Tambores para Cables
Son cilindros, generalmente metálicos (de fundición o de acero soldado), con rebordes en los extremos para contener el cable. Estos giran montados sobre un eje y son accionados mediante un engranaje solidario al mismo; generalmente, el accionamiento es eléctrico o manual. Se pueden clasificar en simples o acanalados, y estos últimos pueden ser de arrollamiento simple o doble.
Tambor Liso
- El cable se fija en un extremo del tambor.
- Se arrolla sobre el mismo en un solo sentido, quedando las espiras en contacto entre sí.
- Su uso se limita a máquinas de poca carga.
- En algunos casos, el arrollamiento no es en una sola capa, sino en múltiples capas.
- Problema principal: El rozamiento entre las espiras del cable acorta su vida útil.
Tambor Acanalado de Arrollamiento Simple
- La superficie del tambor presenta canaletas de sección semicircular con un radio de 0,54 ø, una altura de 0,3 a 0,5 ø y un paso t = 1,1 ø.
- Los surcos en la superficie del tambor aumentan el área de contacto entre el tambor y el cable, disminuyendo así la tensión de aplastamiento sobre el cable.
- El cable se fija en ambos extremos del tambor.
Tambor Liso para Cadena Común Calibrada
Es similar a los tambores utilizados para cable, donde la cadena se arrolla libremente sobre la superficie del tambor.
Tambor Acanalado para Cadena no Calibrada
Estos tambores presentan un diseño específico para alojar cadenas que no tienen dimensiones exactas entre eslabones.
Poleas
Son ruedas cuya superficie exterior o llanta presenta acanaladuras donde se aloja la cadena o el cable. Se clasifican en:
- Guías: Sirven para guiar la cadena o el cable, cambiando su dirección.
- Motrices: Permiten transmitir potencia desde o hacia el cable o cadena.
Poleas Guía
- El cable se introduce en la ranura o canaleta hasta tocar el fondo de la misma.
- Material de la garganta: La elección del material está relacionada con la vida útil esperada de la cadena o cable, según la experiencia. El desgaste en acero es considerablemente mayor que en la fundición.
- En ocasiones, las gargantas se fabrican con otros materiales como goma, plástico, aluminio, etc.
Poleas Guía para Cadenas no Calibradas
En este tipo de poleas, la cadena no toca el fondo de la ranura, sino que se acuña en ella. El diámetro a considerar para la polea es el correspondiente al centro de la cadena en su posición de trabajo.
Polea Motriz para Cadena Calibrada
El eslabón de la cadena calza en alojamientos específicos (alvéolos) dispuestos periféricamente en la polea, lo que permite transmitir el movimiento a la cadena y viceversa.
Elementos de Sujeción
Ganchos
Los ganchos cumplen diversas funciones:
- Fijar o suspender la carga a los órganos de tracción (cables, cadenas, etc.).
- Sujetar los extremos de otros elementos de sujeción (por ejemplo, eslingas).
- Sujetar otros aparatos de elevación (como aparejos o poleas).
Se pueden clasificar en:
- Ganchos simples
- Ganchos dobles
- Ganchos cerrados o de seguridad
Ganchos Simples
- Se emplean en aparatos de elevación manual de hasta 80 toneladas (t) y en aparatos mecánicos de hasta 250 t. Están normalizados según DIN 687 y DIN 688.
- Generalmente, se fabrican por forjado o estampado.
- Se emplean aceros de bajo carbono. En general, no se utilizan aceros de alto carbono ni fundición debido a su fragilidad y mayor probabilidad de rotura.
- Suelen someterse a un tratamiento de recocido para eliminar tensiones internas.
- No se emplean ganchos fundidos principalmente por problemas de defectos de colada (como rechupes, porosidad, etc.). Actualmente, gracias a la mejora en las técnicas de fabricación y control, se ha ampliado el campo de aplicación de este tipo de ganchos.
- Una vez fabricado, el gancho se ensaya con una carga un 25% mayor que la nominal durante 10 minutos. No deben detectarse grietas, desgarros ni deformaciones residuales.
- Generalmente, se emplean ganchos normalizados, por lo que no se realiza el cálculo de su sección. En caso de ser necesario, el cálculo se debe realizar considerándolo como una barra de eje curvo.
- Para grandes capacidades de carga, se pueden emplear ganchos formados a partir de chapas de acero unidas por remaches. En este último caso, siempre se coloca un casquillo que evita que el cable sufra una flexión muy brusca que pueda dañarlo.
Dispositivos de Frenado
Las máquinas de elevación y transporte requieren dispositivos de frenado para diversas funciones: suspender o retener la carga, detener el movimiento en dispositivos de desplazamiento y giro, etc.
