Unidades de Accionamiento para Grúas GB/T 22411-2008
La norma GB/T 22411-2008 «Grúas — Requisitos para unidades de accionamiento» es la referencia específica para el diseño y la selección de las unidades de accionamiento en grúas. La norma especifica la clasificación, los requisitos técnicos, los parámetros de selección y el método de ensayo de las unidades de accionamiento para cada mecanismo de la grúa, abarcando la configuración completa de la cadena de transmisión: motor, reductor, acoplamiento y freno.
La norma GB/T 22411-2008 adopta por equivalencia la ISO 12100-1:2003 y constituye la norma sistemática para las unidades de accionamiento de grúas. La unidad de accionamiento es la fuente de potencia de cada mecanismo de la grúa; está compuesta por motor, reductor, freno, acoplamiento y eje de transmisión, y su correcta configuración determina directamente el rendimiento operativo y la vida útil de la grúa. La norma es aplicable al diseño y la selección de las unidades de accionamiento de los mecanismos de elevación, traslación, giro y cambio de alcance en grúas de tipo puente, tipo pórtico, tipo torre y tipo móvil. Kelude Industrias Pesadas realiza el diseño y la selección del sistema de accionamiento conforme a esta norma, garantizando una transmisión de potencia fiable y bien coordinada en cada mecanismo.
Selección del motor: requisitos y criterios clave
La norma establece requisitos sistemáticos para la selección del motor en grúas. El motor del mecanismo de elevación debe ser un motor eléctrico especial para grúas (serie YZ o YZR), con capacidad de sobrecarga elevada y alto par de arranque relativo. La potencia del motor se calcula en función de la Capacidad Nominal, la velocidad del mecanismo y el rendimiento, aplicando un coeficiente de reserva de potencia de 1,2 a 1,4. La potencia del motor del mecanismo de traslación se calcula como la suma de la resistencia en Plena carga y la resistencia de aceleración, debiendo cubrir los requisitos de arranque a plena carga, aceleración y desplazamiento en rampa. Grado de Protección (IP) del motor: como mínimo IP44 para grúas de interior, e IP54 para exterior o Servicio en Ambiente Polvoriento. Clase de Aislamiento: clase F (155 ℃) o superior para el motor del mecanismo de elevación, y clase F o superior para el motor del mecanismo de traslación. El tipo de montaje del motor se elige entre B3 (montaje sobre patas) o B5 (montaje con brida), según el método de conexión con el reductor.
Las condiciones de servicio del motor en una grúa difieren notablemente de las de un entorno industrial convencional: arranques y paradas frecuentes, inversión de giro alternada y cargas de gran impacto son la norma. La norma exige que el motor cumpla los requisitos del régimen de trabajo S3 (servicio intermitente periódico); el factor de marcha (valor FC) se determina según la Clase de Funcionamiento del mecanismo, con los siguientes valores recomendados: 25 % para las clases A1 a A3, 40 % para las clases A4 a A5 y 60 % para las clases A6 a A8. El par de arranque relativo del motor no debe ser inferior a 2,0 veces el par nominal, y el par máximo relativo no debe ser inferior a 2,5 veces el par nominal. Los motores con Control de Velocidad por Frecuencia deben ofrecer además salida de par constante en condiciones de baja frecuencia, con un par de arranque no inferior a 1,5 veces el par nominal. El motor debe estar equipado con un dispositivo de protección térmica independiente (termistor PTC o interruptor térmico) que provoque el apagado automático cuando la temperatura del devanado supere el valor admisible.
Reductor y acoplamiento: criterios de selección
La norma especifica los requisitos de selección del reductor. El reductor del mecanismo de elevación debe ser un reductor de engranajes de dientes endurecidos, con una Resistencia a la Fatiga por contacto del flanco de diente no inferior al grado 10 de AGMA. La relación de transmisión nominal se determina a partir de la Velocidad de Elevación y la velocidad de rotación del Tambor; la desviación entre la relación real y el valor de cálculo no debe superar el ±3 %. La potencia de entrada nominal del reductor no debe ser inferior a 1,25 veces la potencia nominal del motor. El método de Lubricación se elige en función de la potencia y la velocidad de rotación: Lubricación por salpicadura para reductores de potencia baja o media, y lubricación forzada (Bomba de aceite con circuito) para reductores de gran potencia o alta velocidad. El reductor de desplazamiento de tipo eje hueco del mecanismo de traslación debe disponer de un diámetro de Eje Hueco y unas dimensiones de chavetero suficientes, y la carcasa debe estar provista de aletas de disipación para garantizar que la elevación de temperatura no supere los 60 K.
El Acoplamiento es el componente clave de la cadena de transmisión encargado de transmitir el par y compensar las desviaciones de instalación. La norma especifica que el acoplamiento entre el reductor y el Tambor del mecanismo de elevación debe ser un acoplamiento de dientes abombados o un acoplamiento flexible con pernos. El acoplamiento de dientes abombados ofrece una elevada compensación angular (desviación admisible de 1° a 1,5°) y es adecuado para aplicaciones con requisitos de precisión de alineación moderados. El Acoplamiento Elástico, además de transmitir el par, amortigua los impactos y las Vibraciones, y se utiliza para la conexión entre el motor y el reductor. El par nominal del acoplamiento debe seleccionarse entre 2 y 3 veces el par nominal del motor: 3 veces para el mecanismo de elevación y 2 veces para el mecanismo de traslación. El Eje de Transmisión debe fabricarse en tubo de acero sin soldadura o barra de acero maciza; los ejes largos deben disponer de un Rodamiento de soporte intermedio, y la velocidad crítica del eje debe ser superior a 1,5 veces la velocidad de trabajo.
