Puente

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Universidad Tecnológica Nacional – Faculta Regional San Rafael - Dpto. Ingeniería Electromecánica

5º AÑO

Puente Grúa – Guía I H O J A 1

TP N°1

Conf. Ing. Miguel A. Fortunato / Ing. Nicolás M. Putignano

MÁQUINAS DE ELEVACIÓN Y TRANSPORTE AÑO: 2.009 Rev. 00

Cables Composición y arrollamientos de los cables

En la construcción cruzada, los torones son cableados en sentido inverso al de arrollamiento de los hilos que forman los torones. En la construcción Lang, en cambio, los hilos y los torones tienen el mismo sentido de arrollamiento; por ello, los cables Lang tienen más tendencia a destorcerse. Igualmente, cuando los extremos no pueden girar (carga suspendida del gancho) el Lang tiene mayor tendencia a girar. En cuanto a la composición de los cables, según la DIN 655: Los cables se componen de un cierto número de hilos del mismo diámetro. Cada torón de la composición A (6x19) tiene dos capas de 6 y 12 hilos alrededor de un alma; la composición B (6 x 37) y C (8 x 37) tienen además una tercera capa de dieciocho hilos. Para el mismo diámetro exterior, un cable B esta hecho con hilos mucho mas finos que un cable A ya que el número de hilos es mayor. Lo mismo que un cable C tiene hilos mas finos que un cable B ya que el número de torones es mayor. Los hilos tienen la misma inclinación en todas las capas de un cordón y tienen la misma longitud independientemente de su posición en la capa interior o exterior. El paso varía de una capa a otra ya que el diámetro de arrollamiento no es el mismo: a mayor diámetro, mayor paso; es por ello que los hilos de la capa exterior no son paralelos a los de la capa interior y los cruzan. Según la DIN 656: Tienen el paso constante. La inclinación de los hilos varía de una capa a otra. En los torones los hilos no se cruzan nunca, ya que los hilos de las capas exteriores se alojan en los espacios de la capa precedente. Por ello es necesario utilizar hilos de diámetro diferente. Los torones de cables Seal – Lay. DIN 655, A y B, se componen de un hilo central grueso cubierto por una capa de nueve hilos finos. Dentro de los surcos de esta capa se ponen los nueve hilos gruesos de la capa exterior. En la forma C una capa de hilos finos se intercala entre dos capas de hilos gruesos. Las formas D y E comprenden los cables Warrington. Los torones están hechos por un hilo central y dos capas de 6 hilos cada una. Todos los hilos son del mismo diámetro y en los espacios dejados por los seis hilos de la capa exterior, se colocan seis hilos de un diámetro menor.

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CABLES METÁLICOS SEGÚN DIN 655

número Carga de rotura calculada bajo una resistencia del hilo (Kg./mm2) de

composición De

cordones

De hilos x cordón

Total de hilos

Diámetro nominal del cable (tolerancia admisible ± 5%)

Diámetro del hilo (Mm.)

Sección metálica del cable (mm2)

Peso (kg/m) (tolerancia admisible ± 5%)

130 160 180

6.5 0.4 14.3 0.135 1860 2300 2550 8 0.5 22.4 0.21 2900 3600 4050 9.5 0.6 32.2 0.30 4200 5150 5800 11 0.7 43.9 0.41 5700 7000 7900 12.5 0.8 57.3 0.54 7450 9150 10300 14 0.9 72.5 0.68 9450 11600 13050 16 1.0 89.5 0.85 11650 14300 16100 17 1.1 108.3 1.02 14100 17350 19500 19 1.2 128.9 1.22 16750 20600 23200 20 1.3 151.3 1.3 19650 24200 27250

6 x 19 = 114 hilos +1.alma textil. A

6 19 114

22 1.4 175.5 1.4 22800 28050 31600

9 0.4 27.9 0.26 3650 4450 5000 10 0.45 35.3 0.34 4600 5650 6350 11 0.5 43.6 0.41 5650 7000 7850 12 0.55 52.7 0.5 6850 8450 9500 13 0.6 62.8 0.59 8150 10050 11500 14 0.65 73.7 0.7 9600 11800 13250 15 0.7 85.4 0.81 11100 13650 15350 16 0.75 98.1 0.93 12750 15700 17650 18 0.8 111.6 1.06 14500 17850 20100 20 0.9 141.2 1.34 18350 22600 25400 22 1.0 174.4 1.65 22650 27900 31400 24 1.1 211.0 2.00 27450 33750 38000 27 1.2 251.10 2.38 32650 40200 45200 29 1.3 294.7 2.80 38300 47150 53050 31 1.4 341.7 3.24 44400 54650 61500 33 1.5 392.3 3.72 51000 62750 70600 35 1.6 446.4 4.24 58050 71400 80350 37 1.7 503.9 4.78 65500 80000 90700 40 1.8 564.9 5.36 73450 90400 101700 42 1.9 629.4 5.97 81800 100700 118900

6 x 37 = 222 hilos +1 alma textil B

6 37 222

44 2.0 697.4 6.62 90653 111600 125550 16 0.6 83.7 0.84 10900 13430 15050 19 0.7 113.9 1.14 14800 18200 20500 20 0.75 130.8 1.31 17000 22950 23550 21 0.8 148.9 1.49 19350 23800 26800 23 0.85 168.0 1.68 21850 26900 30250 25 0.95 209.8 2.10 27250 33550 37750 27 1.0 222.6 2.32 30250 37200 41850 30 1.1 281.3 2.81 36550 45000 50650 32 1.2 334.8 3.35 43500 53550 60250 35 1.3 392.9 3.93 51050 62850 70700 37 1.4 455.7 4.56 59200 72900 82000 40 1.5 523.1 5.24 68000 83700 94150 43 1.6 595.1 5.95 77350 95200 107100 44 1.7 671.9 6.72 87370 107500 120950 48 1.8 752.2 7.52 97800 120350 135400 51 1.9 839.2 8.39 109100 134300 151050 54 2.0 929.9 9.3 120900 148800 167400

8x37 = 296 hilos +1 alma textil C

8 37 296

58 2.2 1125.1 11.25 146250 180000 202500

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Solicitaciones y duración de un cable Por causa del doble arrollamiento, no es seguro el reparto de la fuerza entre los hilos por igual. En una primera aproximación se puede admitir que todos los hilos son rectos y paralelos al alma. En esta hipótesis se calcula la resistencia teórica a la rotura, como el producto de la sección metálica por la resistencia nominal de un hilo. Si bien el ensayo de un hilo da una resistencia superior a su especificación, el ensayo del cable da una resistencia inferior a la resistencia teórica y admite una diferencia de 20 a 25%. Esto se explica por la inclinación de los hilos y por un reparto desigual de las fuerzas. En cuanto a los esfuerzos de flexión, siguiendo la primera hipótesis y admitiendo que el cable se compone de hilos paralelos y que no hay rozamiento entra ellos, es posible calcular la fatiga de flexión de un hilo utilizando la ley de hooke.

1) 1

σ = Dδ E (kg /cm2)

Sin embargo, es imposible calcular los esfuerzos reales de flexión de un hilo que se encuentra en el interior de un cable metálico de doble torsión aumentado por el rozamiento con los otros hilos y torones. Si admitimos que el cable es rígido como una barra llena de diámetro d, encontramos un esfuerzo de flexión.