Se pueden clasificar según:
Por la forma constructiva del elemento de trabajo:
- Zapatas
- De cinta
- De disco
- Cónico, etc.
Por el principio de accionamiento:
- Automáticos: Se cierran al desenergizar el sistema.
- Gobernados: Se accionan mediante un pedal o palanca.
Freno de Zapata
El elemento de trabajo es una zapata que frota contra la superficie exterior de un tambor cilíndrico de frenado. Si el valor de B es igual a 0, el esfuerzo de flexión sobre el eje del tambor es nulo. Si B es distinto de 0, el esfuerzo de flexión es N1 – N2.
Consideraciones para la zapata:
- El material de fricción se fija a la zapata mediante remaches de latón o cobre.
- Actualmente, también se utilizan adhesivos.
- La fuerza de cierre F en los frenos de zapata modernos se genera por la compresión de un muelle o resorte. Como dispositivo de liberación (escape), se utiliza un electroimán o un dispositivo electromecánico.
Generalmente, durante el funcionamiento, el muelle mantiene accionado el freno. Al accionar el motor, el electroimán libera el freno.
Freno de Cinta
Están compuestos por un tambor montado sobre un eje motriz, el cual es abrazado por un fleje metálico (cinta).
- El ángulo de abrazo a generalmente se encuentra entre 250° y 270° (4,4 rad y 4,7 rad).
- El espesor de la cinta se calcula a tracción en función de los valores de las tensiones T y t.
- El momento de frenado aumenta con:
- El radio del tambor.
- El valor de la fuerza de apriete P.
- El aumento del coeficiente de rozamiento.
- Una mayor relación de brazo de palanca.
- El ángulo de abrazo a.
- Los frenos sencillos helicoidales son similares, pero el ángulo a es de aproximadamente 610°, lo que incrementa la capacidad de frenado (aproximadamente 2,4 veces más que con un ángulo menor), lográndose con 1 y ¾ vueltas de la cinta.
- El principio de funcionamiento implica que una fuerza P bloquea el movimiento. Cuando se energiza una bobina que genera una fuerza F1, esta libera el tambor.
Freno de Cinta Diferencial
Los frenos de cinta ofrecen como ventajas su sencilla construcción y la capacidad de desarrollar grandes pares de frenado al aumentar el ángulo de abrazo a. Sin embargo, presentan desventajas como un elevado esfuerzo de flexión sobre el eje y, debido a la flexibilidad de la cinta, una distribución no uniforme de la presión específica, lo que genera desgastes desparejos en la cinta.
Freno de Apriete Axial (Freno de Disco)
En este tipo de freno, el esfuerzo para obtener el par de frenado se logra mediante el rozamiento entre discos (como se esquematizaría en una figura no provista en el texto).
Freno Centrífugo
Este tipo de freno permite un frenado total o, en algunos casos, se emplea para regular la velocidad, principalmente durante el descenso de cargas. Su principio de funcionamiento consiste en que, al aumentar la velocidad del árbol, se incrementa la fuerza centrífuga, provocando el rozamiento de una o varias zapatas contra una parte inmóvil.
Aparejos
Polea Fija
Consiste en una rueda que gira alrededor de un eje fijo.
Polea Móvil
Un extremo del cable se fija a un soporte, y en el otro extremo es donde se aplica la fuerza F.
Definición de Aparejo
Un aparejo resulta de la combinación de órganos de tracción (como cables y cadenas) y poleas (tanto fijas como móviles).
Aparejo Factorial
Consta de varias poleas fijas que giran libremente sobre un eje “e1” y están fijas a un bastidor “b1”. Estas se vinculan mediante cables o cadenas a un grupo igual de poleas móviles que giran libremente sobre un eje “e2” y están fijas a un bastidor “b2”, el cual puede subir o bajar.
Aparejo Potencial
Está compuesto por un número n de poleas fijas y móviles, dispuestas de tal manera que uno de los ramales de las poleas móviles está sujeto a un bastidor.
Aparejo Diferencial
Es un tipo de aparejo que utiliza poleas de diferentes diámetros para lograr una gran ventaja mecánica.
Trinquete (Mecanismo de Retención)
Tiene como objetivo principal retener la carga o impedir que esta retroceda cuando se anula el esfuerzo motor.
Tipos de Trinquete:
- De diente o gatillo:
- De tracción o de compresión
- Exterior, interior o lateral
- De fricción:
- Exterior o interior
El ruido producido por el trinquete suele ser molesto. Para disminuirlo, se utiliza un trinquete silencioso, el cual, mediante rozamiento, retira el gatillo de la rueda dentada cuando la carga está elevándose y permite que vuelva a su posición de retorno cuando cesa la fuerza motriz.
