales. El par nominal del acoplamiento no debe ser inferior a 2 veces el par nominal del motor. Para clases de funcionamiento superiores a A6, el mecanismo de elevación debe adoptar una configuración de freno doble (freno de servicio + freno de seguridad), con actuación independiente de ambos frenos.
El sistema de regulación de velocidad del mecanismo de elevación también es un punto clave de la norma. Las grúas estándar pueden utilizar un motor de dos velocidades (8/2 polos o 6/4 polos) para conmutar entre dos velocidades, adecuado para operaciones de izaje generales. En aplicaciones que requieren posicionamiento preciso, se debe adoptar un sistema de control de velocidad por frecuencia variable, con una relación de regulación no inferior a 10:1 y una velocidad de posicionamiento a baja velocidad no superior a 1,5 m/min. Las grúas de fundición y metalúrgicas deben utilizar control de velocidad por frecuencia variable, con una precisión de control de velocidad no inferior a ±1% de la velocidad nominal. El sistema de regulación de velocidad por frecuencia variable debe incluir funciones de compensación de par y frenado por corriente continua, capaces de entregar el par nominal en estado de velocidad cero para evitar el deslizamiento de la carga. Los mecanismos de elevación de Kelude Industrias Pesadas incorporan de serie el control de velocidad por frecuencia variable y la configuración de freno doble, cumpliendo con los requisitos de posicionamiento preciso y redundancia de seguridad.
Bobinado del cable de acero y rezón de cable
La norma establece disposiciones detalladas para el diseño del sistema de bobinado del cable de acero. Número de capas de bobinado del cable de acero sobre el tambor: el bobinado de una capa es aplicable cuando el diámetro del cable de acero es ≥16 mm; el bobinado de múltiples capas se utiliza en espacios reducidos o cuando la longitud del tambor es limitada, sin exceder 4 capas (clases de funcionamiento A1~A4) o 3 capas (clases de funcionamiento superiores a A5). La relación entre el diámetro del tambor y el diámetro del cable de acero D/d no debe ser inferior a 20 (clases A1~A6) ni a 25 (clases A7~A8). La relación entre el diámetro de la polea y el diámetro del cable de acero no debe ser inferior a 18 (no inferior a 14 para poleas de compensación). El método de fijación del cable de acero al tambor debe utilizar una placa de sujeción o una cuña, con una resistencia de fijación no inferior al 80% de la fuerza de rotura del cable de acero.
La selección de la rezón de cable (número de ramales del cable / número de salidas del tambor) influye directamente en la velocidad de elevación y la tensión del cable de acero. La norma recomienda las rezones de cable habituales: para capacidades de elevación de 5~10t, se selecciona una multiplicidad de 2~4; para 16~50t, de 4~6; y para 75~100t, de 6~8. Cuanto mayor sea la multiplicidad, menor será la velocidad de elevación, pero también menor la tensión en cada ramal del cable, lo que permite reducir las especificaciones del tambor, las poleas y el cable de acero. La selección de la multiplicidad debe realizarse bajo la premisa de que el diámetro del cable de acero no supere 1/20 del diámetro del tambor, considerando simultáneamente los requisitos de velocidad de elevación y la disposición de que el factor de seguridad del cable no sea inferior a 5.
La norma también establece límites claros para el ángulo de desviación del cable de acero (el ángulo entre la línea central del cable y la línea central del tambor o de la garganta de la polea): el ángulo de entrada o salida del cable en el tambor no debe ser superior a 3,5°, y el ángulo máximo de desviación del cable en la garganta de la polea no debe ser superior a 4°. Un ángulo de desviación excesivo puede provocar que el cable se salga de la garganta o que roce violentamente contra las paredes laterales de la garganta, acelerando el desgaste del cable de acero. Cuando el gancho se encuentra en su posición límite, el número de vueltas de seguridad del cable de acero que permanecen en el tambor no debe ser inferior a 3, sin contar las vueltas de fijación. La función de las vueltas de seguridad es soportar el peso de la carga mediante la fuerza de fricción incluso si falla el punto de fijación del cable, evitando así la caída de la carga.
Requisitos de configuración del sistema de frenado
El sistema de frenado del mecanismo de elevación constituye el elemento de seguridad más crítico de una grúa. La norma especifica que el par de frenado del freno del mecanismo de elevación no debe ser inferior a 1,5 veces el par de elevación nominal (calculado según la velocidad nominal del motor y la relación de transmisión del reductor). El freno debe instalarse en el extremo del eje de alta velocidad del reductor (lado del motor), donde la respuesta de frenado es más rápida, el par de frenado requerido es menor y la dimensión del freno resulta más compacta. El diámetro del tambor de freno se determina en función de las dimensiones del eje del motor y del par de frenado. La superficie de contacto entre la zapata de freno y la rueda de freno no debe ser inferior al 80% del área total de la zapata. La holgura de apertura del freno debe ser uniforme, y la diferencia entre las holguras de ambas zapatas no debe superar 0,3 mm.
