TEMA 7. MAQUINARIA DE ELEVACIÓN

Tema 7. Maquinaria de elevación TEMA 7. MAQUINARIA DE ELEVACIÓN 1. Definición 2. Clasificación 3. Gatos 4. Tornos y cabrestantes 5. Mecanismos diferenciales y polipastos 6. Órganos de aprehensión n de las grúas 7. Clasificación n de las grúas 8. Grúas Cabrias 9. Grúas Derrick 2 Tema 7. Maquinaria de elevación 10. Grúas torre 11. Grúas móviles m autopropulsadas 12. Grúas pesadas: puentes grúa, grúas pórtico p y grúas de puertos 13. Montacargas 14. Carretillas elevadoras 15. Blondines Definición Las máquinas m de elevación n son los aparatos o mecanismos utilizados para transportar verticalmente o por pendientes muy pronunciadas cargas o materiales de diversa naturaleza. En las máquinas m de elevación n se aplica una fuerza llamada esfuerzo para vencer otra fuerza o resistencia mayor llamada carga. 3 4

Clasificación Gatos Se dividen en: Máquinas de elevación n elementales, las más m s utilizadas son: Gatos mecánicos o hidráulicos Tornos manuales o diferenciales Mecanismos diferenciales Máquinas de elevación n compuesta, están n formados por varias máquinas m elementales, las más m s usadas son: Grúas Montacargas Carretillas elevadoras Blondines 5 Son máquinas m que permiten levantar grandes pesos a poca altura. Se distinguen dos tipos: el mecánico y el hidráulico. Gato mecánico Está compuesto por una cremallera, un piñó ñón n de ataque dentado, un trinquete y un brazo de palanca donde se ejerce la fuerza, pudiendo ser manual, de motor de combustión n o eléctrico. El peso se coloca en la parte alta de la cremallera. El trinquete sirve para que una vez elevada la carga, se pueda soltar y se mantenga actuando como un freno, impidiendo el retroceso o descenso de la carga. El brazo de palanca actúa a sobre uno o varios piñones. 6 Gatos Gato mecánico Gatos Gato hidráulico Está basado en el principio de los vasos comunicantes. El gato hidráulico está formado por dos cilindros intercomunicados, uno de ellos de sección n pequeña a donde se aplica la fuerza y otro de sección n mayor que eleva el peso. Si se aplica una fuerza en el pistón n de menor sección genera un desplazamiento del volumen del líquido l en el otro cilindro que eleva el pistón n y por lo tanto el peso P. b P= F r b r P= F r r 2 3 1 7 m A P= F n a 8

Tornos y cabrestantes La diferencia entre los tornos y los cabrestantes (o cabestrantes) es que en el torno el tambor es horizontal y en el cabrestante es vertical. Pueden ser manuales o diferenciales. Torno manual Consta de un carrete o tambor horizontal donde se enrolla el cable que está unido a la carga directamente o a través de un aparejo. Siempre van provistos de un mecanismo que evita la caída libre de la carga, normalmente frenos de cinta o zapata. 9 Tornos y cabrestantes Torno manual b r P= F r r 2 1 3 b r r P= F r r r 2 4 1 3 5 10 Tornos y cabrestantes Torno diferencial Constan de dos tambores de distinto diámetro. P = 2 F b r r 1 2 Mecanismos diferenciales y polipastos Se compone de un número n par de poleas montadas sobre dos ejes y un cable. Las poleas del grupo superior van montadas sobre un eje fijo y las del grupo inferior sobre un eje móvil m donde se aplica la fuerza. El cable pasa por todas las poleas y une el aparejo superior con el inferior, un extremo está sujeto y fijo al aparejo superior y el otro está suelto y es donde se aplica la fuerza. Es necesario dotarlo de un freno que impida el retroceso o descenso de la carga. 11 12

Mecanismos diferenciales y polipastos Órganos de aprehensión n de las grúas Los dispositivos más m s usuales para el levantamiento de cargas son: Eslingas Vigas de sustentación Tenazas Cucharas P = k F siendo k el número n de ramales del mecanismo diferencial 13 14 Órganos de aprehensión n de las grúas Horquillas Tolvas para hormigón Grúas Cabrias Grúas Derrick Grúas Torre Grúas Autopropulsadas Grúas Pesadas Puentes grúa Grúas pórticop Grúas de puertos Clasificación n de las grúas 15 16