Si se emplea un solo gatillo, al detenerse el movimiento se produce un contacto brusco entre el trinquete y la rueda. Para mitigar esto, se pueden colocar varios gatillos separados entre sí por una fracción del paso, adicional al valor que correspondería para un solo gatillo.
Aparatos de Elevación
Aparatos de Carrera Corta
- Gatos:
- De tornillo
- De cremallera
- Hidráulicos
- Tornos
- Aparejos
- Aparejos de engranaje
- Aparejos eléctricos
Aparatos de Carrera Larga
- Elevador de cangilones
- Carritos, etc.
Gato de Cremallera
Está formado por un cuerpo en el cual se dispone una cremallera vertical, guiada para permitir su desplazamiento hacia arriba o hacia abajo, elevando o descendiendo la carga. Su rendimiento se sitúa entre 0,5 y 0,7. Los valores para el cálculo incluyen el radio del piñón que engrana con la cremallera (r), la relación de transmisión (i), la longitud del brazo de palanca (l) y la fuerza aplicada (f).
Gato Hidráulico
Los gatos hidráulicos se utilizan en aplicaciones que requieren una gran capacidad de carga o una máxima facilidad y velocidad de accionamiento (especialmente en operaciones de plegado, que son inmediatas) para cargas medianas. Sus principales ventajas están relacionadas con su potencia y velocidad, la posibilidad de ser controlados mediante servomecanismos y la minimización de las pérdidas mecánicas asociadas con el rozamiento. Su principal inconveniente es que suelen ser equipos con una cierta complejidad de mantenimiento, especialmente en lo referente a la prevención de fugas del fluido hidráulico. Los fluidos utilizados suelen ser aceites sintéticos de baja viscosidad, debido a su capacidad de autolubricarse y a su estabilidad. Los gatos más potentes utilizan bombas eléctricas para proporcionar la presión hidráulica necesaria, permitiendo actuar a distancias considerables y desplazar grandes tonelajes de carga.
Gato de Tornillo
Utiliza un tornillo roscado para levantar o bajar la carga. Es conocido por su capacidad de autobloqueo.
Torno
Consiste en un cilindro (tambor) que lleva adosado en su eje una manivela o sistema de accionamiento que permite aplicar una fuerza F para levantar una carga Q.
Tipos de Torno (según accionamiento básico):
- Torno simple
- Torno de accionamiento indirecto
El objetivo principal de estos equipos es elevar cargas en sentido vertical, aunque en algunos casos también se utilizan para desplazamientos horizontales.
Clasificación de los Tornos:
- Por el tipo de órgano de tracción: De cable o de cadena.
- Por el tipo de instalación: Fija (sujeta a la pared o al suelo) o móvil (montada sobre una carretilla o estructura desplazable).
- Por la cantidad de tambores: Uno, dos o multitambores.
El accionamiento puede ser manual, eléctrico, neumático, hidráulico, mecánico, etc.
Generalmente, para la retención de la carga, constan de un trinquete y/o un sistema de freno.
Se emplean en ascensores, montacargas, puentes grúa, etc.
Cabrestante
Se emplea en aplicaciones como ferrocarriles, diques, puertos, etc.
Consiste en un torno con un tambor de fricción que puede tener un eje de rotación horizontal o vertical. El cable no se fija al tambor, sino que se arrolla sobre él con algunas vueltas; la tracción se garantiza por el rozamiento entre el cable y el tambor.
Su principal ventaja es su idoneidad para cables de gran longitud, que de otro modo requerirían tambores de dimensiones excesivas.
Aparejos de Engranaje
En este tipo de aparejos, la reducción de velocidad necesaria para la elevación de la carga se logra mediante trenes de ruedas dentadas. El accionamiento puede ser manual o eléctrico.
Aparejo de Engranaje de Accionamiento Manual
Son operados manualmente, usualmente mediante una cadena de maniobra, para levantar cargas con menor esfuerzo gracias a la reducción por engranajes.
Aparejo de Engranaje Planetario
En este sistema, la polea motriz “a”, accionada mediante una cadena por la fuerza F, transmite el momento al engranaje central (sol) “b”. Este, a su vez, hace girar los engranajes planetarios “c” y “c’”, los cuales engranan con una corona dentada interior (engranaje anular “F”) solidaria a la carcasa. Como los ejes de los engranajes planetarios “c” y “c’” están fijos al portaplanetas, que a su vez está unido a la polea de carga “d”, le transfieren a esta última el movimiento que, a través de la cadena de carga, levanta la carga Q.