Sistema de Frenado para Mecanismo de Elevación de Grúa
La norma GB/T 22414-2008 «Grúas — Requisitos para el sistema de frenado del mecanismo de elevación» es la norma específica para el diseño, selección y configuración de seguridad de los frenos del mecanismo de elevación. La norma especifica los requisitos básicos del sistema de frenado, la verificación del par de frenado, los tipos de freno y el método de ensayo, constituyendo un estándar clave para la seguridad del frenado en grúas.
La norma GB/T 22414-2008 adopta de forma equivalente la ISO 12100-3:2002 y es la norma específica para el sistema de frenado del mecanismo de elevación de grúas. El freno del mecanismo de elevación es uno de los componentes de seguridad más críticos de la grúa, ya que asume directamente la tarea de frenado de la carga suspendida; un fallo en el frenado puede provocar la caída de la carga y ocasionar accidentes graves. La norma es aplicable al diseño, selección e inspección del sistema de frenado del mecanismo de elevación en grúas de tipo puente, tipo pórtico, tipo torre y tipo móvil.
Requisitos básicos del sistema de frenado
La norma establece requisitos básicos claros para el sistema de frenado del mecanismo de elevación. Cada mecanismo de elevación debe estar equipado con un freno cuyo par de frenado no sea inferior a 1,5 veces el par de elevación nominal (es decir, un factor de seguridad de frenado no inferior a 1,5). El freno debe instalarse en el extremo del eje de alta velocidad del reductor (eje de salida del motor). El frenado en el eje de alta velocidad ofrece una respuesta rápida y requiere un par de frenado menor, lo que permite seleccionar un freno de dimensiones más reducidas. El freno debe ser de tipo normalmente cerrado (frenado por falta de tensión), es decir, la fuerza de resorte aplica el frenado y la fuerza electromagnética o hidráulica lo libera, garantizando que el freno se aplique automáticamente ante una interrupción del suministro eléctrico. La holgura de freno debe ser uniforme y ajustable, con una separación entre las zapatas y la rueda de freno comprendida entre 0,5 y 1,0 mm en ambos lados.
La norma también regula la adaptabilidad ambiental del freno. El freno debe funcionar correctamente dentro de un rango de Temperatura Ambiente de -20 a +50 °C. En Entornos de Alta Temperatura (Puente Grúa Metalúrgico), el freno debe estar provisto de medidas de aislamiento térmico, y la temperatura superficial del freno no debe superar los 150 °C. En entornos húmedos o Corrosivos, el freno debe recibir un Tratamiento anticorrosivo. El electroimán o el impulsor hidráulico del freno debe estar equipado con un dispositivo de liberación manual: cuando se interrumpe el suministro eléctrico o el freno queda bloqueado, la liberación manual permite descender la carga suspendida de forma controlada. La fuerza de accionamiento del dispositivo de liberación manual no debe superar los 300 N, y la carrera de liberación debe garantizar la apertura completa del freno. El Cable de Acero o el Tirante de liberación manual deben someterse a Inspección Periódica para verificar su flexibilidad y carrera, evitando que un desuso prolongado provoque agarrotamiento y Fallo. Tras la liberación manual, el freno debe rearmarse manualmente a su estado normal de frenado; queda terminantemente prohibido poner en marcha el mecanismo de elevación con el freno en estado liberado.
Cálculo y verificación del par de frenado
La norma especifica en detalle el método de cálculo del par de frenado. El par de frenado nominal Tb del freno del mecanismo de elevación debe cumplir: Tb ≥ 1,5 × Tl, donde Tl es el par equivalente de la carga de elevación nominal en el eje del motor. Tl = (Q + G0) × D / (2 × i × η), donde Q es la Capacidad Nominal, G0 es el peso del Spreader (separador de elevación), D es el diámetro del tambor, i es la Relación de transmisión del reductor y η es la eficiencia del mecanismo. El Factor de seguridad de frenado de 1,5 refuerza lo establecido en la norma ISO 4301 / FEM 1.001; para Clases de Funcionamiento superiores a A6 o mecanismos de elevación críticos, la norma recomienda aumentar el Factor de seguridad hasta 1,8~2,0. Para configuraciones de Freno doble (freno de servicio + Freno de Seguridad), cada freno debe cumplir individualmente los requisitos anteriores, garantizando que si uno de los frenos Fallo, el otro pueda frenar de forma segura.
La distancia de deslizamiento del freno es el indicador directo del rendimiento de frenado. La norma especifica que, bajo carga nominal, la distancia de deslizamiento del freno tras la aplicación del freno no debe superar la Velocidad de Elevación dividida entre 65 (es decir, S ≤ v/65, donde v es la Velocidad de Elevación nominal en m/min). Por ejemplo, para una grúa con Velocidad de Elevación de 8 m/min, la distancia de deslizamiento permitida no debe superar 8/65 = 123 mm. La medición de la distancia de deslizamiento del freno debe realizarse con el freno en estado caliente (después de alcanzar el equilibrio térmico en servicio continuo), ya que el coeficiente de fricción difiere entre el freno en frío y en caliente. Durante la medición, el freno debe aplicarse una vez que la carga suspendida esté estabilizada, y se deben realizar 3 mediciones consecutivas, tomando el valor medio como criterio de Aceptación. Cuando el valor medido supere el límite permitido, deben investigarse las causas en aspectos como el ajuste de la Holgura de freno, el estado de la superficie de la rueda de freno (presencia de grasa o suciedad) y la configuración de la fuerza de resorte.