2) 1

σ = Dd E (Kg. /cm2)

El esfuerzo real se encuentra entre los límites indicados en las ecuaciones 1 y 2. En servicio normal, estas fatigas o esfuerzos son tan elevados que limitan la duración de los cables, generalmente inferior a la de otros elementos. Por ellos debemos conocer las causas que inciden en la duración del cable. Woernle lo resume del siguiente modo:

Flexión de un cable en el mismo sentido y en sentido opuesto

a) solicitación a tracción. En iguales condiciones, la duración del cable disminuye con el esfuerzo de tracción. Para un servicio duro se deberá optar por una carga de trabajo suficientemente baja

b) Solicitación a flexión. La duración del

cable disminuye en la misma medida en que aumenta el numero de flexiones que sufre un elemento del cable al pasar por las poleas y los tambores, y a medida que disminuye el diámetro de los mismos.

Por una flexión completa se entiende la deformación sufrida al pasar del estado recto al

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estado curvo y volver al recto. Al paso por una polea el cable sufre una flexión completa, mientras que el arrollamiento sobre un tambor no le hace sufrir más que la mitad de una flexión. La influencia de las poleas es mayor que la del tambor. La flexión en sentido inverso ejerce una influencia más desfavorable que dos flexiones en el mismo sentido. Se debe evitar una disposición como en la figura.

c) Calidad del hilo. Un hilo de calidad superior nos da una mayor resistencia, pero la duración no aumenta en igual proporción. Pasando de las calidades de 130 a 160 e incluso a 180 kg/mm2, se registra para la misma carga y el mismo diámetro de cable, un aumento de la seguridad, mientras que la duración aumenta muy poco al pasar de 130 a 160; este aumento de la duración es aun menos importante para la calidad de 180 y se registra una disminución para la calidad de 200 kg/ mm2 En el caso en que haya necesidad de usarlos, se debe respetar el mismo factor de seguridad y aumentar la carga. Los cables de 160 kg/mm2 tienen una duración mas corta que los de 130 kg/ mm2 y es inútil sobrepasar la calidad de 160 kg/ mm2 para los aparatos de elevación

d) Perfil y material de las gargantas: la duración de los cables aumentas con la bondad de su alojamiento en las gargantas de tambores y poleas (Fig. abajo). En una garganta muy grande, el cable apoya solo sobre una zona reducida, y las presiones elevadas que resultan, lo deforman. Para limitar la fatiga y aumentan la duración es necesario que las gargantas conserven la sección circular de los cables. Las gargantas redondas de los tambores y las poleas son más favorables que las poleas de fricción. La duración de un cable en una garganta en V disminuye con el ángulo de la garganta; y en una garganta vaciada disminuye con la anchura del vaciado. En las gargantas vaciadas y en V, los cables de arrollamiento cruzado son mejores, mientras que en las gargantas redondeadas es mejor el cable Lang.

e) Diámetro del hilo: se tiene la costumbre de especificar una cierta relación δ/D del diámetro de los tambores y poleas D y el diámetro δ del hilo. Los ensayos prueban sin embargo, que los cables de hilos gruesos dan frecuentemente mejores resultados sobre poleas de un mismo diámetro D, que los cables de alambres delgados que son más susceptibles de romperse.

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f) Composición y cableado: generalmente los ensayos demuestran que el cable Lang es superior al cable cruzado. Solo los ensayos con gargantas en V o gargantas vaciadas dan superioridad a los cables cruzado. Debido a que anteriormente se amplio este tema diremos solamente que el esmero en la fabricación tiene una extraordinaria influencia sobre la duración del cable.

g) Lubricación del cable: tiene una gran importancia sobre su duración. Antes de la fabricación, el alma de cáñamo y los hilos de los torones deben impregnarse a fondo con aceite o vaselina ya que mas tarde el lubricante no penetraría bien en el interior del cable. Durante el uso, el cable debe ser lubricado con una grasa adhesiva y no acida.

h) Corrosión: La galvanización es una buena opción para evitar la corrosión. Aunque la resistencia del cable disminuye un poco como consecuencia de la galvanización, aumenta generalmente la duración.

i) Calculo aproximado de la duración: Niemenn da la siguiente formula, resultado de una

evaluación de ensayos publicados

2

121 4

9

170100

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

−=≅ bdD

bbWσ

Con W: numero de flexiones sufridas por el cable hasta la rotura (una flexión = paso por una

polea, una flexión en sentido opuesto vale por 1,5 en el caso de un cable cruzado, y por 2 en el caso de un cable Lang

D/d diámetro de la polea sobre el diámetro del cable σ solicitación del cable en Kg/ mm2 b1 coeficiente de forma de la garganta b2 coeficiente del cable Para estos coeficientes se tomaran los valores siguientes Radio de la garganta, r = 0.54 d: b1 = 1 (cables cruzados y Lang) ∞=r b1 = 0.72 (cable cruzado) b1 = 0.65 (cable Lang) Garganta en V a 45°: b1 = 0.72 (cable cruzado) b1 = 0.60 (cable Lang) Cable cruzado 6 + 37, 160 kg/ mm2: b2 = 1.04 Cable Lang 6 + 37, 160 kg/ mm2: b2 = 1.11

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Se ha verificado que el orden de magnitud de W es de 30000 para los polipastos y 140000 para las grúas de cucharas prensoras.

Dimensionamiento de cables para maquinas de elevación

En la DIN 4130 se encuentran reglas para el dimensionamiento, basadas en ensayos y experiencias practicas. Deben de tenerse en cuenta las condiciones de explotación de la maquina. Se dividen en cinco grupos según la frecuencia de los movimientos y la importancia de la carga.

GRUPO FRECUENCIA DE MOVIMIENTOS IMPORTANCIA DE LA CARGA I Movimiento de precisión Sin precisar II Móv. Poco frecuente Raramente plena carga III Móv. Frecuente / móv. Poco frecuente Raramente plena carga / plena carga IV Móv.. frecuente Plena carga

V Móv.. frecuente Todas las cargas en la industria siderurgia

Clasificación de las grúas según sus condiciones de trabajo

Corte C - D Corte A - B

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CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS SEGÚN LOS GRUPOS (Extraído de la DIN 30) Tipo de aparato Movimiento Grupo Observaciones

I Polipastos y cabrestantes manuales Cabrestante II

2 Puentes-grúa de central Cabrestante II

3 Puentes-grúa para locomotoras Cabrestante II ó III III si trabaja normalmente a plena carga

4 Puentes-grúa de taller y de parque de pequeña potencia Cabrestante II ó III Ver 3

Cabrestante auxiliar II ó III 5 Puentes-grúa de taller y de parque de grandes potencia

Cabrestante principal II

6 Puentes-grúa de montaje Cabrestante II

7 Puentes-grúa de fundición Cabrestante II Ver 3, grupo IV ó V para las grúas de colada

8 Grúas de suspensión para máquinas de remachar Cabrestante II ó III

9 Grúas de astillero Cabrestante II ó III Ver 3

Variación de alcance I 10 Grúas gigantes (también flotantes

Cabrestante I ó II Grupo III ó IV en el caso de riesgo elevado

Cabrestante II ó III Ver 3 11

Grúas giratorias:

Trabajo con gancho Trabajo con cuchara prensora

Cabrestante III ó IV IV si trabaja normalmente con cucharas. Las poleas de la cuchara tendrán el mismo diámetro que las otras

12 Grúas de canteras Cabrestante III

Translación del carro I

Cabrestante II ó III 13

Pórticos de descarga:

Trabajo con gancho

Trabajo con cuchara Cabrestante IV

14 Volcadores de vagones Cabrestante IV

Variación de alcance I 15 Grúas de obra de edificación

Cabrestante II

GRÚAS ESPECIALES PARA LA SIDERURGIA

16 Puentes grúa ligeros para montaje de cilindros de laminadores Cabrestante II ó III

17 Deshornadotes y cargadores Cabrestante V

18 Puentes grúa para transporte de laminados

Puentes grúa con carro transversal. de tenazas Cabrestante IV ó V

19 Puentes grúa de colada Cabrestante V

20 Puentes grúa para transporte de lingoteras y lingotes Cabrestante V

21 Puentes grúa para hornos PITS Cabrestante V

22 Puentes grúa “ stripper” Cabrestante V

Cabrestante III 23 Puentes grúa para chatarra de fundición

Cabrestante IV ó V

III si el peso de la pera quebrantadora es inferior a la capacidad de la grúa

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CLASIFICACIÓN DE LOS APARATOS DE ELEVACIÓN

SEGÚN FEM/DIN 15020 El diámetro del cable se calcula por la formula

Skd = Que garantiza una duración suficiente. Para el diámetro de tambores y de poleas se utiliza la formula

ScD =

En estas dos formulas tenemos: S, tracción máxima sobre un ramal del cable, en kg d, diámetro del cable en Mm. D, diámetro primitivo del tambor o la polea en Mm. K y c, coeficiente según la tabla de factores de seguridad y coeficiente

cable

k Tambor

c Polea

c

Polea de Compensación

c

grupo

Valores de r para 160 kg/mm2 Para cables de 160 y 180 kg/ mm2

I 5.5 a 6 0.30 a 0.32 5 a 6 5.5 a 7 4.5 a 5 II 5.5 a 6 0.30 a 0.32 6 a 7 7 a 8 4.5 a 5 III 6 a 7 0.32 a 0.34 7 a 8 8 a 10 5 a 6 IV 7 a 8 0.34 a 0.37 8 a 9 9 a 12 6 a 7.5 V 8 a 9.5 0.37 a 0.40 8 a 9 9 a 12 6 a 7.5

Los coeficientes k y c de la tabla precedente son valederos para las calidades de 160 y 180 kg/ mm2. Los coeficiente de seguridad y están por el contrario, calculados para 160 kg/ mm2 y deben ser mayorados en 1/8 para un cable de alambre de 180 kg/ mm2. Si elegimos un cable de diámetro superior al diámetro calculado en 1.25 veces, no es necesario aumentar por ello los diámetros de las poleas y tambores mas allá de los valores calculados por medio de los coeficientes c.

FACTOR K SERVICIO 600 1600 3200 6300 12500 25000 50000

0.125

Frecuencia muy reducida

de la carga máxima

M3 1Bm M4 1A

m M5 2 m M6 3 m M7 4 m

0.250 Frecuencia

reducida de la carga máxima

M3 1Bm M4 1A

m M5 2 m M6 3 m M7 4 m M8 5 m

0.500

Frecuencia aproximada

igual de cargas pequeñas,

medianas y máxima

M3 1Bm M4 1A

m M5 2 m M6 3 m M7 4 m M8 5 m M8 5 m

1 Frecuencia elevada de

cargas máxima M4 1A

m M5 2 m M6 3 m M7 4 m M8 5 m M8 5 m M8 5 m

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Se debe elegir el valor superior del coeficiente c, si el mismo elemente de cable pasa por un número elevado de poleas, o si es plegado en sentido inverso. Hay siempre libertad de elegir diámetros mayores para los tambores y poleas.

Poleas para cables Dimensiones El diámetro primitivo de la polea D se calcula según la DIN 4130, con la formula

ScD =

*el ancho b2 de la llantas de las poleas soldadas esta dado a título indicativo

**el ancho del cubo l de las poleas montadas sobre cojinetes lisos puede ser elegido entre la cota mínima y la máxima (el ancho del cubo de las poleas montadas sobre rodamientos se deja a elección del constructor). Construcción Las poleas pueden hacerse en fundición, acero moldeado o construcción soldada. Las poleas de fundición de pequeñas dimensiones son de alma llena; las mayores tienen 4 o 6 brazos y vaciados entre los mismos, de forma parecida a las poleas de transmisión. De todos modos se deben verificar las fatigas de trabajo del eje y aumentar el agujero de la polea si fuera necesario.

b2 * b2 * d l

fundicion

acero moldead

o

acero

cota min.

cota max.

cota min.

cota max.

fundicion

acero moldead

o

acero

cota min.

cota max.

80 105 22 20 25 30 50 2 3.5 - - - - - -100 130 25 20 25 30 50 2.7 3.5-5 - - - - - - - -125 160 30 25 30 35 60 3.5 5-6.5 - - - - - - - -160 200 32 25 40 35 60 4.3 6.5-8 200 32 50 60 5.4 8-10.200 240 36 25 50 40 60 5.4 8-10. 250 36 60 70 7 10-13.250 300 40 25 60 50 70 7 10-13. 305 45 70 80 8.5 13-16315 375 50 30 80 60 80 8.5 13-16 380 55 80 100 12 16-22400 460 60 40 100 70 120 12 16-22 480 65 90 110 14.5 22-27500 580 70 50 125 80 140 14.5 22-27 590 75 110 140 18 27-33630 720 80 60 140 80 150 18 27-33 730 90 125 150 23 40-43710 800 85 70 160 90 180 18 27-33 840 110 125 160 26 43-45-48800 900 95 80 180 100 200 23 33-40-43 930 130 140 170 29 48-51-54900 1010 105 90 200 130 240 24 40-43-45

110 24 40-43-45115 29 48-51-54115 26 43-45-48125 32 51-54-58125 26 45-48135 32 51-54-58

1400 1550 135 100 220 200 250 32 51-54-58

115135

r

diametro del cable s

60708095

-

364050

poleas de compensacion

D2

b1

r

diametro del cable s

11201000

1250

1400

1120

1250

200

220

220

90

100

100 250

250

240130

130

160

115120130

130

95105110110

65758090

32364555

22253030

poleas de polipasto y de reenvio

D2 D1

b1 d l **

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Las poleas de fundición no resisten bien el desgaste, y en el caso de un servicio duro se deben prever poleas en acero moldeado, cuyo precio es bastante mas elevado. Actualmente se emplean de manera creciente poleas soldadas que son menos pesadas y menos caras que las de acero moldeado, a condición de tener el utillaje necesario. La ligereza es sobre todo ventajosa en las poleas de cabeza de las plumas donde el peso incide desfavorablemente sobre el momento de vuelco y el peso total de la maquina. En las poleas soldadas la llanta es un angular o una pletina que primeramente se ha perfilado y después se ha plegado en forma semicircular por medio de una plantilla. Sobre una mesa de soldar se montan finalmente las dos semillantas y el cubo para los brazos de chapa o varilla. Peso de las poleas de fundición y de construcción soldada

