ES2247947B1 - Grua de contrapeso movil. - Google Patents

Abstract

Grúa de contrapeso móvil, consistente en una torre derecha fija sobre la que gira horizontalmente un doble brazo, con una de sus partes dispuesta para trasladar cargas de un punto a otro dentro del dominio de alcance geométrico del brazo, siempre con las limitaciones de peso que impone el par de vuelco de la torre; para minimizar el cual y acotarlo dentro del margen aceptable, parte del contrapeso del otro brazo se dispone de forma móvil deslizante, de modo que mediante la regulación adecuada de la velocidad de los motores de actuación que mueven la carga y mueven el contrapeso, se cumpla la limitación impuesta en el par de vuelco de la torre.

Description

Grúa de contrapeso móvil.

Sector de la técnica

La invención se encuadra en la tecnología de elevación y desplazamiento de pesos, mediante estructuras articuladas de tal manera que los pesos puedan reubicarse desde una posición de coordenadas iniciales (x,y,z) a otra posición de coordenadas (u,v,w) dentro de un campo de acción dado por las limitaciones geométricas de la estructura, siendo también limitada la masa del peso a mover. Dentro de este amplio sector, la invención se encuadra dentro de las grúas de torre derecha fija, sobre la cual gira horizontalmente un largo brazo por el que corre y se sustenta el cable portador, existiendo un brazo opuesto al anterior, que sirve de contrapeso.

Estado de la técnica

La actual tecnología de grúas de torre y brazo rotatorio horizontal responde a un concepto dado, brevemente descrito en el epígrafe anterior, y expuesto en el dibujo 1 en el cual se aprecian los elementos esenciales, como son la torre derecha fija (1) la estructura superior de giro (2) actuada por un motor eléctrico y que acciona el giro del doble brazo horizontal, tanto su parte agente (3) como el brazo (4) que aloja el contrapeso. En la tecnología actual, el contrapeso en sí se aloja en el extremo de dicho brazo, o próximo a él según se denota en dicho dibujo en el contrapeso (5). Otro elemento esencial en estas grúas es el gancho de acarreo (6) que sirve para agarrar el peso que se haya de desplazar de una posición a otra. Este gancho tiene un mecanismo de posicionamiento a lo largo del brazo agente, basado en el deslizamiento de una pequeña plataforma (7), por lo general encarrilada en unas guías sobre las que rueda, pudiendo llegar hasta prácticamente el extremo del brazo, donde existen las poleas de arrastre (8) de la pequeña plataforma o carretilla (7) para cuyo posicionamiento se tira de los cables correspondientes, bien desde las poleas (8) bien desde el eje de la torre. Para ello existe otro motor eléctrico, en general situado en la plataforma sobre la torre (2), aunque puede estarlo sobre la propia plataforma deslizante (7), si bien esto se desaconseja para no cargar innecesariamente dicho brazo, lo que aumentaría el par de vuelco que actúa sobre el mismo y sobre la torre, siendo este par el elemento más limitante de los pesos que una determinada torre puede mover, y a qué longitud los puede desplazar. Como elemento esencial adicional se cuenta con el cable de tracción (9) que se acciona por otro motor eléctrico, y es verdaderamente quién aguanta el gancho (6) del que va a colgar la carga. Según la posición de ésta respecto del eje de la torre, y según el valor de dicho peso, se producirá un par mayor o menor sobre la torre, en sentido de hacerla volcar. Contra el par de vuelco creado por el brazo agente, que es función del peso y longitud del propio brazo, así como de las características antedichas de la carga, actúa como par antagonista el creado por el brazo del contrapeso, que es de valor constante. Como la resistencia al vuelco de la torre está fuertemente condicionada por la anchura de ésta en la base y la resistencia a tracción y a compresión (pandeo) de sus largueros verticales, la carga útil total maniobrable por la grúa hasta una longitud dada, resulta fuertemente limitada.

El objeto de la invención se basa en utilizar no sólo un contrapeso fijo, como el representado en (5) en el dibujo 1, sino uno fijo y otro móvil, representado por (10).

Descripción de los dibujos

El dibujo 1 presenta el montaje convencional de una grúa de esta tipo, en la cual los elementos (1) a (9) son convencionales, siendo (1) la torre derecha fija, (2) la plataforma giratoria sobre (1) con los elementos motores correspondientes, sobre la que está además asentado el doble brazo (3) y (4), el primero con el gancho de carga, y el segundo con el contrapeso (5) que es fijo en las grúas convencionales, al contrario que en esta invención, donde el contrapeso (5) está minimizado en peso, para equilibrar simplemente la parte fija de la estructura, existiendo en esta invención un contrapeso móvil (10), que es lo específico de la patente.