Parámetros de selección de la unidad de accionamiento
La siguiente tabla comparativa resume los parámetros de selección clave de la unidad de accionamiento para cada mecanismo. El personal de diseño puede utilizarla como referencia para la selección preliminar y la verificación.
| mecanismo | Motor Tipo | Potencia Reserva | reductorensayo de tipo | Acoplamiento Par Multiplicidad |
|---|---|---|---|---|
| mecanismo de elevación | YZ/YZR | 1.2~1.4 | reductor de engranajes de dientes endurecidos | ≥3veces |
| mecanismo de traslación | YZ/YZR | 1.1~1.3 | Conjunto/Horizontalreductor | ≥2veces |
| mecanismo de giro | YZ/Variador de frecuencia | 1.2~1.5 | Reductor planetario/Tornillo sin fin | ≥2.5veces |
Requisitos del freno y del eje de transmisión
La norma especifica los requisitos de diseño y selección para los frenos y el eje de transmisión en la unidad de accionamiento. El par de frenado del freno del mecanismo de elevación no debe ser inferior a 1,5 veces el par de elevación nominal, mientras que el par de frenado del freno del mecanismo de traslación se selecciona entre 1,5 y 2,0 veces el par nominal en plena carga. El freno debe instalarse en el extremo del eje de alta velocidad del reductor (lado del motor) y debe ser de tipo normalmente cerrado (frenado por resorte en caso de corte de energía). El electroimán o el impulsor hidráulico del freno debe estar equipado con un dispositivo de liberación manual que permita abrir el freno manualmente en caso de corte de energía para descender la carga. El material de fricción del freno debe ser semimetálico o de metal sinterizado, con un coeficiente de fricción estable entre 0,35 y 0,45 y excelentes propiedades de desvanecimiento térmico. La dureza de la banda de rodadura de la rueda de freno no debe ser inferior a HB280, la profundidad de la capa endurecida no debe ser inferior a 3 mm y la excentricidad radial después de la instalación no debe superar los 0,05 mm.
El eje de transmisión es un componente crítico del mecanismo de traslación del puente con accionamiento centralizado, que conecta el reductor del motor con las ruedas de ambos lados. La norma especifica que el eje de transmisión debe fabricarse con tubo de acero sin costura o acero redondo de grado 45. La velocidad de rotación crítica del eje de transmisión no debe ser inferior a 1,5 veces la velocidad de trabajo para evitar resonancia durante el funcionamiento. La desviación de rectitud del eje de transmisión no debe superar 1/1000 de su longitud total. Para ejes de transmisión largos (luz > 16,5 m), se deben instalar rodamientos de soporte intermedios con una separación máxima de 3 m. La conexión entre el eje de transmisión y el acoplamiento debe realizarse mediante chaveta paralela o conexión estriada, y la tensión de compresión de la chaveta no debe superar los 100 MPa. Después de la instalación, el eje de transmisión debe someterse a un ensayo de equilibrado dinámico, con una clase de precisión no inferior a G6.3. La pintura protectora del eje de transmisión debe ser resistente a la corrosión y a la oxidación. En el caso de grúas a la intemperie, el eje de transmisión debe someterse a una inspección periódica de lubricación y corrosión.
Preguntas frecuentes sobre el sistema de accionamiento
P: ¿Por qué se utiliza un motor YZR en lugar de un motor estándar?
R: Los motores de rotor bobinado de la serie YZR para grúas ofrecen un alto par de arranque (≥2 veces el par nominal), permiten arranques y paradas frecuentes así como inversión de giro, y presentan una alta capacidad de sobrecarga (soportan picos de hasta 3 veces el par nominal). Son un diseño específico para las condiciones de operación de las grúas; los motores estándar no pueden cumplir estos requisitos.
P: ¿Por qué se selecciona el acoplamiento con un factor de par de 2 a 3 veces?
R: Durante el funcionamiento de la grúa, los picos de impacto que soporta el motor pueden alcanzar varias veces el par nominal. Seleccionar el acoplamiento con 2 a 3 veces el par nominal garantiza que no se produzcan daños ni fallos por fatiga debido a pares máximos en las condiciones más desfavorables. Este margen adicional también prolonga la vida útil.
P: ¿Cómo se debe actuar si la temperatura del aceite del reductor es demasiado alta?
R: Primero verifique que el nivel de aceite sea correcto (un nivel demasiado bajo provoca una lubricación insuficiente y sobrecalentamiento). A continuación, compruebe que la viscosidad del aceite lubricante sea la adecuada (una viscosidad demasiado alta o demasiado baja puede causar una elevación de temperatura anormal). Si el nivel y el tipo de aceite son correctos, inspeccione el reductor para detectar ruidos anormales que puedan indicar desgaste en los engranajes.
P: ¿Qué significa el factor de marcha (valor FC) del motor?
R: El valor FC = tiempo de trabajo / (tiempo de trabajo + tiempo de pausa) × 100%. Los motores de grúa están diseñados para un régimen de trabajo intermitente tipo S3. Cuanto mayor sea el valor FC, mayor será la proporción de tiempo de trabajo en el ciclo, lo que genera más calor. Por lo tanto, se debe seleccionar un motor con mayor potencia nominal para garantizar que la elevación de temperatura no supere los límites permitidos.