La tabla pone de relieve el ahorro de peso respecto de las poleas de fundición. Las diferencias de peso son particularmente elevadas en las poleas de perfil ensanchado que permiten el paso de las peras de unión. El cálculo de la resistencia de una polea soldada debe sobre todo, comprobar los esfuerzos de las llantas y de los brazos. La componente radial de la tracción del cable solicita a la llanta a flexión. Para un elemento comprendido entre dos radios, la resultante P de estas componentes radiales se encuentra por medio de un polígono de fuerzas o por la formula

P = 2 S sen 2y

Con S tracción del cable Y ángulo entre dos radios Dado que esta carga es uniformemente repartida y que la llanta puede ser considerada como una viga sobre varios apoyos, encontramos para el máximo momento de flexión:

Mf máx. = 16Pl

Diámetro primitivo de la polea D1……………… 400 500 630 710 800 900 Peso en kg de una polea montada sobre anillo de fundición 33 59 85 128 195 308 Peso en kg de una polea montada sobre anillo de construcción soldada

14

23 30 45 60 75

Ahorro de peso (%) 58 61 65 65 69 75

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Con l = longitud de un elemento

Si W designa el momento resistente de la llanta (ylW = ) se encuentra para la fatiga de flexión:

σf = W

Pl16

(Se admite aprox. σf = 1000 kg/cm2 para A 03 NE, de 37 kg.) Los dos radios de varillas están solicitados cada uno a pandeo por la misma fuerza

P = 2S sen 2γ

Si F designa la sección total de los dos redondos y ω factor de pandeo tendremos:

σ = 252

sen wF

γ

Se admite aproximadamente 1000 kg/cm2 Tambores de cables Los tambores lisos, con varias capas de cables, se usan solo en cabrestantes para las Obras Publicas; y en las cucharas mecánicas y en los tambores de almacenamiento que se encuentran detrás de las poleas de fricción, almacenando grandes longitudes de cable con tensión reducida. Los tambores de cable deben estar provistos de dos pestañas de una altura igual a vez y media el diámetro del cable. Se puede suprimir esta pestaña a condición de evitar, por otros medios, que el cable caiga entre los engranajes. Dimensiones El diámetro de arrollamiento de un tambor se calcula según DIN 4130

ScD = La longitud l del tambor depende de la longitud L del cable a enrollar. El número n de espiras necesarias se calcula como sigue:

πDLn =

Es necesario dejar al menos 1.5, 2 o 3 espiras muertas, que refuerzan la fijación del cable y que se impiden que se desarrolle por completo, aun en el caso de que el gancho alcance la posición mas baja. El paso y las otras dimensiones de las gargantas se pueden elegir según la Sig. Tabla. En caso de una fuerte inclinación de los cables o de una tracción oblicua, se pueden elegir gargantas mas profundas Dimensiones de las ranuras de los tambores de los cables

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Dimensiones de las ranuras de los tambores

Diámetro del cable

10 13 16 19 22 27 33 40 44

s 12 15 18 22 25 31 37 45 49 r 5.5 7 9 10.5 12 15 18 22 24 a 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 5 6

Espesor de los tambores La solicitación de un tambor se compone 1° de una torsión, 2° de una flexión por la tracción del cable, y 3° de una compresión causada por el apriete del cable. Los esfuerzos de torsión son pequeños y por ello despreciables. Generalmente los esfuerzos de flexión también son despreciables excepto para los tambores de longitud excesiva; por lo tanto, el espesor de un tambor debe elegirse de acuerdo a la solicitación del arrollamiento. Deformación de un tambor bajo la influencia de una espira de cable única

Solicitación a compresión del tambor en el caso de un arrollamiento completo El arrollamiento solicita al tambor a compresión y a flexión. El tipo de solicitación se pone en evidencia imaginando un tambor que soporta una única espira de cable. Bajo la influencia de la tracción del cable el tambor se comprime con la máxima deformación debida al arrollamiento. A medida que nos alejamos de la espira, la deformación, y consecuentemente el esfuerzo debido a la compresión, disminuye. El perfil de un tambor deformado es el que presenta la figura anterior, mostrando que existe una solicitación a flexión en sentido paralelo al eje del tambor. Los esfuerzos máximos debidos a una sola espira son los siguientes: ( S es la tracción en kg)

A compresión: )/(193.0 2462 cmkg

hDS=σ

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A flexión: )/(161.1 2462 cmkg

hDSf =σ

En servicio normal, el tambor nunca será cargado por una sola espira aislada. Siendo corriente que el arrollamiento del cable bajo tensión se empiece desde un extremo del tambor, se podrá obtener el esfuerzo total soportado por esta, recubierto totalmente de espiras, calculando los esfuerzos causados por cada espira aisladamente y superponiéndolos. En este caso, la solicitación de la flexión local será nula, porque si la tracción no varia, la deformación por compresión es constante y la generatriz del tambor será recta. No obstante, los esfuerzos de compresión se añadirán hasta que la sección correspondiente al paso del enrollamiento sea solicitada por la tracción del cable. Bajo esta hipótesis el esfuerzo de compresión se calcula así:

)/( 2cmkghsS

=σ

Pero esta hipótesis no se cumple siempre en forma exacta. Porque cuando se coloca la primera espira, el tambor no sufre la deformación total, que es el resultado del arrollamiento completo. A medida que la deformación del tambor aumenta bajo la influencia de las espiras, la tracción del cable de las primeras espiras disminuye. La fricción del cable sobre el tambor evita que las tensiones se equilibren de un extremo a otro del arrollamiento. Para el tambor completamente recubierto de espiras se tiene para el esfuerzo de compresión:

hsS85.0=σ

En la extremidad del arrollamiento, el esfuerzo es inferior, porque la parte del tambor que no esta recubierta todavía de espiras refuerza la parte arrollada. El esfuerzo a compresión de la parte

arrollada se puede calcular por la formula:

)/(5.0 2cmkghsS

a =σ

No obstante en este lado subsiste una fuerte flexión local que se puede cifrar en:

)/(196.0 2462 cmkg

hDfa =σ

Las dos solicitaciones son simultáneas, aunque actúan sobre secciones desfasadas 90°. Dado que se trata de una solicitación repetida, los esfuerzos admisibles no deben sobrepasar los valores siguientes Fundición: faσ = 200 a 250 kg/cm2 Acero (St 37.21) aσ = faσ =500 Kg./cm2 Para los aceros de resistencia superior, se pueden admitir valores mas elevados. Si aσ es inferior al límite se puede admitir un faσ poco superior y viceversa.

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Los valores dados, lo son para un servicio normal. Para un servicio ligero (utilización poco frecuente, pequeñas cargas) se puede mayorar en un 25%. Para un servicio duro, en cambio, se debe disminuir en un 20%. La siguiente tabla da los espesores del tambor en el fondo de la garganta para servicio normal, en función de las tracciones y de los diámetros del cable. Para los tambores de fundición se deben mayorar estas cifras de 3 a 10 Mm., según el diámetro del tambor, para compensar una eventual excentricidad del cubo. La formula espesor = diámetro del cable, da resultados satisfactorios para tambores de fundición. Espesor h en milímetros de los tambores soldados en acero de 37 kg (St 37.21) y de tambores de fundición de 18 kg

Diámetro del tambor (Mm.) tracción del cable (kg)

Diámetro del cable (Mm.)