En el dibujo 1 se aprecia así mismo el gancho portante de la grúa (6) cuyo posicionamiento a lo largo del brazo se consigue mediante una pequeña plataforma o carretilla (7) situada según se accione su motor eléctrico que actúa sobre el cable de doble recorrido total del brazo, desde la plataforma giratoria central hasta las poleas del extremo (8). Por otra parte se dispone del cable portador de la carga (9) que se recoge hacia el centro de la plataforma giratoria mediante un motor eléctrico, cuando se quiere izar la carga, o se suelta cuando se quiere dejar.

El dibujo 2 presenta el principio de la invención, presentando una sección del brazo del contrapeso, en alzado en el dibujo 2 (a) y en planta en el 2 (b). En ellos se describe de manera más detallada el brazo de contrapesos (4) en cuyo extremo o próximo a 61 se encuentra el contrapeso fijo (5). A lo largo de este brazo puede deslizarse el contrapeso móvil (10), con cualquier sistema soporte como el presentado en el dibujo 2, que consta de una carretilla (11) deslizable sobre raíles del propio brazo, con un pequeño tren de ruedas (12) que permite posicionar la carretilla según la tracción de un par de cables, el que tira (13) del contrapeso hacia la torre central y el cable que lo saca hacia fuera (14) y que se acciona a través de unas poleas (15) situadas cerca del extremo del brazo.

Cabrían alternativas al mecanismo de posicionamiento de la carretilla, basadas por ejemplo en la actuación de un tornillo sinfín sobre un engranaje (o juego de engranajes) como el representado en el dibujo 3, con la sección de alzado en el 3 (a) y la planta en el 3(b). En él se aprecia el brazo (4), los contrapesos fijo (5) y móvil (10) y la carretilla (11) con su tren de deslizamiento (12) que en este caso se posiciona según las vueltas giradas por un tornillo sinfín (16) que recorre todo el brazo a lo largo, y en su parte estriada engasta con un engranaje o juego de engranajes (17) solidario a la carretilla, de modo tal que el giro del tornillo en un sentido acerca la carretilla a la torre, y en sentido contrario la aleja. Para ello habría en la plataforma central rotativa el pertinente motor eléctrico que haría girar apropiadamente al tornillo, y este se apoyaría en los rodamientos de sujeción en sus dos extremos, particularmente en el alejado de la torre, que se esquematiza como elemento (18) en el dibujo 3.

La opción de uno u otro método, o de cualquiera equivalente, es irrelevante de cara a la idea fundamental de la invención, que es la de disponer de un contrapeso móvil para reducir al mínimo, y dentro de márgenes establecidos y tolerables, los valores del par de vuelco que actúan sobre la torre de la grúa.

Explicación de la invención

Como ya se ha indicado, la invención se basa en utilizar no sólo un contrapeso fijo, como el representado en (5) en el dibujo 1, sino uno fijo y otro móvil, representado por (10). Este último tendrá características deslizantes similares a las de la carga útil, según se explica a continuación, para distinta situaciones de trabajo de la grúa, teniendo en cuenta que la idea fundamental de la patente, merced a este dispositivo, es lograr un par de vuelco en la torre tan pequeño como se quiera (nulo, teóricamente) con lo cual mejorarían notablemente sus características de seguridad, se ampliaría muchísimo el tamaño del peso que una determinada estructura podría soportar, y podría aligerarse considerablemente la armazón de estructura de la grúa.

Para ello se haría uso de principios y técnicas accesibles en la medición de tensiones y pares de fuerzas mediante galgas extensométricas y otros dispositivos, así como de elementos de regulación de los motores eléctricos actuantes sobre el cable portador de la carga, sobre el posicionamiento de la plataforma deslizante del gancho de dicho cable, y sobre el posicionamiento del contrapeso móvil (10). La alimentación de dichos motores, para controlar su velocidad, sería comandada por un microprocesador que recibiría las señales de las medidas de pares de fuerzas, y mediante programación convencional de regulación automática, proporcionaría las señales de alimentación eléctrica a los motores correspondientes, con objeto de minimizar el par de vuelco por debajo de un valor prefijado en función del diseño de la grúa.

