Cálculos técnicos do mecanismo de elevação do guincho elétrico: parâmetros completos para a seleção do diâmetro do cabo de aço, do número de voltas no tambor e da potência do motor
📌 Pontos-chave Os três pilares do cálculo técnico do mecanismo de elevação de um guincho elétrico: seleção do diâmetro do cabo de aço (de acordo com a norma GB/T 3811-2008, método do coeficiente de segurança F)max×n, D/d ≥ 20~25), dimensões do rolo (D0≥d×e, número de ranhuras Z = H·m/πD0+2) Potência do motor (P = Q × v / 1000η, φ₂ = 1 + 0,71v). O presente artigo desenvolve o tema passo a passo, desde as fórmulas de projeto até aos exemplos de cálculo, incluindo três conjuntos completos de exemplos de cálculo para 5 t, 10 t e 16 t.
电动葫芦（CD1/MD1/HC型）是起重机最核心的起升部件，其钢丝绳直径、卷筒参数和电机功率的匹配直接决定整机性能和安全等级。起重量≥3t的电动葫芦纳入特种设备监管，起升机构设计须满足GB/T 3811-2008《起重机设计规范》和JB/T 9008.1-2014《钢丝绳电动葫芦 第1部分：型式与基本参数》《钢丝绳电动葫芦》等标准。本文系统梳理起升机构的三项核心计算：钢丝绳选型、卷筒参数设计、电机功率匹配，并附完整计算实例。
Para obter informações sobre os preços e os parâmetros de seleção dos guindastes elétricos de diferentes capacidades, consultePerguntas e respostas sobre os preços dos guindastes elétricos. Para mais informações sobre a aplicação dos guinchos elétricos em pontes rolantes, consulteGuindaste de ponte elétrico de viga única do tipo LD和Guindaste de ponte com polipasto elétrico do tipo LH。
Esquema estrutural do guincho elétrico do tipo CD1/MD1
Esquema de funcionamento do guincho elétrico de 5 t
I. Cálculo do diâmetro do cabo de aço
O diâmetro do cabo de aço é determinado de acordo com o método do coeficiente de segurança da norma GB/T 3811-2008. Fórmula básica Smin=Fmax×n. Em que FmaxÉ determinado conjuntamente pela capacidade nominal de elevação, pelo peso do equipamento de elevação, pelo multiplicador do sistema de roldanas e pela eficiência: Fmax=(Q+q)×g/(m×ηp). O coeficiente de segurança n é selecionado de acordo com o nível de trabalho: M3=4,0, M4=4,5, M5=5,0, M6=6,0, M7=7,0, M8=9,0.
Exemplo de cálculo do modelo CD1 de 5 t:Q = 5000 kg, q = 50 kg, m = 2, ηp=0,98, n=5,0 (M5)
Fmax=(5000+50)×9,81/(2×0,98)=25 276 N
Smin=25,3 × 5,0 = 126,5 kN → Escolher um cabo de aço de φ15 mm (resistência à ruptura de 129,5 kN) ✅
Exemplo de cálculo do modelo CD1 de 10 t:Q = 10 000 kg, m = 4 (fator duplo), n = 5,0
Fmax=(10 000 + 80) × 9,81 / (4 × 0,97) = 25 494 N
Smin=127,5 kN → Escolher um cabo de aço de φ16 mm ✅
II. Cálculo e conceção dos parâmetros do tambor
Diâmetro de seção transversal do rolo D0≥d×e (e: M3=20, M4=22,4, M5=25, M6=28, M7~M8=31,5). Comprimento total do cabo L=H×m+LFixar, número de ranhuras efetivas Z = L/(π × D)0)+2 (margem de segurança), comprimento do rolo L筒=Z×p+Lambas as extremidades(p ≈ d + 2 mm). Espessura da parede δ ≥ 0,7d, tensão de compressão σc=Smax/(p×δ) ≤ [σc] (HT250 ≈ 100~120 MPa).
Bobina tipo CD1 de 5 t:d = 15 mm, M5 → e = 25, D₀ = 375 → considerar 400 mm
H = 9 m, m = 2 → L = 19 m, Z = 19/(π × 0,4) + 2 ≈ 18 canais
p = 17 mm, L筒=18 × 17 + 40 = 346 mm
δ = 12 mm, σc=25276/(17×12)=123,9 MPa, valor próximo do limite superior do HT250 → passar a utilizar aço fundido ZG270-500
III. Cálculo da potência e seleção do motor de elevação
Potência em regime estacionário PN=(Q+q)×g×v/(1000×η), η=ηp×ηd×ηr≈0,85~0,90. Coeficiente de carga dinâmica de elevação φ₂ = 1 + 0,71v (sendo v, em m/s). A seleção do motor deve ter em conta o valor da taxa de utilização contínua (JC) (para M3~M4, selecionar 25%; para M5, selecionar 40%; para M6, selecionar 60%) e o binário de travagem do travão (≥1,5 vezes o binário de carga nominal).