Para mecanismos de elevación con clase de funcionamiento superior a A6 o con capacidad de elevación nominal superior a 50 t, la norma exige la configuración de freno doble: freno de servicio (frenado en operación normal) + freno de seguridad (frenado automático ante corte de suministro). Ambos frenos deben instalarse y controlarse de forma independiente; cualquiera de ellos, actuando por separado, debe ser capaz de frenar de manera fiable la carga nominal. La distribución del par de frenado en el freno doble es la siguiente: el freno de servicio asume el 80% del par de frenado, mientras que el freno de seguridad asume el 100% (es decir, el freno de seguridad puede frenar de forma independiente). El tiempo de retardo de actuación del freno de seguridad no debe ser superior a 0,2 segundos, garantizando una aplicación del freno inmediata ante un corte de suministro. El electroimán o el impulsor hidráulico del freno debe estar equipado con un dispositivo de liberación manual, que permita descender lentamente la carga suspendida en caso de fallo eléctrico.
Tabla comparativa de parámetros del mecanismo de elevación
La siguiente tabla comparativa resume los parámetros de configuración principales del mecanismo de elevación para distintas capacidades de carga, y sirve como referencia para el diseño y selección, así como para la aceptación por parte del usuario.
| Capacidad de Elevación | rezón de cable | Velocidad de Elevación(m/min) | diámetro del tambormm | diámetro del cable de aceromm | Frenadoconfiguración |
|---|---|---|---|---|---|
| 5~10t | 2~4 | 5~12 | 300~400 | 12~16 | monorrail Frenado |
| 16~32t | 4~6 | 4~8 | 400~500 | 16~22 | monorrail/Doble Freno |
| 50~100t | 6~8 | 2~6 | 500~800 | 22~32 | Doble Freno |
| >100t | 8~12 | 1~4 | 800~1200 | 32~42 | Doble Freno |
Descenso de carga y requisitos de ensayo
La norma establece criterios de aceptación claros para el descenso de carga en el mecanismo de elevación. Bajo carga nominal, el descenso de la carga tras la aplicación del freno no debe superar 1/65 de la distancia de elevación en 1 minuto (aproximadamente 0,46 mm/kN). Por ejemplo, en una grúa con velocidad de elevación de 8 m/min (0,133 m/s), el recorrido teórico durante el tiempo de frenado es de aproximadamente 0,133 × 0,25 = 33 mm (calculado con un tiempo de respuesta del freno de 0,25 s). Sumando el deslizamiento residual tras la aplicación del freno, el descenso total suele controlarse entre 50 y 120 mm. Cuando el descenso supera el valor permitido, las causas posibles incluyen: holgura excesiva del freno, desgaste de las zapatas, fatiga del resorte de freno o presencia de grasa en la superficie de la rueda de freno.
La prueba de carga antes de la entrega es una etapa clave para verificar el rendimiento del mecanismo de elevación. La norma exige realizar las siguientes pruebas unidad por unidad: Prueba en Vacío — cada mecanismo funciona a velocidad nominal durante 30 minutos; se comprueban la estabilidad de funcionamiento y el ruido, y la elevación de temperatura de cada rodamiento no debe superar 40 °C. Prueba de carga nominal (100% SWL) — se eleva la carga nominal y se realizan al menos 5 ciclos de elevación y descenso, midiendo el descenso de carga durante el frenado. Ensayo de Carga Dinámica — se eleva 1,1 veces la carga nominal, con al menos 3 ciclos de elevación y descenso, verificando que no se produzcan deformaciones anormales ni ruidos en los componentes. Ensayo de Carga Estática — se eleva 1,25 veces la carga nominal y se mantiene en reposo durante 10 minutos, comprobando la flecha de la viga principal, la ausencia de fisuras en los cordones de soldadura y que el freno no deslice. Solo cuando todas las pruebas se superan correctamente se emite el Certificado de Fábrica.
Preguntas frecuentes sobre el sistema de frenado
P: ¿Qué hacer si el descenso de carga del mecanismo de elevación supera el valor permitido?
R: En primer lugar, compruebe si la holgura del freno es excesiva y ajústela a 0,5~1,0 mm. Si el desgaste de las zapatas supera el límite, deben sustituirse. A continuación, verifique si el resorte de freno presenta fatiga; si la altura libre del resorte se ha reducido más de un 5%, debe reemplazarse. Por último, inspeccione la superficie de la rueda de freno por si hubiera grasa y límpiela con alcohol.
P: ¿Qué mantenimiento requiere el freno doble?
R: Los dos sistemas de frenado del freno doble deben mantenerse e inspeccionarse por separado. Cada trimestre debe realizarse una prueba de frenado individual: se desconecta la alimentación eléctrica de un freno y se frena únicamente con el otro. El par de frenado de cada freno debe medirse y registrarse de forma independiente.
P: ¿Es mejor una multiplicidad de polea mayor?
R: No necesariamente. Cuanto mayor es la multiplicidad, menor es la tensión del cable de acero, pero también menor es la velocidad de elevación. La selección de la multiplicidad debe realizarse de modo que el diámetro del cable de acero no supere 1/20 del diámetro del tambor, cumpliendo al mismo tiempo los requisitos de velocidad de elevación y garantizando un factor de seguridad del cable no inferior a 5.
P: ¿Qué relación existe entre la norma GB/T 14407 y la norma GB/T 3811?
R: La norma GB/T 3811 es la norma general de diseño de grúas y establece los métodos generales para el cálculo de carga y la verificación estructural. La norma GB/T 14407 es la norma de producto específica para mecanismos de elevación y define los parámetros de tipo y los requisitos de configuración particulares. Esta última se basa en la primera como fundamento de diseño.