a) Grúa sin carga

En este caso el contrapeso móvil estaría en su posición más cercana a la torre central, y los valores de su masa, así como la longitud a la que está el contrapeso fijo al final de este brazo, más la masa del contrapeso fijo, y la propia masa del brazo, se dimensionarían para que el par de vuelco fuera nulo (existe al respecto un conjunto infinito de soluciones a este problema, que se ha de dimensionar teniendo en cuenta otros criterios adicionales, como se indica más adelante). El posicionamiento de la plataforma del gancho se considera una perturbación secundaria, pero a la que se puede atender perfectamente, pues el contrapeso móvil sería enviado a la posición correspondiente para anular el par de vuelco, aunque esta posición no distaría mucho de la posición de reposo, por la diferencia de masa entre ambos componentes. Téngase en cuenta que el contrapeso móvil se ha de dimensionar para contrarrestar el par creado por la carga, y particularmente por la carga máxima de diseño, y ésta pesará mucho más que el gancho con su carretilla.

b) Grúa cargando un peso

A este efecto, la plataforma deslizante del gancho se habría ubicado en la vertical del peso a mover, lo cual implicaría, según se ha dicho antes, un pequeño desplazamiento del contrapeso móvil. Una vez enganchado el peso al gancho, comenzaría la verdadera fase de tracción y levantamiento del peso, que es fundamental, sobre todo en la primera parte, tal como el cable portador se estirase como resultado de ir cargando progresivamente el efecto del peso. Teniendo en cuenta que los cables deben trabajar en el campo elástico, la elongación del cable sería proporcional a la fuerza, creciente, que iría pendiendo del cable. Ello iría provocando un aumento del par de vuelco, contra lo cual de inmediato actuaría el dispositivo de la grúa, que ordenaría el desplazamiento del contrapeso móvil hacia afuera de su brazo, para compensar el par creciente originado por la tracción en el cable. En este sentido, la velocidad de carga del peso (velocidad de elongación del cable) estaría limitada por la velocidad de desplazamiento del contrapeso móvil, pues la tracción del cable se detendría, si el contrapeso móvil no se hubiese distanciado suficientemente. Igualmente, durante el proceso de elevación, la aceleración del peso estaría limitada, pues el cable portador sólo podría ir acelerando el cable durante el margen dado para no exceder el par de vuelco limitativo. Este margen se iría ampliando a medida que el contrapeso móvil se fuese deslizando hacia afuera.

c) Grúa moviendo un peso

Una vez elevado el peso a la altura para su transporte, la grúa giraría sus brazos horizontales, sin que ello produjese ningún cambio apreciable en el par de vuelco, por lo que no haría falta deslizamiento del contrapeso. Sin embargo, una vez llegado el brazo agente a la línea radial en la cual está la posición de llegada del peso, ese movimiento giratorio se detendría, y el peso tendría que ser puesto en la vertical de dicha posición, lo cual exigiría desplazamiento de la pequeña plataforma o carretilla del gancho. Este movimiento tendría que ir acompañado del pertinente deslizamiento del contrapeso móvil, de tal forma que se acercaría a la torre si el peso tuviera que acercarse a ella, o viceversa, de tal forma que el par de vuelco quedara siempre por debajo del valor prefijado. Así quedaría el peso en su vertical final, sin haberse transgredido el par de vuelco permitido en la operación de la grúa. Conviene destacar que la longitud de ambos brazos de la grúa, del brazo portador (3) y del brazo del contrapeso (4) se debería dimensionar en función de las prestaciones que se quisieran dar con un montaje determinado. Este es otro criterio de dimensionamiento de las estructuras, pues se puede optar por un brazo (4) más largo, reduciendo así los contrapesos, o por un brazo más corto aumentando el peso de éstos, sin para nada variar la naturaleza de la invención y modo de funcionamiento.

d) Grúa descargando un peso

Este caso es el opuesto a la carga, y la relajación de la tensión del cable portador se haría a velocidad limitada, al mismo tiempo que se deslizara el contrapeso móvil hacia la torre, de tal manera que el par de vuelco quedara siempre acotado dentro del margen tolerable. Cuando el cable quedara sin tensión, y por tanto la carga aposentada en su lugar de destino, el contrapeso móvil cesaría en su movimiento, volviendo a la fase a), en su posición correspondiente a la posición en la que hubiera quedado la carretilla del gancho portador.