Grúas Cabrias Grúas Cabrias Estas máquinas m se componen de una estructura, formada por un castillete o torre atirantado, con pies rígidos r o por medio de cables. Se pueden construir fácilmente f en obra con tuberías metálicas y otros materiales estabilizados mediante cables. La mayoría a son de brazo fijo, por lo que sólo s pueden subir y bajar cargas, aunque en algunos casos, tienen un brazo que se puede inclinar. Es un procedimiento sencillo de elevación n de cargas pesadas. Su principal aplicación n es en trabajos portuarios montados sobre barcazas o pontones. 17 18 En general son fijas. Grúas Derrick Constan de un mástil m vertical fijo a una plataforma, en donde se encuentran el motor, los cabrestantes y los contrapesos que equilibran el esfuerzo de vuelco. La torre está arriostrada por medio de unos vientos que van unidos a la plataforma. Apoyada a la base de la torre, se encuentra la pluma que puede girar mediante una rótula r hasta tropezar con los brazos del soporte. La pluma puede subir y bajar entre dos posiciones extremas mediante un cabestrante de elevación. 19 Grúas Derrick Posee dos tambores de cable, uno para subir y bajar la pluma y otro para la elevación n de la carga. 20

Grúas Derrick Grúas Derrick Sus principales ventajas son: sencillez, bajo coste, admiten grandes cargas, admiten grandes alcances. Su principal inconveniente es la limitación n del giro, por ello en algunos casos, se disponen los vientos en todas las direcciones para permitir el giro en los 360º. 21 22 Grúas Torre Grúa a torre: aquella en la que el mecanismo de aprehensión n se monta sobre la parte superior de una torre vertical o mástil m y la parte inferior se une a la base de la grúa. El mecanismo de aprehensión n está suspendido de la pluma o de un carro que se desplaza a lo largo de la misma. Según n donde se coloque el soporte giratorio se distinguen dos tipos: Giro arriba: : el soporte giratorio de la pluma se monta sobre la parte superior de la torre vertical. Giro abajo: : el soporte giratorio se coloca entre la torre vertical y la base de la grúa. Giro arriba Grúas Torre 23 24

Giro abajo Grúas Torre Grúas Torre Grúa a torre fija (estacionaria): aquella en la que la base no posee medios de traslación n o que poseyéndolos no son utilizables en el emplazamiento. Normalmente la base es una fundación. n. Grúa a torre desplazable en servicio: : aquella cuya base está dotada de medios propios de traslación n sobre carriles u otros medios y que sin ningún n medio de anclaje adicional es estable tanto en servicio como fuera de servicio. 25 26 Elementos de las grúas torre Los principales elementos de una grúa a torre son: Torre vertical o mástilm stil: : estructura vertical que soporta la parte superior de la grúa a asegurando la altura necesaria. Puede ser monobloque o desmontable por elementos. Pluma: : componente estructural de la torre, capaz de soportar el accesorio de aprehensión n o el carro que lo soporta, asegurando el alcance y la altura de elevación n solicitados. Carro de pluma: : dispositivo portador del órgano de aprehensión n de una grúa a torre y que puede desplazarse a lo largo de la pluma. Órgano de aprehensión: : dispositivo que sirve para suspender, coger o soportar la carga. 27 Elementos de las grúas torre Soporte giratorio: : estructura orientable capaz de soportar la pluma, contrapluma y torreta portatirantes en la grúa a torre o la torre vertical Corona de orientación: : componente destinado a transmitir los esfuerzos (momento de carga, esfuerzos horizontales y verticales) de la parte giratoria a la parte fija de la grúa torre y que es accionado por el mecanismo de orientación n de la parte giratoria. 28