Motor tipo CD1 de 5 t:v = 0,133 m/s, η = 0,87
PN=(5000+50)×9,81×0,133/(1000×0,87)=7,56 kW
φ₂ = 1 + 0,71 × 0,133 ≈ 1,09, Pmax=8,24 kW
Valor JC 40%→Escolher o motor de rotor cónico do tipo ZDⅠ de 7,5 kW✅
Verificação do binário de travagem: T ≥ 51,6 × 1,5 = 77,4 N·m
IV. Tabela comparativa dos parâmetros de conceção mais comuns dos guindastes elétricos do tipo CD1/MD1
| Capacidade de elevação (t) | Diâmetro do cabo de aço (mm) | Diâmetro do rolo (mm) | Potência do motor (kW) | Velocidade de elevação (m/min) | Relação de transmissão da roldana |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 7.4 | 200 | 1.5 | 8 | 2 |
| 2 | 11 | 250 | 3.0 | 8 | 2 |
| 3 | 13 | 300 | 4.5 | 8 | 2 |
| 5 | 13~15 | 400 | 7.5 | 8/0.8 | 2 |
| 10 | 15~17 | 500 | 13 | 7/0.7 | 4 |
| 16 | 18 | 550 | 18.5 | 3.5/0.35 | 4 |
| 20 | 20 | 600 | 22 | 3.5/0.35 | 4 |
V. Considerações relativas à conceção de obras
O raio R da ranhura do tambor é igual a (0,53~0,56)d, sendo o ângulo de desvio do cabo de aço ≤4°. Quanto à potência do motor, não é verdade que quanto maior, melhor — uma potência excessiva pode causar um grande impacto na arrancada, um percurso de travagem mais longo e um aumento dos custos. O guincho de caixa quadrada do tipo HC é adequado para condições de carga pesada M5 a M6; o coeficiente D/d é considerado e = 28, de acordo com a classe M6, e o redutor é de eixos paralelos com dentes endurecidos. Os dispositivos de segurança devem incluir um limitador de altura de elevação, um limitador de sobrecarga (erro combinado ≤ 51 TP3T) e um dispositivo anti-desengate. As capacidades de elevação ≥ 3 t devem ser submetidas a inspeção e certificação.
📌 Recomendações de normas relevantes
• JB/T 9009-2014《钢丝绳电动葫芦 安全规程》
• JB/T 9008.2-2014《钢丝绳电动葫芦 第2部分：技术条件》
Perguntas frequentes
Pergunta: Qual é a diferença entre um coeficiente de segurança de 4 e um de 6 para cabos de aço?
Resposta: O coeficiente de segurança 4 corresponde à classe M3; o cabo de aço é mais fino, tem um custo mais baixo, mas uma vida útil por fadiga mais curta. O coeficiente de segurança 6 corresponde à classe M6; o cabo de aço é mais grosso, o tambor é maior, o custo é mais elevado, mas a margem de segurança é maior. A escolha do modelo deve ser determinada com base na classe de trabalho real.
P: Quais são as consequências de uma espessura insuficiente da parede do rolo?
Resposta: Quando a espessura da parede é insuficiente, a tensão de compressão radial excede o limite de escoamento do material, o que provoca uma deformação em forma de ”bolha” na parede do tambor; nos casos mais leves, isso dificulta o desenrolamento do cabo; nos casos mais graves, pode causar a ruptura do tambor, resultando em acidentes de queda. Todos os tambores da Krud Heavy Industry têm a espessura da parede definida após verificação da resistência.
P: Se o motor tem uma potência calculada de 7,56 kW, por que razão a potência nominal é de 7,5 kW e não de 11 kW?
Resposta: O motor de 7,5 kW, no modelo 40%JC, tem uma capacidade de sobrecarga de 1,6 a 1,8 vezes, sendo que a potência de pico de curta duração cobre a carga dinâmica. A escolha de um motor de 11 kW, embora ofereça uma maior margem de segurança, acarreta um aumento do impacto de arranque e dos custos. A Krud Heavy Industry analisa simultaneamente três aspetos: a potência em regime estacionário, o binário de arranque e a capacidade térmica.
P: Como se determina a relação de transmissão de um redutor?
Resposta: i = nMotor/n筒, n筒= 60 × v × m / (π × D₀). 5t Tipo CD1: nMotor=1380 rpm, n筒≈12,7 rpm, i ≈ 109; na prática, utiliza-se uma relação de redução de três estágios de 100 a 120.