Modo de realización de la invención

La invención se puede materializar de modo relativamente directo sobre cualquier grúa existente de este tipo, mediante la disposición de la sustitución del contrapeso fijo por otro de menor peso, más la disposición de carriles en el brazo del contrapeso, para que pudiera circular la carretilla de soporte del contrapeso móvil, que tendría que situarse sobre dichas guías, y ser desplazada según alguno de los modelos posibles, particularmente el de cables, si se quisiera emplear la tecnología y herramientas típicas del montaje de la carretilla del gancho portador. Haría falta también la colocación del motor de la carretilla del contrapeso móvil, y el montaje de los dispositivos de alimentación de los motores eléctricos con arreglo a las limitaciones establecidas para el par de vuelco de la torre. Ello incluiría el medidor del par de fuerzas ejercido sobre los largueros verticales de ésta, y el microprocesador de control para, a partir de las mediciones mecánicas extensométricas, determinar el movimiento a realizar por el contrapeso móvil (lo cual dependería de los valores concretos escogidos en un diseño dado, según el peso del contrapeso móvil).

También cabría fabricar grúas específicamente diseñadas según esta invención, en que los elementos estuvieran dimensionados de forma óptima para ahorrar peso de la estructura o permitir maniobras con pesos muy superiores a los habituales.

Claims (2)

1. Grúa de torre y brazo rotatorio horizontal, compuesta por una torre derecha fija (1) y una estructura superior de giro (2) actuada por un motor eléctrico que acciona el giro del doble brazo horizontal, tanto su parte agente (3) como el brazo (4) que aloja el contrapeso, con un gancho de acarreo (6) para agarrar el peso que se haya de desplazar de una posición a otra que se posiciona a lo largo del brazo agente, gracias al deslizamiento de una pequeña plataforma (7) encarrilada en unas guías sobre las que rueda, pudiendo llegar desde el extremo del brazo donde existen las poleas de arrastre (8) de la plataforma (7), para cuyo posicionamiento se tira de los cables correspondientes, bien desde las poleas (8), bien desde el eje de la torre, con un cable de tracción (9) que se acciona por otro motor eléctrico y que aguanta el gancho (6) del que va a colgar la carga, caracterizada por disponer de un contrapeso deslizante, posicionado mediante cables de tracción, a lo largo del brazo horizontal de la grúa gracias al cual se contrarresta el par de vuelco que origina el brazo de carga sobre la grúa, contrarrestando este contrapeso móvil las variaciones que en dicho par de fuerzas provocan los diferentes estados de carga y descarga de peso del brazo agente de la grúa, de tal manera que el par resultante final quede siempre en un nivel muy bajo, dentro del margen estimado como tolerable para un determinado diseño, contando también con la actuación de un contrapeso fijo convencional (5) en el extremo de ese brazo (4), cuyo peso sería sensiblemente menor que el de los contrapesos convencionales y para lo que se dota a la grúa de los siguientes elementos:

a)

un brazo de contrapesos (4), en cuyo extremo o próximo a él se encuentra el contrapeso fijo (5), de manera que a lo largo de este brazo de contrapesos (4) puede deslizarse un contrapeso móvil (10),

b)

un contrapeso móvil (10) que consta de una carretilla (11) deslizable sobre raíles del propio brazo, con un pequeño tren de ruedas (12) que permite posicionar la carretilla según la tracción de un par de cables, el que tira (13) del contrapeso hacia la torre central, y el cable que lo saca hacia fuera (14) y que se acciona a través de unas poleas (15) situadas cerca del extremo del brazo,

y donde la alimentación de los motores eléctricos actuantes sobre el cable portador de la carga está comandada por un microprocesador que recibe las señales de las medidas de pares de fuerza y, mediante programación convencional de regulación automática, proporciona las señales de alimentación eléctrica a los motores correspondientes con objeto de minimizar el par de vuelco por debajo de un valor prefijado en función del diseño de la grúa.

2. Grúa de torre y brazo rotatorio horizontal según lo descrito en la reivindicación primera, caracterizada porque el mecanismo de posicionamiento de la carretilla (11) se realiza, alternativamente al accionamiento por cables, mediante la actuación de un tornillo sin fin (16), accionado por un motor eléctrico y apoyado sobre unos rodamientos (18), de manera que el tornillo sin fin (16) actúa sobre un engranaje o un juego de engranajes (17), posicionándose el tren de deslizamiento (12) según las vueltas giradas por el tornillo sin fin (16) que recorre todo el brazo a lo largo, y en su parte estriada engasta con el engranaje o juego de engranajes (17) solidario a la carretilla, de tal modo que el giro del tomillo en un sentido acerca la carretilla a la torre, y en sentido contrario la aleja.