Elementos de las grúas torre Base: : elemento que soporta la plataforma giratoria (grúa a torre autodespegable) ) y/o la torre de la grúa a (gr( grúa torre) además del lastre necesario para asegurar la estabilidad de la grúa. Contrapluma: : componente estructural de la grúa a capaz de soportar el contrapeso. Contrapeso: : masa fijada sobre la contrapluma o sobre la plataforma giratoria para ayudar a equilibrar las acciones de la carga útil y/o ciertas partes de la grúa a durante su funcionamiento. Lastre: : contrapeso de base, masa fijada sobre el carretón n de una grúa a para asegurar su estabilidad. Giro arriba Elementos de las grúas torre 2 3 1. Torre vertical o mástil m 2. Pluma 3. Carro de la pluma 4. Órgano de aprehensión 5. Soporte giratorio 6. Corona de giro 7. Base 8. Contrapluma 9. Contrapeso Fundación: : es el elemento a través s del cual se transmiten al 10 7 10.Lastre suelo las acciones de la grúa a de acuerdo con las reglas de 30 cálculo. 9 8 5 6 1 4 8 Giro abajo 1 5 6 7 Elementos de las grúas torre 2 3 4 1. Torre 2. Pluma 3. Carro de la pluma 4. Órgano de aprehensión 5. Soporte giratorio 6. Corona de giro 7. Base 8. Contrapeso o lastre 31 Movimientos de las grúas torre Elevación: : desplazamiento vertical de la carga. Distribución: : desplazamiento del carro a lo largo de la pluma de la grúa. Orientación: : movimiento angular, en un plano horizontal, de la parte giratoria de la grúa. Traslación: : desplazamiento de la grúa a en su conjunto cuando está en disposición n de trabajo. 32

Características técnicas t de las grúas torre Características técnicas t de las grúas torre Alcance: : distancia entre el eje de giro de la grúa a y el eje del gancho donde cuelga la carga. 3 1 2 1. Alcance Longitud de la pluma: : es la distancia entre el eje del mástil m y el extremo de la pluma. 2. Longitud de la pluma 3. Longitud de la contrapluma Longitud de la contrapluma: : es la distancia entre el eje del mástil y el extremo de la contrapluma. 4. Altura total de la grúa 5. Altura bajo gancho. Altura total de la grúa: : es la distancia vertical entre el plano de emplazamiento de la grúa a hasta el punto más m s alto de cualquiera de sus estructuras en la posición n adoptada. 5 4 Altura bajo gancho: : es la distancia vertical entre el plano de emplazamiento de la grúa a y el centro del gancho en su posición n más m s elevada. 33 34 Características técnicas t de las grúas torre Carga máximam xima: : valor máximo m de la masa a elevar por la grúa según n los datos del fabricante. Carga en punta: : valor máximo m de la masa a elevar por la grúa en su alcance máximo. m Diagrama de cargas y alcances: : correlación n de cargas y alcances para cada longitud de pluma y cada dispositivo de aprehensión n expresada gráficamente. Potencia de la grúa. Velocidades: : de elevación, de distribución, de orientación n y de traslación. Estabilidad de las grúas torre Las grúas están n sometidas a: Esfuerzos verticales debidos a su peso. Esfuerzo de vuelco debido al desequilibrio entre la pluma y la contrapluma. Esfuerzos debidos a la carga. Esfuerzos debidos al giro de la grúa. Esfuerzos debidos al viento. Estos esfuerzos adoptan distintos valores en función n de la altura de la grúa, de la longitud de la pluma y contrapluma, del alcance, etc. Con la resultante de estos esfuerzos se deben calcular la cimentación n y los arriostramientos. 35 36

h Estabilidad de las grúas torre. Cálculo de la cimentación h H V H e L x L M V L x L e M M + H h L e = V + Q 3 2( V + Q) σ t = σ L 3L e 2 adm Estabilidad de las grúas torre. Arriostramientos Cuando queremos trabajar a alturas mayores de la autoestable,, o bien existen velocidades de viento superiores a las de dimensionamiento se debe arriostrar la grúa, es decir absorber los esfuerzos horizontales y de giro, quedando la torre sometida únicamente a esfuerzos verticales. El arriostramiento puede ser: Arriostramiento al suelo: por medio de cables y tensores. Arriostramiento a la obra o edificio: por medio de fijaciones a su estructura. 37 38 Estabilidad de las grúas torre. Arriostramientos Ventajas de las grúas torre Las ventajas más m s importantes de las grúas torre son: Pueden transportar y colocar materiales a gran distancia. Pueden ir elevándose a medida que crece la obra. Se montan y desmontan fácilmente. f Se pueden trasladar de una obra a otra fácilmente. f Su principal aplicación n es la edificación, aunque puede disponerse en otros tipos de obra, como torres de televisión, pilas de puentes, presas, etc. 39 40

