Tema 6
Carriles y Ruedas
La práctica totalidad de los aparatos de elevación utilizan como medio de rodadura ruedas de acero
sobre carril metálico. Únicamente los vehículos grúa y pórticos autoportantes especiales
incorporan neumáticos, o plataformas con ruedas de bandaje.
Características comunes:
o
Permiten una fácil rodadura del elemento rodante.
o
Conforman un perfil equilibrado
o
Presentan un valor adecuado de inercia.
Tipos de carriles
Llantón
Son carriles ordinarios. Se emplean frecuentemente sobre los caminos de rodadura implementados
sobre perfiles laminados o vigas cajón (rodadura de carros de puentes grúa, grúas pórtico o grúas
consola).
Se suministran con las esquinas superiores redondeadas o achaflanadas, con superficie bombeada.
Burbach
Son carriles de uso frecuente tanto en carriles elevados como sobre fundación de hormigón.
Presentan una cabeza ancha para soportar las grandes cargas y un patín muy ancho que facilita su
fijación.
Vignole
Existe una tendencia a utilizar este tipo de carril frente al tipo Burbach debido a su mayor
relación inercia/peso. Actualmente se utiliza únicamente en rodadura de ferrocarriles. Su empleo
es más frecuente en Estados Unidos.
Plano
Empleado para elementos de rodadura sin pestaña.
Se trata de perfiles diseñados para un uso específico, que es permitir el desplazamiento de grúas, desde las más pequeñas hasta las
más grandes que se pueden ver en los macropuertos y terminales de carga. Los requerimientos de velocidad son bajos, pero las
exigencias de carga a soportar son muy altas.
Los estándares más habituales en Europa para estos raíles son la norma DIN 536 y MRS.
Accesorios de fijación o sujeción adecuados para cada
tipo de raíl, en particular:
- Bridas de unión.
- Placas de asiento y de anclaje.
- Grapas o clips de sujeción, de todos los tipos existentes.
- Traviesas o durmientes, metálicas o de madera.
- Tirafondos y clavos de vía
- Tornillos, tuercas, arandelas de todo tipo
Carriles - Cálculo
Cálculo de carriles sobre cimentación de hormigón
Cuando el carril se apoya en toda su longitud sobre hormigón es necesario
comprobar la presión específica y la solicitación del carril a flexión, teniendo
en cuenta la deformación elástica del hormigón.
Fórmulas aproximadas para el cálculo:
P
Em
2b
4 EI
p
Presión específica bajo el patín (MPa)
5
 