Paso (Mm.)

250 300 400 500 600 700 800

500 8 9.5 4 (6)

4 (6) - - - - -

1000 10 12 6 (9)

6 (9) - - - - -

1500 13 15 - 8 (12) 7 (11) - - - - 2000 16 18 - 9 (14) 8 (13) - - - - 2500 16 18 - - 10 (15) 10 (12) - - - 3000 19 22 - - 11 (16) 11 (16) - - - 4000 22 25 - - - 12 (18) - - - 5000 24 27 - - - 14 (20) 14

(20) - -

6000 27 31 - - - - 15 (22)

14 (22)

-

7000 29 33 - - - - 16 (24)

16 (24)

-

8000 31 35 - - - - - 17 (26)

-

9000 31 35 - - - - - 19 (27)

18 (26)

10000 33 37 - - - - - 20 (28)

19 (27)

Los valores entre paréntesis se entienden para tambores de fundición en servicio normal. Para los tambores soldados, se calcula el espesor del cilindro de chapa según la siguiente figura

xadh +−+2

x representa un sobre espesor que varia de 2 Mm. para 500 Mm. de diámetro, 3 Mm. para 1000 Mm. y 4 Mm. para 1500 mm. Para obtener en todo caso el espesor h en el fondo de la garganta, se indican las siguientes tolerancias para el diámetro exterior: +0 y -2 x . Para los valores a ver tabla de dimensión de las ranuras de espesores. Proyecto de los tambores

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Los tambores en acero moldeado no se justifican, porque por razones de fundición deben tener poco mas o menos el mismo espesor que los tambores fundidos. En cambio, los tambores soldados permiten economías considerables de peso y son más económicos en los diámetros grandes. El tambor se hace de una chapa laminada y soldada según una generatriz. Los costados recortados de las chapas son solicitados a flexión por la componente que resulta de la inclinación de los cables. Esta componente H puede ser estimada en un 10% de la tracción del cable. El esfuerzo a flexión de los costados se calcula:

232144.1

WH

DDM

f ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −=σ

Con: W espesor del costado D diámetro del tambor DM diámetro del cubo Para los tambores soldados, se admite fσ hasta 1000 kg/2 cm. Para los tambores fundidos se elige W aproximadamente igual a h Inclinación y guiado del cable El ramal ascendente y descendente del cable deben estar, si es posible, en el plano de las gargantas de los tambores y de las poleas para evitar que el cable de saltos. Frecuentemente es necesario, por razones de construcción, dar al cable una cierta inclinación con el plano de las gargantas. Esta inclinación es solo admisible si el cable no tiende a saltar el borde de la llanta, pues de lo contrario se saldría de las gargantas o tambores.

La figura representa la inclinación del cable sobre una polea. Entre los puntos m y a el cable se apoya contra la pared de la garganta para abandonarla tangencialmente en a. Se ha diseñado el trayecto mixto indicando el eje del cable según varios planos radiales a través del centro de la polea. Para evitar que el cable se apoye contra la pared de la polea, se ha hecho que k sea mayor que h (k es la profundidad de la garganta y h la altura del punto a)

Designando por β el ángulo de inclinación de la pared de la garganta y por D el diámetro de la

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polea, se encuentra la inclinación máxima admisible del cable en una distancia de 1000 Mm. al centro de la polea por:

Max )(1

2000 mm

kD

tgt+

=β

En la figura la inclinación máxima esta representada en punteado. Las ranuras helicoidales del

tambor tienen la inclinación π

βDstg = . Del lado del tambor vacío (según el sentido de

inclinación de las ranuras) la inclinación 1a del cable esta limitada por el hecho de que el no debe montar sobre la arista de la ranura; y del lado de las espiras precedentes (en sentido contrario a la inclinación de las ranuras) su inclinación 2c esta igualmente limitada por el hecho de que no debe tocar la espira anterior.

Para determinar el máximo valor de estos ángulos, se han transportado de nuevo los planos auxiliares E a través del centro del tambor, encontrando la posición relativa del cable y de la ranura. La envolvente de los diversos círculos que representan las posiciones del cable correspondiente a los cortes efectuados, no deberá cortar el perfil de la garganta o la sección del cable vecino. La inclinación admisible para una distancia de 1000 Mm. es

)(1000 11 β+= atgt

)(1000 22 β+= atgt

=ds

cabledeldiametroranuraslasdepaso

.....

cabledeldiametrotambordeldiametro

dD

....

=

Las figuras representan los valores admisibles para a1 y a2 en función de las relaciones s/d y D/d. Habiendo visto que la inclinación admisible es mayor en el sentido de las ranuras helicoidales, tendremos interés en descentrar la polea de reenvío con objeto de tener el

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Máximo desplazamiento posible. De este modo se respeta el mismo margen de seguridad en los dos extremos del tambor.

Según Zignoli, con respecto a los tambores; si el cubo esta muy desproporcionado con respecto a los flancos, se deben reforzar estoa por nervios. Estos nervios no deben llegar a la parte cilíndrica del tambor, porque el reforzamiento por nervios circulares o longitudinales, es contraproducente. Es así porque tales esfuerzos impiden la deformación del tambor, pero por la misma razón, tiene lugar una acumulación de esfuerzos locales sobre las partes reforzadas. Comúnmente se monta el tambor sobre un eje fijo porque de esta forma el diámetro del eje puede ser mas reducido, dado que esta centrado y calado sobre la rueda dentada del accionamiento. Todos los tornillos del montaje serán provistos de anillos de cizalladura para transmitir el par. Para tambores ranurados el diámetro de la canaleta es 1 3p d mm= + ÷ La profundidad de la ranura es 0.3 0.33sh d= ÷ , donde d es el diámetro del cable en mm

El espesor esta demostrado por experiencia que es .

Tspτ

= =

Donde: T : es el máximo tiro del cable,

admσ : es la tensión admisible del material que puede tomarse como 0.3 de la tensión de rotura

rotσ (16 kg/mm2 para fundición y 50 kg/mm2 para acero) En términos prácticos: 0.02 10s xD mm= + para fundición 0.02 3s xD mm= + Para acero

El diámetro del tambor es para grúas en general 25Dd=

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Diámetro del eje d

Disposición y rendimiento de las transmisiones por cable Las figuras representan las disposiciones que se encuentran más corrientemente. Las formas 73 y 74 se encuentran sobre todo en las grúas giratorias. Las restantes se aplican a los puentes grúas

30-35 40-45 50-55 60-65 70-75 80-85 90-95 100 110 120 130 140 150 160

a 30 35 40 45 50 55 60 60 65 70 75 80 80 80 b 8 8 10 12 14 14 16 16 18 18 18 20 20 20 c 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 c1 105 125 135 155 175 185 205 220 230 240 260 270 290 290 e 45 50 60 65 70 80 85 90 100 110 150 125 130 130 e1 70 85 95 110 125 135 150 160 170 180 195 205 220 220 f 24 30 37 44 50 57 63 67 74 80 87 92 95 95 f1 27 33 41 46 54 59 66 - - - - - - - g 24 33 42 51 60 69 78 g1 29 38 47 56 65 74 83 87 96 105 114 122 130 130

∅ 14 14 14 14 18 18 18 21 21 21 28 28 28 28 espesor 1/2 1/2 1/2 1/2 5/8 5/8 5/8 3/4 3/4 3/4 1 1 1 1

?