Grúas móviles m autopropulsadas Una grúa a móvil m autopropulsada es un aparato de elevación n de funcionamiento discontinuo, destinado a elevar y distribuir en el espacio cargas suspendidas de un gancho o cualquier otro accesorio de aprehensión, n, dotado de medios de propulsión n y conducción n propios o que formen parte de un conjunto con dichos medios que posibilitan su desplazamiento por vías v públicas o terrenos. Elementos de las grúas autopropulsadas Los principales elementos de una grúa a autopropulsada son: Mecanismos de elevación: : mecanismo que sirve para elevar y bajar la carga en la grúa a y en el que el esfuerzo es transmitido por un elemento flexible (cable) desde un tambor motor. Mecanismos de extensión n de la pluma: : mecanismos que sirven para variar el alcance y la altura de elevación n por variación n de la longitud de la pluma telescópica. Mecanismo de inclinación n de la pluma: : mecanismo que sirve para variar el alcance y la altura de elevación n por variación n del ángulo de inclinación n de la pluma. 41 42 Elementos de las grúas autopropulsadas Mecanismo de orientación: : mecanismo que asegura la rotación n en un plano horizontal de la estructura giratoria de la grúa. Base de grúa: : dispositivo que soporta la estructura de la grúa. Dispone de sistemas propios de propulsión n para poderse trasladar mediante ruedas, cadenas u otros sistemas. Contrapeso: : masa fijada sobre la estructura de la grúa a para ayudar a equilibrar las acciones de la carga. Estabilizadores: : dispositivos destinados a aumentar y/o asegurar la base de apoyo de una grúa a en posición n de trabajo. 43 Elementos de las grúas autopropulsadas Estructura giratoria: : estructura orientable capaz de soportar la pluma, contrapeso y todos los mecanismos de accionamiento de la grúa. No aloja necesariamente a los mecanismos de traslado de la grúa. Corona de orientación: : elementos destinados a transmitir los esfuerzos (momento de carga, fuerzas horizontales y verticales) de la estructura giratoria a la base de la grúa a y que es accionado por el mecanismo de orientación n de la estructura giratoria. Pluma: : componente estructural de la grúa a capaz de soportar el órgano de aprehensión n cargado, asegurando el alcance y la altura de elevación n solicitados. Órgano de aprehensión: : dispositivo que sirve para suspender, coger o soportar la carga. 44

Elementos de las grúas autopropulsadas 1. Base de la grúa 2. Estructura giratoria 3. Corona de orientación 4. Equipo de elevación 5. Pluma 6. Cabina de mando 7. Estabilizadores Movimientos en las grúas autopropulsadas Elevación: : movimiento vertical de la carga. Orientación: : movimiento angular de la estructura giratoria. Traslación: : desplazamiento de la grúa a en su conjunto. Variación n del alcance por elevación n y descenso de la pluma. 45 46 Características técnicas t de las grúas móvilesm Alcance: : distancia horizontal entre el eje de orientación n de la parte giratoria y el eje vertical de elevación. Alcance a partir del eje de vuelco: : distancia horizontal entre el eje de vuelco y el eje vertical del elemento de aprehensión. n. Amplitud de alcance: : distancia horizontal entre los ejes verticales de las posiciones extremas del elemento de aprehensión n para una determinada longitud de pluma. A la posición n extrema más m s próxima al eje de giro se le denomina alcance mínimo; m a la más m s alejada, alcance máximo. m Longitud de pluma: : es la distancia entre el eje del giro vertical de la pluma y el eje de las poleas de izado de carga. Ángulo de la pluma: : es el formado por el eje longitudinal de la pluma con el plano horizontal. 47 Características técnicas t de las grúas móvilesm Altura de elevación: : distancia vertical entre el nivel de apoyo de la grúa a y el dispositivo de aprehensión n cuando éste se encuentra en la posición n más m s elevada de trabajo. Profundidad de descenso: : distancia vertical entre el nivel de apoyo de la grúa a y el dispositivo de aprehensión, n, estando éste en su posición n de trabajo más m s baja. Amplitud de elevación: : distancia vertical entre la posición n de trabajo superior e inferior del dispositivo de aprehensión. n. Masa neta: : masa de la grúa a sin contrapesos, carburante, lubricante y agua. Masa total: : masa total de la grúa a en orden de marcha, con contrapesos, carburante, lubricante y agua. 48