0 ,5 P
4
1

W
Solicitación del carril (MPa)
2
 
4
2 b PE m
3 EI
P- reacción de cada rueda, N.
b- anchura del rail, m.
W-módulo resistente del carril, m3.
I- momento de inercia del carril, m4.
Em- módulo de elasticidad del hormigón
= 14,5 GPa.
E- módulo de elasticidad del acero
= 210 GPa.
Se admite p= 2 MPa para un
hormigón de buena calidad y
Smáx= 250 MPa.
Carriles - Cálculo
Ruedas
•
•
•
•
Las ruedas metálicas son el elemento de apoyo que facilitan el desplazamiento en los aparatos de elevación.
Las ruedas unidas directamente al elemento motriz son denominadas tractoras, el resto son libres.
Los perfiles de rodadura pueden constar de uno o dos salientes laterales o pestañas, con objeto de direcionar el movimiento
de la rueda a lo largo de los raíles. Las ruedas sin pestañas pueden utilizarse solamente en presencia de rodillos guía
complementarios con el eje vertical de rotación.
La superficie de rodadura puede ser cilíndrica o cónica. La conicidad habitualmente alcanza el valor 1:20 (1:16 en ruedas
americanas) con los vértices del cono hacia el exterior.
Tipos de perfiles de rodadura
Llanta cilíndrica: grúas con accionamiento independiente, grúas que tiene un número de ruedas mayor que cuatro y ruedas libres
Llanta cónica: grúas con mecanismo de avance con accionamiento central y con dos ruedas impulsoras.
Las llantas suelen ser de 30 a 40 mm más anchas que el carril, tal que exista el juego necesario para el guiado.
Pestaña única, se utiliza:
 Cuando la distancia entre carriles no sobrepasa los cuatro metros y ambos caminos se encuentran en la misma cota
vertical. La disposición de las pestañas de las ruedas en un rail es opuesta a la disposición de las pestañas de las ruedas
del otro rail.
 En los carros de apoyo y suspendidos de los puentes grúa.
 En los carros suspendidos que se desplazan por un monorail.
Ruedas
P, reacción en kg. h, espesor del ala en cm.
 1  2 ,8
 2  1, 6
P
(
kg
)
Flexión del ala perpendicular al alma
)
Flexión en una sección normal a la viga
h 2 cm 2
P
(
kg
h 2 cm 2
Flexión del ala perpendicular al alma
Valor admisible según DIN120
Ruedas
•
En ciertos aparatos, sobre todo en puentes grúa se
constata un elevado desgaste de las pestaña. En los
puentes grúa, la relación de la carga a la distancia entre
ejes es muy desfavorable, y se originan avances
diferentes en ambos carriles.
factores que provocan la marcha inclinada:
–
–
–
Las diferencias en los diámetros de las ruedas
motoras.
Mal alineamiento de los ejes de las ruedas.
Vía de rodadura mal montada.
El efecto que produce es frotamiento elevado sobre la pestaña,
con el consecuente desgaste. En todos esto casos una
ligera conicidad de la llanta se ha revelado como
remedio eficaz.
El adelantamiento de un lado de la grúa respecto al otro
genera la rodadura de la rueda retrasada por su mayor
diámetro, alineándose automáticamente el tren sin la
participación de las pestañas
Ruedas
La utilización de rueda sin pestaña con rodillos guía disminuye
esencialmente las pérdidas por rozamiento por el carril, ya que el
rozamiento de deslizamiento de las pestañas se sustituye por el de
rodadura del rodillo. Como consecuencia, disminuye la potencia de
los motores de translación y aumenta considerablemente la vida de
la rueda.
Número de ruedas impulsoras: es función de la capacidad de carga y del tramo de la guía.
Grúas de Baja capacidad de carga
Grúas de alta capacidad de carga
cuatro ruedas impulsoras
mayor número de ruedas impulsoras.
Estas se colocan dos a dos en balancines.
Ruedas
Cálculo de las ruedas propulsoras: TEORIA DE HERZT.
Distribución Presiones
semieliptica
1  1
2
p máx 
2f
 al
a
2f
l
12
2