?

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El cable va directamente del tambor al polipasto. Si el gancho esta suspendido de un solo ramal, la carga e desplazara lateralmente durante la elevación siguiendo el enrollamiento del cable sobre el tambor. El empleo del aparejo de una sola polea reduce este desplazamiento a la mitad. Se prefiere evitar totalmente tales desplazamientos en las maniobras de precisión y ello se logra empleando dos aparejos simétricos. Los tambores llevaran ranuras helicoidales a derecha y a izquierda respectivamente para enrollar los dos ramales. Los ramales muertos de los aparejos son reunidos a través de una polea de equilibrio que garantiza una distribución igual en los aparejos (polea de compensación) y permite igualar la diferencia en los alargamientos de los cables. En lugar de las poleas se encuentran también manguetas de equilibrio, pero estas tienen el inconveniente de un curso limitado. Las disposiciones entrañan una flexión del cable en sentidos opuestos, que se puede tolerar porque el cable se encuentra en reposo. Pero el ramal inclinado tiene la desventaja de causar en la elevación un pequeño desplazamiento perpendicular al eje del tambor Rendimiento

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Las perdidas por la fricción interior del cable durante las flexiones y las perdidas por rozamientos de los ejes de los tambores y poleas determinan el rendimiento de una transmisión por cable La rigidez del cable se debe a: La resistencia elástica de los alambres Las fricciones interiores entre los alambres

A causa de la sola resistencia elástica, el cable tomaría la forma indicada en la figura 80. no habría pérdida, porque los brazos de palanca de los ramales están igualmente mayorados. En cambio, las fricciones interiores aumentan el brazo de palanca del lado de la resistencia y disminuyen el brazo del lado del accionamiento, dado que el cable tiene tendencia a conservar su forma, sea recta o curvada. Haciendo abstracción de los rozamientos de los ejes, la tracción del lado del accionamiento debe ser mayor a la del lado resistente. Esta resistencia se denomina s (rigidez del cable). Rubin ha hecho ensayos de cables con diámetros d de 13 a 20 Mm., utilizando poleas de un diámetro D de 500 a 900 Mm. y esfuerzos de tracción S de 1000 a 4000 Kg. habiendo deducido las siguientes formulas Cables Lang

( )( )kgSDds 300063.0

2

+=

Cables cruzados

( )( )kgSDds 50009.0

2

+=

En estas formulas d y D se dan en cm y S en kg. Bajo condiciones normales, las perdidas causadas por los rozamientos interiores del cable al paso por una polea de reenvío son inferiores a 1%. El valor del arco abrazado no juega ningún papel. En cambio, las perdidas en los ejes, dependen de la reacción, es decir, de la resultante de las tracciones en los dos ramales. Para un arco abrazado de 180° esta resultante es R=2S. El momento de rozamiento del eje es

22 1

1d

SM μ=

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d1 es el diámetro del eje. Para vencer este momento es necesario que se ejerza, del lado del cabrestante, una fuerza suplementaria de

D

dSs 11 2 μ=

Bajo condiciones normales (611 ≈

Dd y palieres a cojinetes 09.0=μ ) se puede tener

s1= 0.03S

Las perdidas totales (rozamiento interior del cable y fricción de los ejes) de una polea de reenvio con un arco abrazado de 180° se pueden evaluar como sigue

Sss 04.01 =+ El rendimiento de la elevación (en el descenso el rendimiento de las poleas y los aparejos es solo un poco inferior) viene dado por

96.01 =++=

ssSS

Rη

Con poleas provistas de ejes sobre rodamientos a bolas, el rendimiento es

=Rη 0.098 a 0.985 En el momento de enrollamiento del cable sobre el tambor, la resistencia elástica entra en juego, porque durante la elevación hay que vencer la resistencia elástica correspondiente al número de espiras enrollado, que no se recupera hasta el descenso. Por ello, el rendimiento del tambor es inferior al de una polea, pero las perdidas por fricción interior son la mitad y los frotamientos en los ejes son menores, aun teniendo en cuenta la reacción del engranaje. De este modo se puede admitir para un tambor el mismo rendimiento que para una polea de reenvío. Sobre cojinetes de deslizamiento 96.0=Tη Sobre cojinetes de bolas 98.0=Tη

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Rendimiento de las poleas del aparejo Las tracciones S1 y S2 en los dos ramales equilibran la carga Dado que RSS η21 = se encuentra

QS R =+ )1(2 η

Con la polea sin fricción se tendría 22QS = ; el rendimiento es

21

1

222

R

R

M Q

Q

S

Qη

η

η+

=

+

==

Se puede admitir para la polea del polipasto: con cojinetes de deslizamiento: 98.0=Mη con rodamientos de bolas: 99.0=Mη El rendimiento de los polipastos se calcula de forma análoga Para un polipasto ideal de z ramales, la fuerza en cada uno de ellos es

zQSSSS z ===== ...321

En realidad las tracciones varían de un ramal al otro, bajo la influencia de los rendimientos Rzz SS η=−1 ; 2

2 Rzz SS η=− ; 33 Rzz SS η=− ; 2

2−= z

RzSS η ; 11

−= zRzSS η

La suma de estas tracciones están equilibradas con la carga E:

( ) QS zR

zRRRRz =++++++ −− 1232 ...1 ηηηηη

La expresión entre paréntesis es una serie de progresión geométrica cuya suma esR

zR

ηη

−−

11

la ecuación queda QSR

zR

z =−−ηη

11 donde z

R

Rz QS

ηη

−−

=11

El rendimiento en el ascenso se escribirá entonces

R

zR

zR zS

zQ

ηηη

−−

==111

Se admite 96.0=Rη para los ejes de cojinetes simples y 98.0=Rη para los ejes sobre rodamientos. Con estos valores se obtienen los rendimientos presentados en la tabla en función del número de ramales. Para obtener el rendimiento total de la transmisión, se debe multiplicar el rendimiento del polipasto por el del tambor. Rendimiento de los polipastos

Numero de ramales portantes 2 3 4 5 6 7 8 Con cojinetes…… 0.98 0.96 0.95 0.92 0.905 0.89 0.87 Con rodamientos……… 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.94 0.93

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Dispositivos simples de suspensión

El numero de ciclos y la capacidad de un aparato esta determinado por las velocidades de los diferentes movimientos y por el tiempo necesario para enganchar y desenganchar la carga. Estas maniobras son frecuentemente de un tiempo mayor que el tiempo de marcha. De ahí la importancia, desde un punto de vista económico, de concebir dispositivos de enganche que permitan efectuar estas operaciones en un mínimo de tiempo y con un mínimo de mano de obra. Por ello estos dispositivos se deben adaptara la naturaleza del material a transportar. Los dispositivos simples permiten frecuentemente aumentar la capacidad de manera sorprendente. Es evidente que su funcionamiento debe ofrecer todas las garantías de seguridad. La estadística demuestra que un gran número de los accidentes de trabajo son causados por un enganche mal hecho. No se puede tener la seguridad suficiente contra la ruptura, pero si de que la carga no pueda escaparse del gancho. La instrucción y el control del personal exigen el cuidado de sus detalles. De otra parte, estos dispositivos deben cuidar las mercancías y ser ligeros para aumentar el rendimiento del aparato y, además, ser fáciles de maniobrar. Existen dispositivos muy variados, correspondientes a la gran diversidad de las mercancías, pero hablaremos únicamente de los dispositivos simples, aquellos que no necesitan mas que un cabrestante simple con gancho o grilletes. Ganchos y grilletes Calculo Los ganchos están solicitados a tracción en su parte recta y simultáneamente a tracción y flexión en la parte curvada.