Características técnicas t de las grúas móvilesm Diagrama de cargas y alcances: : correlación n de cargas y alcances para cada longitud de pluma y configuración n de trabajo. Cargas sobre estabilizadores: : diagrama de cargas que expresa las diferentes capacidades de elevación n cuando la grúa a trabaja firmemente apoyada sobre los estabilizadores y debidamente nivelada. Cargas sobre ruedas: : diagrama de cargas que expresa las diferentes capacidades de elevación n cuando la grúa a trabaja apoyada únicamente sobre las ruedas de desplazamiento de la base. 49 Características técnicas t de las grúas móvilesm Velocidad máxima de elevación n y descenso de la carga. Velocidad de giro de orientación. n. Velocidad de traslación. Velocidad de variación n del alcance por elevación n y descenso de la pluma. Tiempo de elevación n de la pluma: : tiempo mínimo m necesario para elevar la pluma desde su posición n de alcance máximo m a la de alcance mínimo. m Tiempo de telescopado de la pluma: : tiempo necesario para pasar de la posición n de pluma totalmente recogida a totalmente extendida. 50 Clasificación n de las grúas autopropulsadas Clasificación según n la base sobre la que va montada Montada sobre ruedas: : aquella cuya base está equipada de ruedas para su desplazamiento, que puede ser de desplazamiento rápido, r todo terreno o mixta. Montada sobre cadenas: : aquella cuya base está equipada de cadenas para su desplazamiento. Montada sobre bases especiales: : aquella cuya base está equipada para su desplazamiento de otros distintos de ruedas o cadenas. 51 52

Clasificación n de las grúas autopropulsadas Clasificación n de las grúas según n su estructura De estructura giratoria: : aquella cuya estructura superior completa, incluida pluma y equipo de mando, gira sobre su base. De pluma giratoria: : aquella cuya estructura superior, incluida la pluma, sin equipo de mando, gira sobre su base. De pluma fija: : aquella cuya estructura superior, incluida la pluma, es fija respecto a su base. 53 54 Clasificación n de las grúas autopropulsadas Clasificación n de las grúas según n los tipos de plumas Pluma de celosía: : pluma de longitud fija de estructura de tipo de celosía. Pluma telescópica pica: : formada por varias secciones que permiten variar su longitud por un procedimiento telescópico. Pluma sobre mástilm stil: : montaje compuesto de una pluma dispuesta en, o cerca de, la cabeza de un mástil m vertical o casi vertical. 55 56

Grúas Pesadas. Puentes Grúas Son máquinas m para la elevación n y transporte de materiales de uso habitual en naves industriales. Constan de una estructura elevada formada por una o varias vigas metálicas rematadas en dos testeros automotores dotados de ruedas con doble pestaña a para desplazarse sobre carriles. Por la viga o vigas metálicas discurre un carro automotor dotado con un sistema elevador que dispone de polipasto y gancho. La altura a la que se coloca es suficiente como para no interferir en la nave o el parque sobre el que se desliza. Grúas Pesadas. Puentes Grúas La combinación n de movimientos de estructura y carro permite actuar sobre cualquier punto de una superficie delimitada por la longitud de los raíles y por la separación n entre ellos. 58 Grúas Pesadas. Grúas PórticoP Grúas Pesadas. Grúas de Puertos Las grúas pórtico p son similares a los puentes grúas. Se diferencian en que en las grúas pórtico p los raíles no están en el mismo plano horizontal que el carro. Están n formadas por un pórtico p metálico automotor que se desliza por los carriles. 59 60

Montacargas La principal aplicación n es la edificación. Sólo son adecuados para cargas pequeñas (incluido personas). Carretillas elevadoras La carretilla elevadora es un aparato autónomo apto para llevar cargas en voladizo. Se desplazan por el suelo y están n destinadas a transportar, empujar, tirar o levantar cargas. Se asienta sobre dos ejes: motriz, el delantero y directriz, el trasero. Pueden ser eléctricas o con motor de combustión n interna. 61 62 Blondines Son máquinas m de elevación n y transporte de gran longitud. Principalmente, se utilizan en obras lineales como presas o acueductos. Los blondines tienen muchas aplicaciones como extraer tierras de cimentación, n, colocar encofrados o colocar el hormigón. Blondines Constan principalmente de: Dos torres: : las torres se construyen con vigas metálicas de celosía, pueden estar fijas barriendo una línea entre las dos torres y barrer una zona rectangular o triangular si una de las dos torres o las dos son móviles. Un cable vía: v : va cogido a las dos torres y es por donde se desliza el carretón. Un carretón 63 64

Blondines Un cable de traslación: : el cable de traslación n o tractor está unido por sus dos extremos al carretón n o vagoneta produciendo su desplazamiento. Un cable de elevación: : el cable elevador es el responsable de la subida y bajada de los materiales, éste se puede anclar en el carretón, o bien se puede anclar en torre o macizo de hormigón n obteniendo el tipo Inglés. 65