E1
1
d1
E2

1
d2
Ruedas
p  0 , 35
R
2
Simplificación:
mismo coef. poisson
K 
( k  2 r1 ) d 1
R
( k  2 r1 ) d 1
2
E1 E 2
E1  E 2
( E 1  E 2 ) p adm
2
 K 
0 ,7 E1 E 2
2
K 
p adm
735000
(
kg
cm
Valores admisibles para el coeficiente K en kg/cm2
2
)
 d1 
R máx
( k  2 r1 ) K
Acero vs Acero
Ruedas
Cálculo de las ruedas de un aparato de elevación: NORMA DIN 15070
•
•
•
•
•
•
•
•
R  p adm c 2 c 3 d 1 ( k  2 r1 )
d1 
R
p adm c 2 c 3 ( k  2 r1 )
•
•
•
•
•
•
•
•
La carga característica de la rueda Ro resulta de la primera ecuación
con:
Padm=5,6 N/mm2 (c1=1) c2=c3=1
Ro=5,6d1(k-2r1)
c1 - coeficiente del material
c2 - coeficiente del numero de revoluciones
c3 - coeficiente de vida de la rueda
d1 - diametro de la rueda
k - anchura de la cabeza del carril
n - n° de revoluciones de la rueda
P - compresión
Padm - compresión admisible entre rueda y
carril
rl - radio de redondeado de la cabeza del carril
r2 - radio del arco de la cabeza del carril
k-r1 - anchura util de la cabeza del carril
v - velocidad de marcha
R - carga de la rueda
Rmáx - carga maxima de la rueda
Rmin - carga minima de la rueda
Ro - carga característica de la rueda
Ruedas
Ruedas
•
•
•
•
•
Las pestañas deben ser ampliamente dimensionadas, son solicitadas por las fueras de
guiado frecuentemente muy importantes y están expuestas a un gran desgaste. Chapas de
retención DIN15058.
Esto es igualmente válido para la llanta de la rueda, solicitada localmente por las grandes
reacciones normalmente admitidas en los aparatos de elevación y por el desgaste
acelerado del servicio duro.
En el caso de rueda libre sobre eje fijo, la unión entre rueda y eje se lleva a cabo mediante
casquillos de bronce y rodamientos.
En las ruedas motoras es útil transmitir el esfuerzo tangencial mediante casquillos y
rodamientos que absorben los esfuerzos de cortadura.
La facilidad de montaje y desmontaje es un factor influyente en el diseño de la
instalación, el cambio de ruedas y rodamientos es una operación relativamente frecuente.
Rueda normalizada
DIN15046
Fijación de corona mediante
casquillos de cortadura
Montaje sobre casquillo de bronce
Ruedas con cojinetes de bronce lisos
Ruedas
Según Norma DIN15049
Ruedas con rodamientos
Ruedas
Cálculo de la resistencia a la rodadura (ruedas de un aparato de elevación):
Básicamente comprende la resistencia a la rodadura + rozamientos del eje, a estas se le añaden los rozamientos de las pestañas y
de los cubos. Además los carriles nunca están rigurosamente planos y el montaje de estos como el de las ruedas no es exacto, así
como sus diámetros. Se debería evaluar aparte la resistencia debida a inclinaciones, trazado y efecto del viento.
Basada en resultados experimentales en condiciones de servicio medias(Reacc=5 kg/Tn), da la resistencia a la rodadura w (en kg
por tonelada de reacción) debida a los dos fenómenos expuestos, así como la resistencia total wtot(5 kg/Tn) teniendo en cuenta
las resistencias suplementarias.
Froz  w tot  RTot
Ejercicio 1
Problema. Una grúa pórtico tiene 2 vigas principales. Altura = 5 m. Luz = 10 m. Qutil = 35000 kg.
Gancho doble de 150 kg. Velocidad traslación carro = 80 m/min. Velocidad de traslación grúa = 10
m/min. Resistencia a la tracción mínima del material de la ruedas = 740 N/mm2. Trabaja el 50% del
tiempo. Perfil Burbach A 65 para la rodadura del pórtico y llanton 50.40 para la rodadura del carro.
El tambor de doble ramal esta centrado en el carro. Calcular ruedas de traslación a) de carro y b) de
pórtico. (Se hacen las siguientes estimaciones para los pesos: Pcarro = 2500kg,
Pestructura = 32000kg).
Ejercicio 2
Problema. Dimensionar el puente grúa de la figura. Debe elevar una carga util de 20000 kg. El cable tiene
una resistencia de 180 kg/mm2. El aparato posee una frecuencia aproximada igual de cargas pequeñas,
medianas y máximas, y se le estima una duración del mecanismos de 12500 horas.
DATOS:
-Qcarro = 1300kg; Qgrúa = 4000kg
- mecanismo de elevación:
montaje: 4 ramales
Stambor = 160MPa
velocidad de elevaci6n: vL = 12m/min ,
Rendimiento transmisión = 85%
- rodadura del carro y del puente:
velocidad de traslación: vtrasnlación = 40 m/min
Padm.= 7.0 N/mm2
funcionamiento del mecanismo de rodadura: 30% por hora
perfil Burbach
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Ruedas y carriles