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a

a

a

Con los símbolos de la figura, el esfuerzo en tracción para las secciones menores del vástago se calcula así

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4

20d

Qπ

σ =

Se admite σ ≤ 300 a 600 Kg. / cm2 (St C 25.61). La cifra inferior es suficiente par alas pequeñas cargas útiles. Se toma la superior para las cargas grandes. La fatiga de la sección I – II en la parte curvada se calcula de forma aproximada, despreciando la influencia de la curvatura:

Momento de flexión )(2 11 kgcmeaQM ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

Tensión en el punto I resultante de la flexión: ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ==

vIWcmkg

WM

traccion ff )/( 2

1

σ

Compresión en el punto II resultante de la flexión

)/( 2

2

cmkgWM

compresion ff =σ

Luego se obtiene el esfuerzo en tracción pura FQ /=σ (siendo F la sección). Las fatigas de la sección I – II se obtienen como sigue Punto I, tracción

)/( 2

1

cmkgWM f=σ

Punto II, compresión

)/( 2

2

cmkgWM f=σ

Para disminuir la tensión de tracción en el punto I, el mas peligroso, se da en la sección I – II la forma de un trapecio cuya base mayor se encuentra en el punto I. Se admite una tensión a tracción de σ tracción = 600 a 700 kg/ cm2 (St C 25.61) Además de la sección I – II, hay que verificar también la III – IV bajo la hipótesis de una tracción oblicua de la eslinga. El momento de flexión según la figura será

)45..(..2 max °≈= aconatgxQM f

Un cálculo exacto del gancho como viga curva da las fatigas siguientes en los puntos I – II.

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Punto I )/(2

. 21 cmkgae

FxQtraccion =σ

Punto II )/(

2

. 2

21

2 cmkgeea

eFxQcompresion

++=σ

Con 12ear += siendo e1 la distancia al centro de gravedad, llegamos a

.1

1

1 dFer

eF

x ∫ +=

Según TOLLE, se puede determinar fácilmente el valor F por un método grafico.

Partiendo del centro de curvatura, se trazan los radios MA hasta la periferia de la sección del gancho. Desde estos puntos se bajan las perpendiculares; en la intersección B con los radios BS paralelos a los radios MA que pasan por el centro de gravedad S determinan dos superficies auxiliares f´ y f´´. Se establecen las áreas de las superficies en cm2. En tal caso se tiene ( ) xFff =− ´´´2 Este calculo exacto corresponde perfectamente a los resultados de las medidas de la deformación hechos sobre ganchos de tamaño natural y da, comparado con el calculo aproximado, valores superiores para la tracción (en el punto I) e inferiores para la compresión (en el punto II). La curva de las fatigas es una hipérbola. La tracción máxima en el punto I, determina la resistencia a la fatiga; aunque el gancho puede soportar una sobrecarga excepcional sin romperse. En este caso, se sobrepasa el límite elástico en el punto I y esta zona sufre una deformación plástica que cambia favorablemente la repartición de las solicitaciones. Para establecer la solicitación después del cálculo exacto, se puede admitir

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σ = 800 a 1300 Kg. / cm2 (St C 25.61). Los ganchos para los cabrestantes a mano pueden ser menos robustos, es decir, admitimos una solicitación más elevada, porque están sometidos a menos choque y sobrecargas. Proyecto de ganchos Los ganchos simples están normalizados hasta cargas útiles de 250 toneladas métricas. La DIN 687 indica los ganchos brutos de forja para cabrestantes a mano y a motor (ver figura Gancho bruto de forja para cabrestantes manuales o a motor según DIN 687) La DIN 689 indica los ganchos de grilletes para cadenas de carga y la DIN 688 los esfuerzos admisibles y las instrucciones para las certificaciones y cuidados periódicos Material ST C 25.61 Para los ganchos expuestos al calor: aceros de envejecimiento, resistencia 42 – 50 Kg. /mm2.

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Gancho bruto de forja para cabrestantes manuales o a motor según DIN 687

Sección de un gancho forjado a mano CROQUIS 1 Sección de un gancho estampado

Normalmente los ganchos se suspenden de un travesaño por medio de una tuerca. Para evitar los efectos de entalladura, se recomienda elegir un fileteado con paso suficientemente grande y prever redondeos suficientes entre la rosca y la parte cilíndrica.

Corte C - D Corte A - B

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la rosca y la parte cilíndrica.

Las figuras siguientes representan ganchos especiales

El gancho de seguridad (fig. izq.) esta provisto de un cerrojo que impide a la eslinga zafarse del gancho. Para descolgar la carga se retira el cerrojo a mano. El gancho de hojas (fig. der.) se emplea sobre todo para puentes grúas de acería y las cucharas de colada. En el caso del transporte de cucharas que contienen acero fundido, las roturas súbitas de los ganchos se deben probablemente a su exposición permanente al calor radiante. Para paliar estas rupturas, se emplean varias hojas idénticas. En caso de ruptura de una de estas hojas, las otras son suficientemente resistentes para soportar la plena carga. Para evitar la influencia del calor sobre las hojas exteriores, se prevén intersticios rellenados por material aislante entre las hojas individuales. Una muñonera articulada reparte la carga igualmente entre las hojas. La muñonera de la figura se apoya sobre un eje b que descansa a su vez sobre un soporte c. Los ganchos de hojas no se

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sujetan por fileteados sino por dos ejes en forma de cardan o eventualmente por un anillo móvil que permite evitar los peligros inherentes a los fileteados.

Para las cargas importantes se prefieren ganchos dobles, cuya solicitación simétrica es mas favorable. El calculo resulta mas simple que el del gancho simple. El momento de flexión máximo de la sección I – II (Fig. abajo) se obtiene admitiendo que las eslingas están separadas al máximo ( °≈ 45a ). Después del cálculo aproximado, el momento flector

es )(.cos

)(21 kgcmx

abasenQM +

= y el esfuerzo total:

En tracción (punto I)

)/(.cos

)(2

2

1

cmkga

asenF

QWM f βσ +

+=

En compresión (punto II)

)/(.cos

)(2

2

2

cmkga

asenF

QWM f βσ +

+=

La verificación de la sección III – IV se hace de forma análoga, siendo el momento flector

atgyQM f ..2

=

Las dimensiones de los ganchos dobles brutos de forja están en la tabla y en la figura de abajo

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Dimensiones de los ganchos dobles brutos de forja según DIN 699

forma A forma B

(kg) a W d 1 f 1 f 2 h b1 b2 r1 r2 i k n o p t forma A forma B5000 80 65 60 330 470 79 50 18 15 6 310 140 65 120 100 10 16 198000 90 70 80 400 560 89 60 20 15 10 360 170 70 135 110 13 25 30