Tipos de freno y requisitos de materiales
La norma establece recomendaciones sobre el tipo de freno aplicable al mecanismo de elevación. Se recomienda el uso de frenos de zapatas o frenos de disco para el izaje. El freno de zapatas, por su estructura sencilla, elevado par de frenado y fácil mantenimiento, es el tipo más utilizado en los mecanismos de elevación de grúas. El freno de disco ofrece un par de frenado estable, buena disipación del calor y bajo nivel de ruido, siendo aplicable a aplicaciones que requieren una frenada suave, como el izaje de precisión. Las zapatas de freno deben fabricarse con materiales de fricción sin amianto, como materiales semimetálicos o metálicos sinterizados, con un coeficiente de fricción en el rango de 0,35 a 0,45, buena estabilidad térmica y sin emisión de polvo nocivo. El material de la rueda de freno no debe ser inferior a ZG340-640 o acero 45, con una dureza de la banda de rodadura de HB280~320 y una profundidad de capa endurecida no inferior a 3 mm. La excentricidad radial de la rueda de freno no debe superar los 0,05 mm, y la rugosidad de la superficie de rodadura no debe ser mayor a Ra 1,6 μm.
En cuanto a los resortes de freno, la norma exige resortes helicoidales de compresión fabricados en acero 60Si2Mn o 50CrV, tratados mediante temple y revenido. La desviación de la altura libre del resorte no debe superar ±3%, y la deformación bajo carga de trabajo no debe desviarse más de ±5% del valor de cálculo. Tras 100000 ciclos de compresión a la carga máxima de trabajo, el resorte no debe presentar deformación permanente ni fractura por fatiga. El electroimán o el impulsor hidráulico del freno debe disponer de fuerza de atracción y carrera suficientes para abrir el freno de forma fiable con una tensión nominal dentro de una fluctuación de -15% a +10%. El tipo de aceite hidráulico para el freno de empuje hidráulico debe seleccionarse según la temperatura ambiente: aceite de baja viscosidad para entornos fríos y aceite de alta viscosidad para entornos de alta temperatura. El freno debe estar equipado con un dispositivo de compensación automática o ajuste manual del desgaste de las zapatas, que mantenga estable la holgura de frenado dentro de un rango de desgaste de hasta el 50% del espesor original de la zapata.
Tabla comparativa de parámetros y configuración del sistema de frenado
La siguiente tabla comparativa resume los parámetros clave del sistema de frenado para mecanismos de elevación según la norma, y sirve como referencia para la selección de equipos, la aceptación de instalación y la inspección diaria.
| Elemento | norma técnica | métodos de inspección |
|---|---|---|
| par de frenado | ≥1.5Sobrecarga nominal Elevación / Izado Par | Resorte Pesaje Par Método |
| Holgura de freno | 0.5~1.0mm | galga de espesores Medición |
| distancia de deslizamiento del freno | ≤v/65 (mm) | Cargaprueba de frenado |
| Zapata de freno Desgaste | ≤Espesor original50% | Medición con regla |
| rueda de freno Dureza | HB280~320 | Portátil Dureza Indicador |
| coeficiente de fricción | 0.35~0.45 | fabricación Informe del fabricante |
Preguntas frecuentes sobre el freno de empuje hidráulico
P: ¿Por qué el freno del mecanismo de elevación debe instalarse en el eje de alta velocidad?
R: El eje de alta velocidad (eje del motor) gira a mayor velocidad pero con menor par, por lo que un freno del mismo tamaño genera un efecto de frenado mucho mayor en este eje. Si se instalara en el eje de baja velocidad (eje del tambor), se necesitaría un freno varias veces más grande para lograr el mismo par de frenado, lo que complica el diseño y aumenta el coste.
P: ¿Cómo diagnosticar un descenso de carga que supera los límites permitidos?
R: Primero verifique la holgura de freno (si es excesiva), luego inspeccione el desgaste de las zapatas (si supera el límite), después revise el resorte de freno (si la altura libre se ha acortado) y finalmente examine la superficie de la rueda de freno (presencia de grasa o desgaste irregular). Siguiendo esta secuencia, normalmente se identifica la causa.
P: ¿Qué incluye la inspección diaria del freno?
R: Cada turno se realiza una inspección visual para comprobar que la apertura y cierre del freno sea correcta y que no haya ruido anormal. Mensualmente se revisan la holgura de freno y la cantidad de desgaste de las zapatas. Cada trimestre se verifica el par de frenado y el resorte de freno. Anualmente se realiza una prueba de deslizamiento de freno. Los mecanismos de elevación de Kelude Industrias Pesadas incorporan de serie frenos de empujador hidráulico, y cada unidad se somete a la prueba de deslizamiento de freno antes de la entrega.
P: ¿Cómo tratar el desgaste de la superficie de la rueda de freno?
R: Si la superficie de la rueda de freno presenta ranuras o una rugosidad superficial deficiente, debe repararse mediante torneado. La reducción de diámetro tras el torneado no debe superar el 10% del diámetro original. Si el espesor de pared se reduce en más de 1/3 o aparecen grietas en la superficie, la rueda de freno debe sustituirse.