10000 100 80 85 450 620 98.5 70 22 15 10 395 185 80 150 125 15 36 4212500 105 85 85 490 660 111 75 24 20 10 420 190 85 165 135 15 48 5616000 115 95 95 520 700 125 80 26 20 10 450 210 90 185 152 15 60 7020000 130 105 112 580 800 140 90 30 20 15 512 242 100 208 170 20 88 10432000 160 130 132 670 930 176 110 40 30 20 627 292 120 260 210 25 145 17050000 200 160 160 810 1070 215 140 50 40 25 780 360 150 320 258 30 263 29980000 240 195 190 1000 1270 255 175 60 40 30 935 430 180 380 308 35 477 536

100000 260 210 220 1100 1400 275 195 65 50 30 1025 480 195 410 333 40 639 718125000 280 225 240 1200 1500 295 220 70 50 30 1110 520 210 440 355 40 845 948160000 300 240 260 1320 1670 315 245 75 60 40 1200 560 225 470 382 50 1106 1241200000 320 255 280 1500 1850 335 275 80 70 50 1290 600 240 500 409 60 1428 1598250000 340 270 320 1620 2000 359 305 85 70 50 1390 660 255 535 440 70 1846 2085

diametro

caña gancho Pesos (7.85 kg/dm3) (kg)

≈

carga util* longitud*** corte según C - D radios

aberturadiametro

garganta

* Carga máxima de servicio repartida sobre los dos ganchos. Sobrecarga de ensayo según la DIN 120 admisible **Las longitudes están dadas a titulo indicativo y corresponden a los pesos dados en las últimas columnas. Se adaptan las longitudes a la forma de polipastos Para el mecanizado de la caña y la rosca, ver DIN 688 Para el cálculo, solicitación, materiales, comprobaciones y tratamientos periódicos, ver DIN 688 Material: ST C 25.61 los ganchos expuestos al calor serán fabricados en acero resistente al envejecimiento, de 42 a 50 Kg. de resistencia. Estado de envío: Bruto de forja Para los ganchos simples, brutos de forja, ver DIN 687 La siguiente figura muestra un gancho doble para una carga útil de 300 Tm

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Para las grúas de mayores fuerzas de elevación, se prefieren los grilletes (fig. abajo) cuya solicitación es más favorable; no obstante el enganche es más difícil porque hay que hacer pasar la eslinga a través del grillete. El calculo del grillete de una pieza muy difícil por ser híper estático de tercer grado. Por esta razón y por la facilidad de construcción se prefieren los grilletes de tres piezas para las cargas importantes. La traviesa inferior se considera como viga sobre dos apoyos y las barras de suspensión solo están solicitadas a tracción

Equipos de los ganchos y aparejos

Cuando la carga esta suspendida de más de un cable, es necesario contrapesar el gancho para evitar la formación del aflojamiento del cable y para asegurar el descenso del gancho vacío.

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La figura muestra la composición de un gancho para una grúa de puerto. Para evitar que el equipo del gancho se atasque en las escotillas de los barcos, se da al contrapeso de acero moldeado forma ojival y el gancho se provee de un espolón que retiene la eslinga. Una cadena de 0.5 a 1m entre el contrapeso y el gancho da movilidad a este último. Los ganchos con amortiguadores (derecha) se emplean sobre todo en los cabrestantes de cadena. No son necesarios en los cabrestantes de cables, porque normalmente, la elasticidad de estos últimos es suficiente. Se exceptúan los de ciertos puente – grúas

para forja que requieren movimientos de precisión. En la mayoría de los casos el gancho esta suspendido de un aparejo. Según el número de ramales, el aparejo tiene una o varias poleas. En los aparejos grandes, la traviesa se encuentra bajo las poleas. La tuerca del gancho frenada por una placa se apoya sobre un soporte por medio de un rodamiento axial; de esta forma, el gancho se puede orientar fácilmente aun bajo la carga útil. Un carter protege el apoyo contra el agua y el polvo. La misma traviesa esta articulada en los extremos y el gancho puede inclinarse alrededor de un eje horizontal. Los ejes de la traviesa llevan ranuras en las que se insertan los frenos del eje. Las guardas se extienden hasta debajo de las poleas y llevan una traviesa en madera, destinada a amortiguar el choque en el caso de que el aparejo entre en colisión con el tambor o las poleas, según el tipo de grúa. Para proteger los cables contra el calor radiante y evitar que salgan de las gargantas, se prevén una chapa de protección que reúne las dos guardas. Las poleas son engrasadas a través del eje. Se calcula la traviesa como una viga sobre dos apoyos (fig. abajo)

41QM f = , 2

1)(61 hdbW −=

La fatiga admisible WM f

f =σ para St 50.11: 800 a 1200 kg/cm2 (los valores elevados se aplican

a los aparejos para cargas relativamente importantes). La solicitación entre el eje y los soportes

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del mismo: ≤=ds

Q2

σ 800 a 1200 kg/cm2. La presión en los bujes de la polea: ≤p 90 a

120 kg/cm2. Los aparejos pequeños (fig. izq.) llevan las poleas en voladizo sobre la traviesa del gancho. Esta disposición es interesante en lo que concierne a la altura de elevación. La traviesa es más

Robusta y el gancho mas largo que para un aparejo grande. La solicitación y el cálculo de la traviesa se hacen según la figura de la derecha

Para los puentes grúas se construyen aparejos de dos poleas hasta 30 Tn. Entre 30 y 230 Tm se prevén 4 poleas. Los aparejos de confección normal ( fig izq.) tienen tendencia a inclinarse porque el centro de gravedad del gancho vacio no se encuentra en el plano de simetría. Para orientar el gancho en este caso es necesario suministrarle un trabajo positivo, que hace difícil o imposible la orientación del gancho a mano. La suspensión del gancho (fig. derecha) según la figura, evita aquellos inconvenientes.

El gancho esta articulado sobre un eje horizontal b que se apoya sobre la parte superior c del cojinete d. Aunque el eje de las poleas este inclinado, la traviesa e queda horizontal, gracias a las articulaciones g. Las tablas dan las dimensiones y pesos de aparejos pequeños con poleas de fundición, según las figuras de arriba.

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Dimensiones de los polipastos cortos con dos poleas

Dimensiones Polea Carga útil ™

Diámetro del cable a b c e f D d

Peso total Kg

1 6,5-9 250

155

80

248

250 200 40 27

2.5 9-11 295

195

90

312

280 250 50 50

5 9-11 350

220

100

360

310 300 60 86

7.5 13-18 400

260

110

424

340 350 70 120

10 13-18 450

285

125

480

380 400 80 170

15 20-25 530

345

140

592

420 500 90 270

20 20-25 600

370

160

642

470 550 100 360

25 24-31 660

410

180

712

530 600 110 480

30 24-31 735

465

200

810

590 700 125 640

Dimensiones de los polipastos cortos con cuatro poleas

Dimensiones Polea Carga

util ™

Diámetro del cable

a b c c1 e f D d

Peso total Kg

30 20-25 735 335 160 80 592 620 500 140 630

40 20-25 760 380 180 90 642 690 550 150 775

50 24-31 800 415 200 100 712 760 600 160 1010

60 24-31 865 475 220 120 810 860 700 180 1385

80 31-34 940 545 250 140 930 990 800 200 2045

100 34-39 1050 595 280 160 1030 1110 900 220 2650

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